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Aug 31, 2023

分散型光ファイバー振動/音響センシング技術の進歩

4 aprile 2022

2022 年 4 月 4 日

Compuscript Ltd 著

Opto-Electronic Advances の新しい出版物では、分散型光ファイバー振動/音響センシング技術の進歩について概説しています。

分散型光ファイバー振動/音響センシング技術は、レーザーパルスをテスト対象ファイバー(FUT)に定期的に注入することによって生成されるレイリー後方散乱光を利用し、FUTの全長にわたる長距離かつ高空間分解能の振動検出を実現します。 従来の電気センサーや機械センサーと比較して、このテクノロジーは高感度、遠隔アクセス性、電磁干渉耐性を備えた完全分散方式で動作するため、特に極端な環境条件下でのさまざまな用途の見通しに適しています。

位相感応型光時間領域反射率測定 (φ-OTDR) 技術は、2005 年にφ-OTDR に基づく最初の光ファイバー分散振動センシング (DVS) システムが導入されて以来、急速に発展してきました。その後、分散音響センシング (DAS) に進化しました。 ）音響波形を定量的に分析できる技術。 これに基づいて、研究者は、センシング距離、空間分解能、周波数応答範囲、イベント認識精度などの主要な性能パラメータを含む、φ-OTDR システムのセンシング性能を向上させるための広範な研究を実施しました。 φ-OTDR は、その優れた長距離および高解像度の分散センシング能力に基づいて、近年、特に地震波取得、石油およびガス資源探査、パイプライン漏洩検出、境界計測などの新興分野でエンジニアリング用途に広く使用されています。保護、ケーブル部分放電監視など

将来的には、感度が向上した光ファイバーケーブル、新しいセンシングメカニズム、効率的な信号処理手順、および正確な振動イベント認識アルゴリズムの開発により、φ-OTDR ベースの DVS/DAS は幅広い商用アプリケーションに大きな可能性を示すでしょう。分散型ファイバー形状センシングや地質探査など。 最後に、この記事では、φ-OTDR ベースの DVS/DAS 技術の将来の開発の展望と課題について説明しました。

中国の南方科技大学のLiyang Shao教授と中国の南京大学のFeng Wang教授の研究グループは、φ-OTDRベースの光ファイバーDVS/DAS技術とその新たなアプリケーションの研究進捗状況を共同でレビューした。 まず,レイリー後方散乱光強度復調に基づくDVS-φ-OTDRと位相復調に基づくDAS-φ-OTDRシステムのセンシング原理を分析した。 I/Q復調によるヘテロダイン検波方式,ヒルベルト変換によるヘテロダイン検波方式,3×3カプラに基づく直接検波方式,位相生成搬送波アルゴリズムに基づく直接検波方式などのDAS位相復調技術を紹介し,比較した。 次に、最大検出距離、信号対雑音比、振動周波数応答範囲、空間分解能、振動パターン認識の精度など、φ-OTDR システムの主要な検出パラメータについて、性能向上方法について詳細に検討および分析しました。

このレビューでは、地質探査、パイプラインの保護、周囲のセキュリティ、ケーブルの部分放電検出などのさまざまな分野での φ-OTDR システムのエンジニアリング アプリケーションと、形状センシング、ガス濃度センシング、害虫感染検出などの特殊なアプリケーションをさらに要約します。 。

詳しくは： Shuaiqi Liu 他、位相感応型光時間領域反射率測定法の進歩、Opto-Electronic Advances (2021)。 DOI: 10.29026/oea.2022.200078

Compuscript Ltd 提供