跨大洋监听分布式声学

Fibre光电缆已成为跨大洋数字通信的主干光线并不仅仅对从一个地点向另一个地点传递信息有用-它们本身也可以被用作超长传感器阵列使用分布声学测量海床声震强法Ole Henrik Waagaard博士、Erlend Rornekleiv博士和Jan Petter Morten博士在挪威Alcatel子网提高DAS感知范围并寻找创新方法应用DAS

使用传感器,我们可以把世界观察转换成数据传感器是响应物理变化并转换信息为信号的设备,可由计算机解释数据可登录长期监测或进一步分析,例如作为反馈或警告系统的一部分

理想传感器能实时监控并足够敏感实时监控常有需要,但结果传输了大量数据-这可能耗时并可能具有挑战性

一种传感器提供极佳性能是光电缆Fibre光电缆目前占通信基础设施的大多数长纤维光脉冲传递信息的能力比传统导电线多长,传统导电线使用变电流实现相同结果fibre光学学允许快速传输大量数据,减少损耗其中一些属性还可用于光学纤维传感器应用

分布式声学

分布式声波传感器使用光电缆探测环境变化激光光脉冲传递到纤维下小片光可反射或散射,原因是组成纤维结构的硅玻璃有轻微异常光纤全长可能横跨大洋千米, 上下有许多小不完全性, 散射过程即Rayleigh散射

DAS系统能检测光长仅一纳米的变化

传输到反射信号之间的时间可精确测量瑞利分布点位置的任何微小变化都会改变延时表示这些小缺陷都起感知点作用温度或压力的任何变化都会导致最小散点位置变化并随后改变光延时光延量量变形或压力此类纤维压力可能由声波移入水柱或海床引起,对光电缆材料施压效果允许检测声源数公里外电缆

使用DAS系统,有可能创建传感器沿50km线带带宽度达50km,可检测每米光线光长变化Ole Henrik Waagaard博士和Arlend Rornekleiv博士在挪威Alcatel子网找到了一种方法,通过扫扫扫传输脉冲光频率使DAS系统工作更长范围通过将DAS可行范围扩展至171km以上,团队为需要最长测量距离的应用创建传感器方面做了重要开发这对于探测海洋地震、监控沿海环境与活动以及电缆完整性都很重要

脉冲结构

标准DAS系统使用脉冲查询模式模式操作简单涉及测量纤维反射脉冲脉冲测试DAS系统限制在约50千米范围的原因是信号下降纤维即使是最高质量纤维也有一些传播损耗,从而减慢脉冲因距离函数

研究者方法使用不同技术测量反射DAS信号与其使用定中频脉冲,新方法则需要通过延展时间扫扫扫传输脉冲的光频,因此每个频段分量分量在不同时间运抵以这种方式,脉冲能大增,空间分辨率则可维护并取决于脉冲逆带宽度

这种方法测量反射DAS信号意味着Waagaard和Rornekleiv能够将DAS测量长度提高三倍这种方法的另一长处是,它不要求改善纤维传输特性或生成更强输入脉冲实现更长感测范围

研究团队希望这些长距离DAS光学可用于监测全海岸线AS系统常例化地使用该技术应用数种不同应用,包括地震和海底环境感知

水底生物

广大通信电缆遍历偏远水下区域互联网流量穿梭于巨大的洲际水下电缆上 组成我们所有依赖的国际网络许多海洋条件监测站、地震监测站和野生生物监测站都分布在相似的偏僻地方,如天然气监测站和石油采掘自然资源监测站等

海洋下建设基础设施的难题是维护费用可能非常昂贵。关键是,遇有电缆损坏或中断时,可准确快速诊断故障以避免浪费大额费用DAS网络可以帮助解决-电缆损坏会影响反射信号,局部压力变化还会导致可检测光电缆变形,损坏位置可高精度计算

研究人员使用DAS传感器工具进行水下长期监控发现光电缆敏感度足以检测极弱海洋地震,而海洋地震可能是大地震的先兆,并基于鲸鱼的歌唱识别和定位各种鲸类

2020年夏期间,为Svalbard群岛光缆上带120km感知场的DAS录制搭建了一个仪器研究者检测到数以百计捕鲸声鲸定位可依据延时差对电缆不同部分计算允许持续监视鲸鱼并保护鲸鱼不受船运

Waagaard和Rornekleiv能够将DAS测量长度提高三倍

光电缆还可用于识别人的活动,例如船只光电缆传输信息速度如此之快 DAS网络可实时监控船上位置并跟踪具体位置光线上有如此多的“传感点”,基本作用为长连续传感器横跨千米,这意味着没有盲点。光缆不同段感知声波从船流水流到电缆的信息显示,电缆上的位置和距离都可以获取

团队认为DAS技术可成为保护海洋生物和水下电缆的强项声波还由锚或渔具生成,这些锚或渔具接触海底,并沿海底传播DAS电缆可检测到这些威胁可能损害距离电缆数公里的光纤以这种方式可以预防电缆损坏并检查水下某些区域人的活动量。

DAS是极佳感知工具多亏这些创新技术,我们现在可以制作传感器 深入不同沿海地区 以极精度监控船舶和水下活动无论是近海还是近海,电缆网络DAS测量都有可能实现全线监控和预警系统故障和自然灾害