Распределенные акустические датчики (DAS) используются для мониторинга состояния конструкций, промышленных деталей, трубопроводов и охраны периметра. Они основаны на оптическом волокне, которое улавливает звуки, вибрации и деформации, позволяя отслеживать малейшие изменения. С помощью DAS можно распознать шаги человека, движение транспорта, утечки нефти и землетрясения.
Основной же недостаток таких систем – высокая стоимость и ограниченная чувствительность к звуковым частотам. Сейчас ученые активно работают над созданием новых типов оптического волокна с улучшенными характеристиками.
Исследователи Пермского Политеха и ПФИЦ УрО РАН изучили новые типы оптического волокна с различными покрытиями, чтобы понять их реакцию на звуковые волны в DAS-системах. Это позволит точнее подбирать волоконные элементы под задачи и расширить применение технологии в промышленности и экологическом мониторинге.
DAS-системы улавливают звуки на расстояниях до 10 км и используются для контроля трубопроводов, разведки месторождений, мониторинга конструкций, охраны границ и объектов. Они заменяют комплексы микрофонов. Эффективность зависит от чувствительности волокна к звуковым частотам. Звук или вибрация изменяют световой сигнал, который регистрируется приемником, оцифровывается и преобразуется в данные с помощью компьютера.
Каждый тип звукового события уникален по частоте и громкости, что позволяет различать утечки нефти, шум насоса, землетрясения и движение техники. Для DAS часто используют одномодовое волокно для интернет-трафика, но оно не всегда подходит для всех задач мониторинга из-за оптимизации для передачи данных.
Ученые создают специализированные волокна для акустического мониторинга. Они отличаются материалами сердцевины, оболочки и покрытия. Испытания семи типов волокон (акриловое, полиимидное, медное, фторопластовое) показали их восприимчивость к звуковым волнам в диапазоне 100-7000 Гц. Звуковая волна деформирует волокно, изменяя рассеиваемый свет, что фиксируется на другом конце. Измерения повторялись 100 раз для усреднения. Это улучшит мониторинг в разведке полезных ископаемых и сельском хозяйстве, а также откроет новые области применения.
Специалисты разработали рекомендации по оптимизации DAS для новых областей. Для акустического мониторинга предпочтительно волокно с полиимидным покрытием. Для точного восстановления «звукового шаблона» (например, для мониторинга трубопроводов, охраны периметров и «умного» дома) рекомендуется использовать анизотропное волокно с акрилатным покрытием (166 мкм), а волокно с фторопластовым покрытием – для частот менее 2500 Гц (разведка ископаемых, сельское хозяйство, распознавание голоса). Исследование расширяет понимание акустических свойств волокон и позволяет выбрать оптимальный тип для различных задач, способствуя адаптации DAS и ее распространению в РФ.
Источник: cnews.ru
распечатать статью
