Kısa cevap
Dağıtık Akustik Algılama (DAS), fiberin tamamını on kilometrelerce uzunlukta sürekli bir titreşim sensörüne dönüştürür. Fiber Bragg Izgarası (FBG) ise fiberin belirli noktalarına yazılmış ızgaralarla gerinim ve sıcaklığı yüksek hassasiyetle ölçer. Kısacası DAS uzun hat boyunca olay tespiti, FBG noktasal ve hassas ölçüm içindir. DuyuSense her iki teknolojiyi de geliştirir ve projeye göre birlikte kullanır.
DAS nasıl çalışır?
DAS, fibere gönderilen kısa lazer darbelerinin geri saçılan ışığını analiz ederek çalışır. Bu yönteme faz duyarlı optik zaman alanı reflektometrisi (Φ-OTDR) denir ve sinyal kaynağı, cam içindeki mikroskobik düzensizliklerden doğan Rayleigh geri saçılmasıdır.
Fibere yakın bir titreşim veya akustik dalga, fiberi nanometre ölçeğinde gerer ve o konumdan dönen ışığın fazını değiştirir. Işığın dönüş süresi olayın konumunu, faz değişimi ise olayın genliğini ve frekansını verir. Böylece tek bir sorgulayıcı (interrogator), hat boyunca binlerce sanal mikrofonu eş zamanlı olarak dinler.
- Ölçülen büyüklük: dinamik gerinim, titreşim ve akustik sinyal
- Sensör: standart tek modlu fiberin kendisi, ek bir eleman gerekmez
- Konum bilgisi: darbe uçuş süresinden hesaplanır
DAS ne kadar uzağı ölçebilir ve uzamsal çözünürlük nedir?
Tek kanallı bir DAS sistemi tipik olarak on kilometrelerce menzile ulaşır; sektörde sıkça belirtilen değer 40-50 km civarıdır. Menzil; fiber kaybı, ek ve konnektör sayısı, istenen örnekleme hızı ve sinyal-gürültü oranı (SNR) ile sınırlanır.
Uzamsal çözünürlük, sistemin birbirine yakın iki olayı ayırt edebildiği en kısa fiber uzunluğudur ve tipik olarak birkaç metredir. Gauge length (ölçüm tabanı) ise fazın karşılaştırıldığı fiber segmentinin uzunluğudur: kısa gauge length konum ayrımını iyileştirir, uzun gauge length SNR'ı artırır. Bu denge, sinyal işleme ile önemli ölçüde iyileştirilebilir; DuyuSense'in patentli DAS sinyal işleme yöntemi tam olarak uzamsal çözünürlüğü ve SNR'ı artırmayı, gürültüyü bastırmayı ve olay tespit doğruluğunu yükseltmeyi hedefler.
FBG sensörü nasıl çalışır?
FBG, fiber çekirdeğine birkaç milimetre uzunluğunda periyodik bir kırılma indisi deseni yazılarak elde edilir. Bu ızgara, geniş bantlı ışığın içinden yalnızca tek bir dalga boyunu, yani Bragg dalga boyunu geri yansıtır; geri kalan ışık fiberde ilerlemeye devam eder.
Izgara gerildiğinde veya ısındığında periyodu ve kırılma indisi değişir, yansıyan dalga boyu kayar. 1550 nm civarında bu kayma tipik olarak mikrogerinim başına yaklaşık 1,2 pm ve °C başına yaklaşık 10 pm'dir. Sorgulayıcı bu kaymayı ölçerek gerinimi mikrogerinim mertebesinde çözünürlükle belirler. Gerinim ve sıcaklık etkisini ayırmak için genellikle gerilmeden serbest bir referans FBG kullanılır.
- Ölçülen büyüklükler: statik ve dinamik gerinim, sıcaklık; uygun paketleme ile basınç, ivme, eğim ve yer değiştirme
- Tipik gerinim çözünürlüğü: yaklaşık 1 mikrogerinim sınıfı
- Elektriksel iletim yoktur; elektromanyetik girişimden etkilenmez
Bir fibere kaç FBG yerleştirilebilir?
Tek bir fibere tipik olarak birkaç düzine FBG seri olarak yerleştirilebilir. Bu, dalga boyu bölmeli çoğullama (WDM) ile mümkündür: her ızgaraya kaynağın optik bandı içinde kendine ait bir dalga boyu penceresi atanır ve sorgulayıcı tüm yansımaları aynı anda okur.
Kesin sayı; kaynağın bant genişliğine, beklenen en büyük gerinim ve sıcaklık aralığına ve ızgaralar arasında bırakılan güvenlik payına bağlıdır. Daha fazla nokta gerektiğinde çok kanallı sorgulayıcılar veya zaman bölmeli çoğullama (TDM) ile kapasite artırılır. DuyuSense'in patentli FBG sorgulama sistemi, çok sayıda sensörün gerçek zamanlı ve yüksek hızda, zorlu saha koşullarında okunması için tasarlanmıştır.
DAS, DTS ve DSS (Brillouin) arasındaki fark nedir?
Üç teknoloji de dağıtık algılamadır, ancak farklı saçılma mekanizmalarını kullanır ve farklı büyüklükleri ölçer. DAS, Rayleigh saçılmasıyla hızlı değişen titreşim ve akustik sinyalleri yakalar; DTS ve DSS ise yavaş değişen sıcaklık ve gerinim profillerini çıkarır.
DTS (Dağıtık Sıcaklık Algılama) genellikle Raman saçılmasına dayanır ve yalnızca sıcaklığa duyarlıdır. DSS (Dağıtık Gerinim Algılama) çoğunlukla Brillouin saçılmasını kullanır: Brillouin frekans kayması hem gerinime hem sıcaklığa bağlıdır. BOTDR tek uçtan kendiliğinden saçılmayı ölçer; BOTDA ise fiberin iki ucuna erişim gerektiren uyarılmış saçılmayla daha yüksek sinyal seviyesi sağlar.
- DAS: dinamik olaylar (Hz ile kHz arası), olay tespiti ve sınıflandırma
- DTS: sıcaklık profili, yangın ve sızıntı tespiti, kablo sıcaklık izleme
- DSS/Brillouin: statik gerinim profili, zemin hareketi ve yapısal deformasyon
Mevcut telekom fiberi sensör olarak kullanılabilir mi?
Evet, DAS için standart tek modlu telekom fiberi çoğu durumda doğrudan kullanılabilir; boş (dark) bir fiber çifti yeterlidir. Demiryolu, boru hattı ve karayolu boyunca zaten döşenmiş kablolar, ek kazı gerektirmeden algılama altyapısına dönüşebilir.
Performansı fiberin zemine veya yapıya mekanik bağlantısı, kablo tipi, ek kayıpları ve güzergah belgelerinin doğruluğu belirler. Bu nedenle sahada fiber karakterizasyonu ve konum kalibrasyonu yapılması önerilir. FBG ise özel olarak ızgara yazılmış fiber gerektirir; mevcut telekom fiberi FBG sensörü olarak çalışmaz, ancak sensörlerin sorgulayıcıya taşınması için kullanılabilir.
Hangi durumda DAS, hangi durumda FBG seçilmeli?
Kilometrelerce hat boyunca nerede ve ne zaman olay olduğunu bilmek gerekiyorsa DAS, belirli noktalarda kesin ve kalibre edilmiş gerinim veya sıcaklık değeri gerekiyorsa FBG seçilmelidir. Pek çok projede iki teknoloji birbirini tamamlar: DAS olayı tespit eder ve konumlandırır, FBG kritik noktalarda nicel ölçüm sağlar.
- DAS: demiryolu tren takibi ve ray olayları, boru hattı üçüncü taraf müdahale tespiti, çevre güvenliği, sismik ve kuyu içi uygulamalar
- FBG: köprü, tünel ve bina Yapısal Sağlık İzleme (YSİ), ray gerinimi ve dingil sayma, enerji ekipmanı sıcaklığı, kompozit yapılar
- DTS/Brillouin: uzun hatlarda sıcaklık profili, zemin oturması ve heyelan izleme
| Özellik | DAS | FBG | DTS / Brillouin (DSS) |
|---|---|---|---|
| Ölçülen büyüklük | Dinamik gerinim, titreşim, akustik | Gerinim ve sıcaklık (paketlemeye göre basınç, ivme, eğim) | DTS: sıcaklık; Brillouin: gerinim ve sıcaklık |
| Algılama tipi | Tam dağıtık | Noktasal veya yarı dağıtık (seri ızgaralar) | Tam dağıtık |
| Fiziksel ilke | Rayleigh geri saçılması, Φ-OTDR | Bragg yansıması, dalga boyu kayması | Raman (DTS) veya Brillouin (BOTDR/BOTDA) saçılması |
| Tipik menzil | On kilometrelerce, sıkça 40-50 km | Sensör dizisine bağlı; sensörler sorgulayıcıdan km'lerce uzakta olabilir | Tipik olarak birkaç km ile on kilometrelerce |
| Uzamsal çözünürlük | Tipik olarak birkaç metre | Izgara boyu (mm mertebesi), yalnız sensör noktalarında | Tipik olarak yaklaşık 1 m ile birkaç metre |
| Ölçüm hızı | Yüksek (Hz ile kHz arası) | Yüksek (sorgulayıcıya bağlı, kHz mertebesine kadar) | Düşük (saniyeler ile dakikalar) |
| Tipik uygulamalar | Demiryolu, boru hattı, çevre güvenliği, sismik | Yapısal Sağlık İzleme (YSİ), ray gerinimi, enerji ekipmanı | Enerji kabloları, yangın ve sızıntı tespiti, zemin hareketi |
Sıkça sorulan sorular
DAS ile FBG arasındaki temel fark nedir?
DAS fiberin tamamını sürekli bir titreşim sensörü olarak kullanır ve on kilometrelerce hat boyunca olayların yerini bulur. FBG ise fibere yazılmış ızgaralarla belirli noktalarda gerinim ve sıcaklığı yüksek hassasiyetle ölçer. DAS kapsama, FBG nicel doğruluk sağlar; birçok projede birlikte kullanılırlar.
DAS hangi fiziksel ilkeye dayanır?
DAS, faz duyarlı optik zaman alanı reflektometrisine (Φ-OTDR) dayanır. Fibere gönderilen lazer darbelerinin Rayleigh geri saçılmasındaki faz değişimleri ölçülür. Dönüş süresi olayın konumunu, faz değişimi ise titreşimin genliğini ve frekansını verir.
DAS ile kaç kilometre izlenebilir?
Tek kanallı bir DAS sorgulayıcısı tipik olarak on kilometrelerce fiberi izler; sektörde sıkça belirtilen değer 40-50 km civarıdır. Gerçek menzil fiber kaybına, ek sayısına, örnekleme hızına ve gereken sinyal-gürültü oranına bağlıdır. Daha uzun hatlar birden fazla sorgulayıcı ile kapsanır.
Gauge length nedir, neden önemlidir?
Gauge length, DAS'ta fazın karşılaştırıldığı fiber segmentinin uzunluğudur ve tipik olarak birkaç metredir. Kısa gauge length yakın olayları ayırt etmeyi kolaylaştırır, uzun gauge length ise sinyal-gürültü oranını artırır. Doğru değer, izlenen olayın dalga boyuna ve uygulamaya göre seçilir.
FBG sensörü gerinime ne kadar duyarlıdır?
1550 nm civarında bir FBG'nin Bragg dalga boyu, tipik olarak mikrogerinim başına yaklaşık 1,2 pm ve °C başına yaklaşık 10 pm kayar. İyi bir sorgulayıcı ile gerinim yaklaşık 1 mikrogerinim sınıfında çözünürlükle ölçülebilir. Sıcaklık etkisi referans bir FBG ile ayrıştırılır.
Tek bir fibere kaç FBG sensörü bağlanabilir?
Dalga boyu bölmeli çoğullama (WDM) ile tek bir fibere tipik olarak birkaç düzine FBG seri olarak yerleştirilebilir. Her ızgaraya ayrı bir dalga boyu penceresi atanır. Kesin sayı kaynağın bant genişliğine ve beklenen ölçüm aralığına bağlıdır; çok kanallı sorgulayıcılarla kapasite artırılır.
Mevcut telekom fiberi DAS için kullanılabilir mi?
Evet, standart tek modlu telekom fiberi çoğu durumda DAS için doğrudan kullanılabilir; boş bir fiber yeterlidir. Performans, kablonun zemine bağlantısına ve ek kayıplarına göre değişir. FBG ise ızgara yazılmış özel fiber gerektirir, bu nedenle mevcut fiber FBG sensörü olarak çalışmaz.
DAS, DTS ve Brillouin algılamadan hangisini seçmeliyim?
Titreşim, hareket veya akustik olay tespiti gerekiyorsa DAS, yalnızca sıcaklık profili gerekiyorsa Raman tabanlı DTS, uzun hat boyunca statik gerinim ve sıcaklık gerekiyorsa Brillouin tabanlı BOTDA veya BOTDR uygundur. Belirli noktalarda yüksek hassasiyet gerekiyorsa FBG tercih edilir.