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Sep 05, 2023

Avanços em vibração de fibra óptica distribuída

Imagem da Compuscript Ltd: A configuração de sistemas DAS-Φ-OTDR com diferentes

Compuscript Ltda

image: A configuração de sistemas DAS-Φ-OTDR com diferentes métodos de demodulação. (a) detecção de heteródino e demodulação de fase I/Q; (b) detecção de heteródino e desmodulação da fase transformada de Hilbert; (c) detecção direta e demodulação de fase baseada em acoplador 3×3; (d) detecção direta e demodulação de fase com base no algoritmo de portadora gerada por faseVeja mais

Crédito: OAS

Uma nova publicação da Opto-Electronic Advances; DOI 10.29026/oea.2022.200078 apresenta uma visão geral dos avanços na tecnologia de detecção de vibração/acústica de fibra óptica distribuída.

A tecnologia de detecção acústica/vibração de fibra óptica distribuída utiliza a luz retroespalhada Rayleigh gerada pela injeção periódica de pulsos de laser na fibra sob teste (FUT) para obter detecção de vibração de longo alcance e alta resolução espacial em todo o comprimento do FUT. Em comparação com sensores elétricos ou mecânicos tradicionais, esta tecnologia opera de forma totalmente distribuída com alta sensibilidade, acessibilidade remota e imunidade a interferência eletromagnética, tornando-a adequada para diversas perspectivas de aplicação, especialmente sob condições ambientais extremas.

A tecnologia de refletometria óptica de domínio do tempo sensível à fase (φ-OTDR) tem se desenvolvido rapidamente desde que o primeiro sistema de detecção de vibração distribuída (DVS) de fibra óptica baseado em φ-OTDR foi introduzido em 2005. Mais tarde, evoluiu para detecção acústica distribuída (DAS ) com a capacidade de analisar quantitativamente formas de onda acústicas. Com base nisso, os pesquisadores conduziram extensas pesquisas para aprimorar os desempenhos de detecção de sistemas φ-OTDR, incluindo parâmetros-chave de desempenho, como distância de detecção, resolução espacial, faixa de resposta de frequência e precisão de reconhecimento de eventos. Com base em sua capacidade superior de detecção distribuída de longo alcance e alta resolução, o φ-OTDR tem sido amplamente utilizado em aplicações de engenharia nos últimos anos, especialmente nos campos emergentes de aquisição de ondas sísmicas, exploração de recursos de petróleo e gás, detecção de vazamento de dutos, perímetro proteção, monitoramento de descarga parcial do cabo, etc.

No futuro, com o desenvolvimento de cabo de fibra óptica com sensibilidade aprimorada, novo mecanismo de detecção, procedimentos de processamento de sinal eficientes e algoritmos precisos de reconhecimento de eventos de vibração, o DVS/DAS baseado em φ-OTDR mostrará grande potencial para uma ampla gama de aplicações comerciais , incluindo detecção de formato de fibra distribuída e exploração geológica. Por fim, este artigo discutiu as perspectivas e os desafios do desenvolvimento futuro da tecnologia DVS/DAS baseada em φ-OTDR.

Os grupos de pesquisa do professor Liyang Shao da Southern University of Science and Technology, China e do professor Feng Wang da Nanjing University, China revisaram em conjunto o progresso da pesquisa da tecnologia DVS/DAS de fibra óptica baseada em φ-OTDR e suas aplicações emergentes. Primeiramente, foram analisados ​​os princípios de detecção do DVS-φ-OTDR baseado na demodulação de intensidade de luz retroespalhada de Rayleigh e do sistema DAS-φ-OTDR baseado na demodulação de fase. As técnicas de demodulação de fase DAS, como esquema de detecção heteródino com demodulação I/Q, esquema de detecção heteródino com transformada de Hilbert, esquema de detecção direta baseado em acoplador 3x3 e esquema de detecção direta baseado em algoritmo de portadora geradora de fase, foram apresentados e comparados. Em seguida, os métodos de aprimoramento de desempenho foram discutidos e analisados ​​em detalhes para os principais parâmetros de detecção dos sistemas φ-OTDR, incluindo distância máxima de detecção, relação sinal-ruído, faixa de resposta de frequência de vibração, resolução espacial e precisão do reconhecimento do padrão de vibração.

Esta revisão resume ainda mais as aplicações de engenharia dos sistemas φ-OTDR em vários campos, envolvendo exploração geológica, proteção de dutos, segurança de perímetro e detecção de descarga parcial de cabo, bem como aplicações especiais, como detecção de forma, detecção de concentração de gás e detecção de infecção por pragas .