分布式光纤声学传感系统DAS

分布式光纤声学传感定义

分布式声学传感系统（DAS）是基于光纤的光电器件，其测量沿着光纤传感电缆的长度的声学相互作用。

分布式声学传感系统的独特之处在于它沿着传感电缆的长度提供连续（或分布式）温度分布，而不是在离散的传感点处。

分布式声学传感技术

通常，DAS技术使用标准的电信光纤电缆，只有在高温（大于100°C）时才需要专用光纤。传感光纤通常基于单模光纤，尽管有一些专用应用使用多模传感光纤。

DAS系统的范围通常为每个传感光纤高达50km，每个询问单元通常有1或2个可同时操作的通道，例如DAS可以测量长达100km，2通道单元在任一方向上测量50km。

分布式声学传感理论与应用

测量原理

分布式声学传感器询问单元将激光脉冲传输到光纤中。当这种光脉冲沿光纤传播时，光纤内的相互作用导致被称为反向散射的光反射，这是由光纤内的微小应变（或振动）事件决定的，这些事件又是由局部声能引起的。这种反向散射的光沿着光纤向上传播到询问单元，在那里以瑞利频率对其进行采样。激光脉冲所需的时间允许反向散射事件准确地映射到光纤距离 – 这被称为光时域反射计。

当今市场上的大多数分布式声学传感系统基于称为相干光时域反射计（COTDR）的原理。

空间分辨率和空间采样周期

空间分辨率主要由发射脉冲的持续时间决定，100ns脉冲给出10m分辨率是典型值。反射光的量与脉冲长度成比例，因此在空间分辨率和最大范围之间存在折衷。为了改善最大范围，希望使用更长的脉冲长度来增加反射光水平，但这导致更大的空间分辨率。通常，大多数系统的空间分辨率为5-10米。

DAS与其他光纤分布式传感系统的比较

有许多其他分布式光纤传感技术依赖于不同的散射机制，可用于测量其他参数。

• 基于布里渊的系统通常用于测量分布应变和温度。
  布里渊散射比瑞利散射弱得多，因此必须将来自多个脉冲的反射相加在一起以便能够进行测量。因此，使用布里渊散射测量变化的最大频率通常为几十Hz，而基于瑞利的COTDR DAS系统具有kHz灵敏度。
• 基于拉曼的系统通常用于温度测量，DTS系统通常基于拉曼技术。拉曼散射的强度甚至低于布里渊散射，因此通常需要平均许多秒或甚至几分钟以获得合理的结果。因此，基于拉曼的系统仅适用于测量缓慢变化的温度。

数据采集​​，信号处理和可视化

由于分布式声学传感系统产生大量数据，因此有一种管理，处理和数据可视化的策略至关重要。这些系统以高于10Khz的速率在多达20个感应点采集数据。这相当于可以在几天内填充太字节驱动器的速率。

通常，询问单元与管理数据存储和处理的处理单元（工业PC或服务器）联网。通常，存在用于存储原始数据的滚动缓冲区，因为存储多于此的内容很少。

处理单元使用一系列智能算法进行编程，用于解释原始数据并分析是否与预先定义的事件匹配，例如入侵事件或管道泄漏。光纤传感电缆将被划分为多个区域，其中将选择特定选择的算法并在每个区域内分配警报。

有许多方法可视化这些事件。一种是使用特定于DTS的可视化软件，例如，可以根据站点地图或图表显示光纤的路径，并且如果有事件，它将突出显示事件的位置并显示报警。另一种方法是，该DAS软件接口与现有的SCADA，控制或安全软件包在这种情况下，该事件将在3突出显示当事人的软件。

分布式声学传感应用

分布式声学传感是一种非常通用和不断发展的技术。我们今天看到的一些更常见的应用领域包括：

• 电力电缆监控
• 海底电缆监控
• 架空电缆监控
• 周界入侵检测系统
• 火灾探测