与依赖于在预定点处测量的离散传感器的传统传感器不同,分布式探测不依赖于制造的传感器,而是利用光纤。光纤本身是传感元件,在光路中没有任何附加的传感器。
发射器根据雷达式过程操作:它将一系列脉冲发送到光纤中,并记录相对于时间的自然发生的散射信号的返回。 在此过程中,分布式传感器测量沿光纤的所有点。
由于光纤是传感器,因此它也是一种经济高效的方法,即使在最恶劣和最不寻常的环境中也可以轻松部署。分布式探测通常用于采集声学(分布式声学传感-DAS)、温度(分布式温度传感- DTS)和应变(DSS)数据。

光纤—传感元件
光纤是由纯玻璃(二氧化硅)制成的,薄如人的头发。 它由两部分组成:内芯和外包层。 包层是由较低折射率玻璃构成的玻璃层,以保持光在纤芯内的引导。 两个部件均由单层或多层聚合物主涂层封装,以提供保护并便于处理。
根据通信应用标准,存在两种主要类型的光纤。 它们是用于长距离通信的单模式和用于短距离通信的多模式。 多模光纤的纤芯(45至50微米)比单模光纤(8至10微米)大,允许传播更多的光模式。
光纤的典型直径为125微米,如果包括标准丙烯酸酯涂层的厚度,则增加到250微米。 多模光纤通常用于温度传感,而单模光纤主要用于分布式声学传感或分布式应变传感。
虽然愿景的温度和声学传感器可用于单模或多模光纤,但温度系统的性能在多模光纤中得到优化。 声学传感器的性能通过单模光纤进行优化。
光纤电缆可以包含许多光纤,这些光纤可以是单一类型,也可以是两者的组合。 电缆结构取决于安装、操作和应用条件。
ULTIMA™-DTS(分布式温度传感)的基本原理是基于拉曼的温度测量与光时域反射仪(OTDR)相结合。 一个短的光脉冲被发射到光纤中。 前向传播光从沿光纤的所有点产生两个不同波长的拉曼反向散射光。 拉曼后向散射光的波长与前向传播光的波长不同,并被称为“斯托克斯”和“反斯托克斯.”
监测斯托克斯光和反斯托克斯光的振幅,并且通过了解光纤内的传播速度来确定反向散射光的空间定位。
斯托克斯光的振幅非常弱地依赖于温度,而反斯托克斯光的振幅强烈地依赖于温度。 采用斯托克斯和反斯托克斯检测光的振幅比来计算光纤内的温度分布。
典型的系统以空间和温度分辨率为特征。 空间分辨率是传感器测量沿光纤的温度阶跃变化的最小距离。 温度分辨率是区分绝对温度的精度的度量。
温度分辨率取决于测量时间和发射脉冲重复率。 激光脉冲能量和持续时间在测量最大长度时得到精确控制和优化,以在可接受的精度范围内提供最佳的可用温度分辨率性能。 随着采样时间的增加,温度分辨率得到改善,并且所分辨的温度变得更精确。
Ultima DTS以相当高的速率对数据进行采样,能够以12.5 cm的间隔记录数据,温度分辨率低至0.01 ℃。
在温度分辨率、空间分辨率、测量时间和光纤长度之间存在性能折衷。 空间分辨率和平均时间由用户在ULTIMA DTS软件中定义,操作员可根据需要改变。
iDAS技术可测量光纤上数公里范围内所有点的声信号,就像一串麦克风一样。
智能分布式声学传感器的工作原理是将激光脉冲注入光纤。 当该光脉冲沿光路传播时,光纤内的相互作用(导致称为反向散射的光反射)由光纤内的微小应变事件决定,而该微小应变事件又由局部声能引起。 该反向散射光沿光纤向上返回至iDAS,并在iDAS中进行采样。 激光脉冲的时间同步允许将反向散射事件精确地映射到光纤距离。
一旦光脉冲已经行进到光纤的末端并且任何反射已经行进回到询问器,则可以认为光纤是“暗的”,并且可以引入随后的激光脉冲而没有干扰的风险。 对于每个激光脉冲,在沿着长度的每个点处(通常每1米)对整个光纤距离进行采样。
其结果是沿着光纤的整个长度进行连续的声学采样,而没有串扰,频率范围从毫赫兹到超过100kHz,动态范围超过120dB。
愿景能源的iDAS与其他分布式声学传感器有何不同?
愿景能源的iDAS是一款真正的声学传感器,因为它可以在相位、频率和振幅方面忠实地再现声音。 这种能力对于在许多应用中使用的高级处理技术是关键的,并且对于目前市场上的几种DAS系统是不常见的,这些DAS系统可能不提供高级处理中所需的幅度稳定性或相位精度。
愿景能源的iDAS的一个关键区别特征是能够在单模光纤和多模光纤上同样出色地执行测量,这使得愿景能源能够将iDAS改装到现有的多模光纤安装中,或利用DTS多模电缆执行iDAS的全部服务。