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May 02, 2023

Avancées dans les vibrations distribuées par fibre optique

Image Compuscript Ltd : La configuration des systèmes DAS-Φ-OTDR avec différents

Compuscript Ltd

image : La configuration des systèmes DAS-Φ-OTDR avec différentes méthodes de démodulation. (a) détection hétérodyne et démodulation de phase I/Q ; (b) détection hétérodyne et démodulation de phase par transformée de Hilbert ; (c) détection directe et démodulation de phase basée sur un coupleur 3×3 ; (d) détection directe et démodulation de phase basées sur l'algorithme de porteuse générée en phaseVoir plus

Crédit : OEA

Une nouvelle publication d'Opto-Electronic Advances ; DOI 10.29026/oea.2022.200078 présente les avancées de la technologie de détection acoustique/vibratoire à fibre optique distribuée.

La technologie de détection acoustique/vibratoire à fibre optique distribuée utilise la lumière rétrodiffusée de Rayleigh générée en injectant périodiquement des impulsions laser dans la fibre sous test (FUT) pour obtenir une détection des vibrations à longue portée et à haute résolution spatiale sur toute la longueur du FUT. Par rapport aux capteurs électriques ou mécaniques traditionnels, cette technologie fonctionne de manière entièrement distribuée avec une sensibilité élevée, une accessibilité à distance et une immunité aux interférences électromagnétiques, ce qui la rend adaptée à diverses perspectives d'application, en particulier dans des conditions environnementales extrêmes.

La technologie de réflectométrie optique dans le domaine temporel sensible à la phase (φ-OTDR) s'est rapidement développée depuis que le premier système de détection de vibrations distribuées (DVS) à fibre optique basé sur φ-OTDR a été introduit en 2005. Elle a ensuite évolué vers la détection acoustique distribuée (DAS ) technologie avec la capacité d'analyser quantitativement les formes d'onde acoustiques. Sur cette base, les chercheurs ont mené des recherches approfondies pour améliorer les performances de détection des systèmes φ-OTDR, y compris les paramètres de performance clés tels que la distance de détection, la résolution spatiale, la plage de réponse en fréquence et la précision de la reconnaissance des événements. Basé sur sa capacité supérieure de détection distribuée à longue portée et à haute résolution, φ-OTDR a été largement utilisé dans les applications d'ingénierie ces dernières années, en particulier dans les domaines émergents de l'acquisition d'ondes sismiques, de l'exploration des ressources pétrolières et gazières, de la détection des fuites de pipelines, du périmètre protection, surveillance des décharges partielles du câble, etc.

À l'avenir, avec le développement d'un câble à fibre optique à sensibilité améliorée, d'un nouveau mécanisme de détection, de procédures de traitement de signal efficaces et d'algorithmes de reconnaissance d'événements de vibration précis, le DVS/DAS basé sur φ-OTDR présentera un grand potentiel pour une large gamme d'applications commerciales , y compris la détection de forme de fibre distribuée et l'exploration géologique. Enfin, cet article a discuté des perspectives et des défis du développement futur de la technologie DVS/DAS basée sur φ-OTDR.

Les groupes de recherche du professeur Liyang Shao de l'Université des sciences et technologies du Sud, en Chine, et du professeur Feng Wang de l'Université de Nanjing, en Chine, ont examiné conjointement les progrès de la recherche sur la technologie DVS/DAS à fibre optique basée sur φ-OTDR et ses applications émergentes. Tout d'abord, les principes de détection du DVS-φ-OTDR basé sur la démodulation de l'intensité lumineuse rétrodiffusée de Rayleigh et du système DAS-φ-OTDR basé sur la démodulation de phase ont été analysés. Les techniques de démodulation de phase DAS, telles que le schéma de détection hétérodyne avec démodulation I/Q, le schéma de détection hétérodyne avec transformée de Hilbert, le schéma de détection directe basé sur un coupleur 3x3 et le schéma de détection directe basé sur un algorithme de porteuse génératrice de phase, ont été introduites et comparées. Ensuite, les méthodes d'amélioration des performances ont été discutées et analysées en détail pour les paramètres de détection clés des systèmes φ-OTDR, y compris la distance de détection maximale, le rapport signal sur bruit, la plage de réponse en fréquence de vibration, la résolution spatiale et la précision de la reconnaissance des formes de vibration.

Cette revue résume en outre les applications techniques des systèmes φ-OTDR dans divers domaines, impliquant l'exploration géologique, la protection des pipelines, la sécurité du périmètre et la détection des décharges partielles de câbles, ainsi que des applications spéciales telles que la détection de forme, la détection de concentration de gaz et la détection d'infections parasitaires. .

Référence de l'article : Liu SQ, Yu FH, Hong R, Xu WJ, Shao LY et al. Avancées en réflectométrie optique sensible à la phase dans le domaine temporel. Opto-Electron Adv5 , 200078 (2022). doi : 10.29026/oea.2022.200078

Mots clés:capteurs à fibre optique / Ф-OTDR / démodulation de phase / recherche d'applications

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Liyang Shao est doyen adjoint de l'École d'innovation et d'entrepreneuriat et professeur titulaire du Département de génie électrique et électronique de l'Université des sciences et technologies du Sud, en Chine. Il est l'auteur de plus de 140 articles SCI avec plus de 2200 citations et un indice H de 34, et détient 10 brevets chinois. Il est membre du comité technique ou organisateur de nombreuses conférences internationales, telles que OFS, ACP, TPC et ICAIT, et a donné plus de 40 présentations à des conférences, dont plus de 10 conférences invitées lors de conférences internationales. Il a présidé le projet spécial de coopération internationale du ministère des Sciences et de la Technologie de Chine, la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (projets généraux/clés) et plusieurs projets de recherche au niveau provincial, avec un financement totalisant 20 millions de RMB. Son groupe de recherche s'est engagé à mener des recherches théoriques dans les domaines de la technologie de détection et de mesure optique, de la micro- et nano-optique et de l'optique non linéaire. Son groupe cherche à appliquer l'information optique et la technologie de détection à l'application de la surveillance des tremblements de terre, du transport ferroviaire, de la sécurité périmétrique, de la protection des infrastructures, de la biochimie et de la santé.

Feng Wang est le directeur adjoint du centre de recherche en ingénierie des communications optiques de l'université de Nanjing, en Chine. Il est membre senior d'Optica et de l'Institut des ingénieurs électriciens et électroniciens (IEEE), et membre du comité d'enseignement de l'optique de la Chinese Optical Society. Il a présidé et participé à 6 projets de recherche de la National Natural Science Foundation of China, 2 projets du programme 973 et du National Key Research and Development Program, et 3 projets de la province du Jiangsu. Il est l'auteur de plus de 80 articles SCI, a demandé/accordé plus de 50 brevets, a remporté le premier prix du prix de l'invention technique du ministère de l'Éducation, le premier prix du prix de la science et de la technologie de la province du Jiangsu et le premier prix du 5e prix Wu Wen Jun pour la science et la technologie de l'IA. Son équipe de recherche se concentre sur la détection distribuée par fibre optique et la technologie et les applications de détection par réseau de Bragg sur fibre.

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Opto-Electronic Advances (OEA) est une revue mensuelle SCI à fort impact, en libre accès et évaluée par des pairs avec un facteur d'impact de 9,682 (Journals Citation Reports for IF 2020). Depuis son lancement en mars 2018, OEA a été indexé dans les bases de données SCI, EI, DOAJ, Scopus, CA et ICI au fil du temps et a élargi son comité de rédaction à 36 membres de 17 pays et régions (indice h moyen de 49).

La revue est publiée par l'Institut d'optique et d'électronique de l'Académie chinoise des sciences, dans le but de fournir une plate-forme aux chercheurs, universitaires, professionnels, praticiens et étudiants pour transmettre et partager des connaissances sous la forme d'articles de recherche empiriques et théoriques de haute qualité couvrant les thèmes de l'optique, de la photonique et de l'optoélectronique.

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