Distributed acoustic sensing
রেলে স্ক্যাটারিং ভিত্তিক ডিস্ট্রিবিউটেড অ্যাকোস্টিক সেন্সিং (ডিএএস) সিস্টেমগুলি ডিস্ট্রিবিউটেড স্ট্রেন সেন্সিং সরবরাহ করতে ফাইবার অপটিক কেবল ব্যবহার করে। ডিএএস-এ, অপটিক্যাল ফাইবার কেবল সংবেদনশীল উপাদান হয়ে ওঠে এবং পরিমাপ করা হয়, এবং আংশিকভাবে একটি সংযুক্ত অপ্টোইলেক্ট্রনিক ডিভাইস ব্যবহার করে প্রক্রিয়াজাত করা হয়। এই ধরনের ব্যবস্থা অ্যাকোস্টিক ফ্রিকোয়েন্সি স্ট্রেন সংকেতগুলিকে বড় দূরত্বে এবং কঠোর পরিবেশে সনাক্ত করার অনুমতি দেয়। রেলে স্ক্যাটার ভিত্তিক ফাইবার অপটিক সেন্সিং-এর মৌলিক বিষয়গুলি রেলে স্ক্যাটার ভিত্তিক ডিস্ট্রিবিউটেড ফাইবার অপটিক সেন্সিং-এ, একটি সুসঙ্গত লেজার পালস একটি অপটিক ফাইবার বরাবর পাঠানো হয় এবং ফাইবারের মধ্যে বিচ্ছুরণ সাইটগুলি ফাইবারকে প্রায় পালস দৈর্ঘ্যের সমান গজ দৈর্ঘ্যের সাথে একটি ডিস্ট্রিবিউটেড ইন্টারফেরোমিটার হিসাবে কাজ করে। প্রতিফলিত আলোর তীব্রতা লেজার পালস সংক্রমণের পরে সময়ের একটি ফাংশন হিসাবে পরিমাপ করা হয়। এটি কোহেরেন্ট রেলে অপটিক্যাল টাইম ডোমেন রিফ্লেক্টোমেট্রি (সিওটিডিআর) নামে পরিচিত। যখন পালস ফাইবারের পুরো দৈর্ঘ্য এবং পিছনে ভ্রমণ করার সময় পায়, তখন পরবর্তী লেজার পালস ফাইবার বরাবর পাঠানো যেতে পারে। ফাইবারের একই অঞ্চল থেকে ধারাবাহিক ডালের প্রতিফলিত তীব্রতার পরিবর্তন ফাইবারের সেই অংশের আলোকীয় পথের দৈর্ঘ্যের পরিবর্তনের কারণে ঘটে। এই ধরনের সিস্টেম ফাইবারের স্ট্রেন এবং তাপমাত্রার তারতম্য উভয়ের প্রতিই অত্যন্ত সংবেদনশীল এবং ফাইবারের সমস্ত অংশে প্রায় একই সময়ে পরিমাপ করা যেতে পারে। রেলে-ভিত্তিক ব্যবস্থার সক্ষমতা সর্বাধিক পরিসীমা অপটিক্যাল পালস ফাইবার বরাবর প্রসারিত হওয়ার সাথে সাথে হ্রাস পায়। 1550 এনএম-এ পরিচালিত একটি একক মোড ফাইবারের জন্য, একটি সাধারণ অ্যাটেনুয়েশন হল 0.2 ডিবি/কিমি। যেহেতু আলোকে অবশ্যই ফাইবারের প্রতিটি অংশ বরাবর একটি ডাবল পাস করতে হবে, এর অর্থ হল প্রতি 1 কিলোমিটার মোট 0.4 ডিবি ক্ষতি করে। সিস্টেমের সর্বাধিক পরিসীমা তখন ঘটে যখন প্রতিফলিত স্পন্দনের প্রশস্ততা এত কম হয়ে যায় যে এটি থেকে একটি স্পষ্ট সংকেত পাওয়া অসম্ভব। ইনপুট শক্তি বৃদ্ধি করে এই প্রভাবকে প্রতিহত করা সম্ভব নয় কারণ একটি নির্দিষ্ট স্তরের উপরে এটি অরৈখিক অপটিক্যাল প্রভাবকে প্ররোচিত করবে যা সিস্টেমের ক্রিয়াকলাপকে ব্যাহত করবে। সাধারণত পরিমাপ করা যেতে পারে এমন সর্বোচ্চ পরিসীমা প্রায় 40-50 কিমি। স্ট্রেন রেজোলিউশন স্ট্রেনের সর্বাধিক মান যা পরিমাপ করা যেতে পারে তা নির্ভর করে ফিরে আসা অপটিক্যাল সিগন্যালের বাহক এবং শব্দের অনুপাতের উপর। বাহক স্তরটি মূলত অপটিক্যাল সিগন্যালের প্রশস্ততা দ্বারা নির্ধারিত হয় যেখানে শব্দটি লেজারের শব্দ, বৈদ্যুতিন শব্দ এবং ডিটেক্টরের শব্দ সহ বিভিন্ন উৎস থেকে প্রাপ্ত শব্দের সংমিশ্রণ। স্থানিক রেজোলিউশন এবং স্থানিক স্যাম্পলিং পিরিয়ড স্থানিক রেজোলিউশন মূলত প্রেরিত পালসের সময়কাল দ্বারা নির্ধারিত হয়, যেখানে 100 এনএস পালস 10 মিটার রেজোলিউশন দেয় যা একটি সাধারণ মান। প্রতিফলিত আলোর পরিমাণ নাড়ির দৈর্ঘ্যের সাথে আনুপাতিক তাই স্থানিক রেজোলিউশন এবং সর্বাধিক পরিসরের মধ্যে একটি বিনিময়-বন্ধ রয়েছে। সর্বাধিক পরিসীমা উন্নত করতে, প্রতিফলিত আলোর স্তর বাড়ানোর জন্য দীর্ঘ নাড়ির দৈর্ঘ্য ব্যবহার করা বাঞ্ছনীয় তবে এটি একটি ছোট স্থানিক রেজোলিউশনের দিকে পরিচালিত করে। দুটি সংকেত স্বাধীন হওয়ার জন্য, সেগুলি ফাইবারের উপর দুটি বিন্দু থেকে প্রাপ্ত করতে হবে যা কমপক্ষে স্থানিক রেজোলিউশন দ্বারা পৃথক করা হয়। স্থানিক রেজোলিউশনের চেয়ে কম পৃথকীকরণে নমুনা পাওয়া সম্ভব এবং যদিও এটি এমন সংকেত তৈরি করে যা একে অপরের থেকে স্বাধীন নয়, তবে এই ধরনের পদ্ধতি কিছু প্রয়োগে সুবিধা প্রদান করে। স্যাম্পলিং পয়েন্টগুলির মধ্যে পৃথকীকরণকে কখনও কখনও স্থানিক স্যাম্পলিং সময়কাল হিসাবে উল্লেখ করা হয়। অধিগ্রহণের হার পরবর্তী লেজার পালস প্রেরণ করার আগে পূর্ববর্তীটির অবশ্যই ফাইবারের সুদূর প্রান্তে ভ্রমণ করার এবং সেখান থেকে প্রতিফলনগুলি ফিরে আসার জন্য সময় থাকতে হবে, অন্যথায় প্রতিফলনগুলি একই সময়ে ফাইবারের বিভিন্ন বিভাগ থেকে ফিরে আসবে এবং সিস্টেমটি সঠিকভাবে কাজ করবে না। 50 কিলোমিটার দীর্ঘ একটি ফাইবারের জন্য সর্বোচ্চ পালস হার মাত্র 2 কিলোহার্জ। অতএব, স্ট্রেনগুলি পরিমাপ করা যেতে পারে যা 1 কিলোহার্জ এর নাইকুইস্ট ফ্রিকোয়েন্সি পর্যন্ত ফ্রিকোয়েন্সিতে পরিবর্তিত হয়। সংক্ষিপ্ত তন্তুগুলি স্পষ্টভাবে উচ্চতর অধিগ্রহণের হারকে সক্ষম করে। তাপমাত্রার পরিমাপ যদিও সিস্টেমটি তাপমাত্রা এবং স্ট্রেন উভয় বৈচিত্র্যের প্রতি সংবেদনশীল তবে এগুলি প্রায়শই পৃথক করা যেতে পারে কারণ তাপমাত্রার কারণে স্ট্রেনের তুলনায় কম ফ্রিকোয়েন্সি পরিসরে ঘটে। ব্রিলউইন বা রমন বিচ্ছুরণের উপর ভিত্তি করে অন্যান্য বিতরণকৃত ফাইবার কৌশলগুলির বিপরীতে, বিতরণকৃত অ্যাকোস্টিক সেন্সিং কেবল তার পরম মানের পরিবর্তে তাপমাত্রার পরিবর্তনগুলি সনাক্ত করতে সক্ষম। অন্যান্য ফাইবার অপটিক ডিস্ট্রিবিউটেড সেন্সিং কৌশলের সাথে তুলনা ডিস্ট্রিবিউটেড অ্যাকোস্টিক সেন্সিং আলোর উপর নির্ভর করে যা ফাইবারের প্রতিসরাঙ্কের ছোট বৈচিত্র থেকে রেলে ব্যাকস্ক্যাটারড। ব্যাকস্ক্যাটারড আলোর ফ্রিকোয়েন্সি প্রেরিত আলোর সমান। আরও বেশ কয়েকটি বিতরণকৃত ফাইবার সেন্সিং কৌশল রয়েছে যা বিভিন্ন বিচ্ছুরণ পদ্ধতির উপর নির্ভর করে এবং অন্যান্য পরামিতিগুলি পরিমাপ করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। ফাইবারে ভ্রমণকারী আলো এবং অ্যাকোস্টিক ফোননের মধ্যে মিথস্ক্রিয়ার কারণে ব্রিলউইন বিচ্ছুরণ ঘটে। যেহেতু আলো একটি চলমান ফোনন দ্বারা বিক্ষিপ্ত হয়, তাই এর ফ্রিকোয়েন্সি ডপলার প্রভাব দ্বারা প্রায় 10 গিগাহার্টজ দ্বারা স্থানান্তরিত হয়। মূল অপটিক্যাল ফ্রিকোয়েন্সির উপরে (অ্যান্টি-স্টোকস শিফট) এবং নীচে (স্টোকস শিফট) উভয় জায়গাতেই আলো উৎপন্ন হয়। দুটি উপাদানের তীব্রতা এবং ফ্রিকোয়েন্সি স্থানান্তর তাপমাত্রা এবং স্ট্রেন উভয়ের উপর নির্ভরশীল এবং স্থানান্তর পরিমাপ করে, দুটি পরামিতিগুলির পরম মান একটি বিতরণকৃত তাপমাত্রা এবং স্ট্রেন সেন্সিং (ডিটিএসএস) সিস্টেম ব্যবহার করে গণনা করা যেতে পারে। ব্রিলউইন বিচ্ছুরণ রেলে বিচ্ছুরণের তুলনায় অনেক দুর্বল এবং তাই পরিমাপ করতে সক্ষম করার জন্য বেশ কয়েকটি ডাল থেকে প্রতিফলনগুলি অবশ্যই একত্রিত করতে হবে। অতএব, ব্রিলউইন বিচ্ছুরণ ব্যবহার করে পরিবর্তনগুলি পরিমাপ করা যেতে পারে এমন সর্বাধিক ফ্রিকোয়েন্সি সাধারণত কয়েক দশ Hz হয়। ফাইবারে আণবিক কম্পনের সাথে মিথস্ক্রিয়ায় আলো ছড়িয়ে পড়লে রমন বিচ্ছুরণ ঘটে। ব্রিলউইন বিক্ষেপণের মতো, স্টোকস এবং অ্যান্টি-স্টোকস উভয় উপাদানই উৎপাদিত হয় এবং এগুলি আপতিত আলোর তরঙ্গদৈর্ঘ্য থেকে কয়েক দশ ন্যানোমিটার দ্বারা স্থানান্তরিত হয়। স্টোকস এবং অ্যান্টি-স্টোকস উপাদানগুলির মধ্যে তীব্রতার অনুপাত পরিমাপ করে, তাপমাত্রার একটি পরম মান একটি ডিস্ট্রিবিউটেড টেম্পারেচার সেন্সিং (ডিটিএস) সিস্টেম দ্বারা পরিমাপ করা যেতে পারে। ব্রিলউইন বিচ্ছুরণের তুলনায় বৃহত্তর তরঙ্গদৈর্ঘ্যের পরিবর্তনের অর্থ হল বিক্ষিপ্ত রমন আলোকে অপরিবর্তিত রেলে বিচ্ছুরিত উপাদান থেকে আলাদা করা সহজ। তবে রমন বিচ্ছুরণের তীব্রতা ব্রিলউইন বিচ্ছুরণের চেয়ে কম এবং তাই যুক্তিসঙ্গত ফলাফল পাওয়ার জন্য সাধারণত অনেক সেকেন্ড বা মিনিটের জন্য গড় করা প্রয়োজন। অতএব, রমন-ভিত্তিক ব্যবস্থা শুধুমাত্র ধীরে ধীরে পরিবর্তিত তাপমাত্রা পরিমাপের জন্য উপযুক্ত। ফেজ-সেন্সিটিভ কোহেরেন্ট অপটিক্যাল টাইম-ডোমেন রিফ্লেক্টোমেট্রি ফেজ-সেন্সিটিভ কোহেরেন্ট অপটিক্যাল টাইম-ডোমেন রিফ্লেক্টোমেট্রি (φ-OTDR) এমন একটি কৌশল যা এই বিতরণকৃত অ্যাকোস্টিক সেন্সিং সিস্টেমগুলির জন্য পর্যাপ্ত সংবেদনশীলতা এবং রেজোলিউশন প্রদান করতে পারে। স্ট্যান্ডার্ড অপটিক্যাল টাইম-ডোমেন রিফ্লেক্টোমেট্রি কৌশলগুলি সঙ্গতিপূর্ণ দৈর্ঘ্যের আলোর উৎস ব্যবহার করে, যা পালস দৈর্ঘ্যের চেয়ে ছোট। এটি প্রতিটি বিচ্ছুরণ কেন্দ্র থেকে ব্যাকস্ক্যাটার তীব্রতার সমষ্টি তৈরি করতে পারে, যা ফাইবার অপটিক কেবলগুলিতে স্প্লাইস এবং বিরতি পর্যবেক্ষণের অনুমতি দেয়। অন্যদিকে, φ-OTDR-ভিত্তিক সেন্সরগুলিতে, লেজারগুলির সঙ্গতির দৈর্ঘ্য তাদের নাড়ির দৈর্ঘ্যের চেয়ে বেশি হয়। ফাইবারের কাছাকাছি একটি ঘটনা একটি অ্যাকোস্টিক তরঙ্গ তৈরি করে যা ব্যাকস্কেটারিং কেন্দ্রগুলির পর্যায়গুলি পরিবর্তন করে অপটিক্যাল ফাইবারকে প্রভাবিত করে। এই ধরনের সংকেতগুলির একটি বিশ্লেষণ সংবেদকের উপর তাদের প্রভাব প্রকাশ করতে পারে এবং তন্তু বস্তুর কাছাকাছি অবস্থিত ধ্বনিগত উৎসগুলি পর্যবেক্ষণ করতে পারে। অ্যাপ্লিকেশন রেলে-ভিত্তিক সংবেদনশীলতার সংবেদনশীলতা এবং গতি প্রতিটি লেজার উৎস থেকে 100 কিলোমিটারেরও বেশি দূরত্বে অ্যাকোস্টিক সংকেতের বিতরণ পর্যবেক্ষণের অনুমতি দেয়। সাধারণ প্রয়োগগুলির মধ্যে রয়েছে অবাঞ্ছিত হস্তক্ষেপের জন্য এবং ফুটো বা প্রবাহের অনিয়মের জন্য পাইপলাইনগুলির অবিচ্ছিন্ন পর্যবেক্ষণ; অবাঞ্ছিত হস্তক্ষেপ এবং তারের ত্রুটির জন্য পাওয়ার কেবলগুলির পর্যবেক্ষণ; ট্র্যাফিক (রাস্তা, রেলপথ এবং ট্রেন), সীমানা এবং অস্বাভাবিক ক্রিয়াকলাপের জন্য অন্যান্য সংবেদনশীল পরিধি পর্যবেক্ষণ; এবং এমনকি তেল কূপ পর্যবেক্ষণ অ্যাপ্লিকেশন যেখানে প্রযুক্তিটি প্রকৃত সময়ে কূপের দৈর্ঘ্য নির্ধারণ করতে দেয়। অপটিক ফাইবারের কঠোর পরিবেশে কাজ করার ক্ষমতা প্রযুক্তিটিকে এমন পরিস্থিতির জন্য বিশেষভাবে উপযুক্ত করে তোলে যেখানে সাধারণ সেন্সিং সিস্টেমগুলি পরিবেশগত অবস্থার কারণে অব্যবহারযোগ্য বা অবাস্তব। প্রযুক্তির দীর্ঘ পরিসীমা সিসমিক সেন্সিং-এও এর ব্যবহারের অনুমতি দেয়। একটি কেবল আঞ্চলিক ভূমিকম্পের ক্রিয়াকলাপ পর্যবেক্ষণের একটি অবিচ্ছিন্ন লাইন সরবরাহ করতে পারে এবং হাজার হাজার কিলোমিটার দূরে ভূমিকম্প সনাক্ত করতে পারে। বর্ধিত ভূ-তাপীয় ব্যবস্থায় (ইজিএস) জলবাহী উদ্দীপনা পর্যবেক্ষণের পাশাপাশি বেশ কয়েকটি কার্বন ক্যাপচার অ্যান্ড স্টোরেজ (সিসিএস) প্রকল্পে কার্বন ডাই অক্সাইডের ইনজেকশন দেওয়ার জন্য বিতরণকৃত অ্যাকোস্টিক সেন্সিংয়ের ব্যবহারও প্রদর্শিত হয়েছে। আরও দেখুন ডিস্ট্রিবিউটেড টেম্পারেচার সেন্সিং ফাইবার অপটিক সেন্সর অপটিক্যাল টাইম-ডোমেন রিফ্লেক্টোমিটার রেফারেন্স সেন্সর ফাইবার অপটিক্স