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Aug 31, 2023

Avances en la tecnología de detección acústica/vibración de fibra óptica distribuida

4 de abril de 2022 por

4 de abril de 2022

por Compuscript

Una nueva publicación de Opto-Electronic Advances revisa los avances en la tecnología de detección acústica/vibración de fibra óptica distribuida.

La tecnología de detección acústica/vibración de fibra óptica distribuida utiliza la luz retrodispersada de Rayleigh generada mediante la inyección periódica de pulsos láser en la fibra bajo prueba (FUT) para lograr una detección de vibraciones de alta resolución espacial y largo alcance en toda la longitud de la FUT. En comparación con los sensores eléctricos o mecánicos tradicionales, esta tecnología funciona de forma totalmente distribuida con alta sensibilidad, accesibilidad remota e inmunidad a las interferencias electromagnéticas, lo que la hace adecuada para diversas perspectivas de aplicación, especialmente en condiciones ambientales extremas.

La tecnología de reflectometría óptica sensible a la fase en el dominio del tiempo (φ-OTDR) se ha desarrollado rápidamente desde que se introdujo el primer sistema de detección de vibraciones distribuidas (DVS) de fibra óptica basado en φ-OTDR en 2005. Más tarde evolucionó hacia la detección acústica distribuida (DAS ) tecnología con la capacidad de analizar cuantitativamente las formas de onda acústicas. Sobre esta base, los investigadores han llevado a cabo una amplia investigación para mejorar el rendimiento de detección de los sistemas φ-OTDR, incluidos parámetros de rendimiento clave como la distancia de detección, la resolución espacial, el rango de respuesta de frecuencia y la precisión del reconocimiento de eventos. Basado en su capacidad superior de detección distribuida de largo alcance y alta resolución, φ-OTDR se ha utilizado ampliamente en aplicaciones de ingeniería en los últimos años, especialmente en los campos emergentes de adquisición de ondas sísmicas, exploración de recursos de petróleo y gas, detección de fugas de tuberías, perímetro protección, control de descargas parciales de cables, etc.

En el futuro, con el desarrollo de cables de fibra óptica con sensibilidad mejorada, un mecanismo de detección novedoso, procedimientos de procesamiento de señales eficientes y algoritmos de reconocimiento de eventos de vibración precisos, el DVS/DAS basado en φ-OTDR mostrará un gran potencial para una amplia gama de aplicaciones comerciales. , incluida la detección de forma de fibra distribuida y la exploración geológica. Finalmente, este artículo analiza las perspectivas y los desafíos del desarrollo futuro de la tecnología DVS/DAS basada en φ-OTDR.

Los grupos de investigación del profesor Liyang Shao de la Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur de China y el profesor Feng Wang de la Universidad de Nanjing de China revisaron conjuntamente el progreso de la investigación de la tecnología DVS/DAS de fibra óptica basada en φ-OTDR y sus aplicaciones emergentes. En primer lugar, se analizaron los principios de detección de DVS-φ-OTDR basados ​​en la demodulación de intensidad de luz retrodispersada de Rayleigh y el sistema DAS-φ-OTDR basado en demodulación de fase. Se introdujeron y compararon las técnicas de demodulación de fase DAS, como el esquema de detección heterodino con demodulación I/Q, el esquema de detección heterodino con transformada de Hilbert, el esquema de detección directa basado en el acoplador 3 x 3 y el esquema de detección directa basado en el algoritmo portador generador de fase. Luego, los métodos de mejora del rendimiento se discutieron y analizaron en detalle para los parámetros de detección clave de los sistemas φ-OTDR, incluida la distancia máxima de detección, la relación señal-ruido, el rango de respuesta de frecuencia de vibración, la resolución espacial y la precisión del reconocimiento del patrón de vibración.

Esta revisión resume aún más las aplicaciones de ingeniería de los sistemas φ-OTDR en varios campos, que incluyen exploración geológica, protección de tuberías, seguridad perimetral y detección de descargas parciales de cables, así como aplicaciones especiales como detección de forma, detección de concentración de gas y detección de infecciones de plagas. .

Más información: Shuaiqi Liu et al, Avances en la reflectometría óptica sensible a la fase en el dominio del tiempo, Avances optoelectrónicos (2021). DOI: 10.29026/oea.2022.200078

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