Распределенный оптоволоконный акустический датчик X5-DVS и X5-DAS

Группа компаний «Метротек» предлагает свою разработку: устройство X5B — платформу для построения распределенных оптоволоконных систем мониторинга вибраций, акустических сигналов, температуры и механических напряжений.

Устройство выполняет функции распределенного оптоволоконного датчика с первичной обработкой сигнала (фильтрация шумов и помех). Выходные данные передаются по каналу Ethernet 1G на сервер для последующей обработки.

Платформа выпускается в нескольких модификациях: распределенный оптоволоконный регистратор вибраций (X5B-DVS), регистратор акустических воздействий (X5B-DAS) и регистратор температуры (X5B-DTS).

От аналогов прибор отличается низким уровнем собственных шумов, малыми габаритами (19”, 1U) и небольшой потребляемой мощностью 20Вт и высокой надежностью, a DTS использует стандартное одномодовое волокно.

Высокие технические характеристики приборов и относительно невысокая стоимость позволяют значительно расширить сферу применения распределенных оптоволоконных систем мониторинга. Платформа разработана и производится в России.

Основные преимущества

Распределенные оптоволоконные системы мониторинга выгодно отличает от датчиков других типов:

высокая чувствительность
высокое, до 0.1м, пространственное разрешение
возможность классификации регистрируемых событий
нечувствительность к погодным условиям и времени суток
нечувствительность к электромагнитным полям и помехам
отсутствие электромагнитных излучений
высокая скрытность и защищенность от повреждения
высокая надежность и большой срок службы
практически не требует технического обслуживания
простота развертывания
простая интеграция с системами обработки и управления
низкая стоимость в расчете за метр контролируемого участка

Принцип действия

На рисунке приведена упрощенная схема распределенного оптоволоконного регистратора вибраций.

Регистратор вибраций представляет собой фазочувствительный оптический рефлектометр (phase sensitive optical time-domain reflectometer — φ-OTDR).

Из излучения узкополосного лазера с длинной волны 1550нм, оптический модулятор формирует световые импульсы длительностью 100..400нс и мощностью в сотни мВт, которые посылаются в оптоволоконный кабель-датчик. Обычно, для кабеля-датчика используется относительно дешевый стандартный телекоммуникационный кабель с одномодовым волокном SMF-28. Рассеянный от микроскопических неоднородностей волокна свет, так называемое обратное рэлеевское рассеяние, образует рефлектограмму, каждая точка которой соответствует определенной точке волокна.

При механическом воздействии на волокно, рефлектограмма в этом месте изменяется, что может быть легко обнаружено.

Основные характеристики DAS, такие как дальность действия, пространственное разрешение и диапазон частот регистрируемых акустических колебаний взаимосвязаны между собой и определяются такими параметрами, как длительность световых импульсов и период их повторения. Например, при длительности импульса 100нс, дальность действия составляет 30..40км, а пространственное разрешение 10м. Диапазон регистрируемых акустических частот при длине кабеля-датчика 30км не превышает 200..500Гц, но может быть увеличен до нескольких килогерц для расстояний в 2-3 км.

Существуют возможность увеличения дальности действия до 60..100км. Для этого используются оптические усилители (Erbium Doped Fiber Amplifier — EDFA) которые врезаются в кабель-датчик на расстоянии 30-50км от прибора. Усилитель не требует электрического питания, но на него должен быть подан оптический сигнал накачки (Pump) с длинной волны 1480нм, для чего выделяется отдельное волокно в кабеле-датчике. Другим способом увеличения дальности действия является использование специального оптического волокна которое может работать при большей мощность светового импульса и дает более сильный отраженный сигнал.

Основные технические характеристики

Технические параметры X5B платформы распределенного оптоволоконного датчика соответствуют лучшим выпускаемым в настоящее время аналогам, в том числе и зарубежным.

Базовый блок (регистратор) имеет следующие характеристики:

интерфейс передачи данных: Ethernet 1G — медь и оптика (SFP)
опция встроенного лазера накачки для внешнего оптического усилителя
опция встроенного оптического коммутатора для резервного оптоволоконного кабеля-датчика
пылезащищенный корпус без вентиляционных отверстий в конструктиве 19″ 1U, размером 483x375x44мм
внутренние вентиляторы — ресурс 60 000 часов (MTBF)
«горячая», без остановки работы устройства, замена преобразователей питания и вентиляторов.
питание 220В 20..120Вт (в зависимости от модификации), опционально от 9 до 72В постоянного тока
рабочая температура окружающей среды 0..+40°С, влажность до 95%
устройство малочувствительно к перепадам температуры и вибрациям
встроенное программное обеспечение собственной разработки и операционная система с открытым кодом (Linux)

X5B-DVS — Регистратор вибраций

Платформа в модификация X5B-DVS (Distributed Vibration Sensor) выполняет функции датчика вибраций. Прибор осуществляет подавление шумов и помех первичного сигнала, обнаруживает события и в реальном времени передает данные для отображения и дальнейшей обработки. Режим работы в качестве оптического рефлектометра позволяет контролировать исправность оптического кабеля-датчика без его отключения от устройства.

Модификация X5B-DVS имеет следующие технические характеристики:

дальность обнаружения: 25км или 18 км
пространственное разрешение: 10м или 3м соответственно
скорость выходного потока данных: до 600Мбит в сек
потребляемая мощность: 20Вт
корпус без вентиляционных отверстий
габариты 483x375x44мм

X5B-DАS — Регистратор акустический

Платформа в модификация X5B-DАS позволяет считывать и прослушивать с малыми искажениями акустические воздействия на оптический кабель-датчик.

Модификация X5B-DAS (Distributed Acoustic Sensor) имеет следующие технические характеристики: