Distributed acoustic sensing
ரேலே சிதறல் அடிப்படையிலான விநியோகிக்கப்பட்ட ஒலி உணர்தல் (டிஏஎஸ்) அமைப்புகள் ஃபைபர் ஆப்டிக் கேபிள்களைப் பயன்படுத்தி விநியோகிக்கப்பட்ட திரிபு உணர்தலை வழங்குகின்றன. டிஏஎஸ் இல், ஆப்டிகல் ஃபைபர் கேபிள் உணர்திறன் உறுப்பாக மாறுகிறது மற்றும் அளவீடுகள் செய்யப்படுகின்றன, மேலும் இணைக்கப்பட்ட ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக் சாதனத்தைப் பயன்படுத்தி ஓரளவு செயலாக்கப்படுகிறது. இத்தகைய அமைப்பு ஒலி அதிர்வெண் திரிபு சமிக்ஞைகளை அதிக தூரத்திலும் கடுமையான சூழலிலும் கண்டறிய அனுமதிக்கிறது. ரேலே சிதறல் அடிப்படையிலான ஃபைபர் ஆப்டிக் சென்சிங்கின் அடிப்படைகள் ரேலே சிதறல் அடிப்படையிலான விநியோகிக்கப்பட்ட ஃபைபர் ஆப்டிக் சென்சிங்கில், ஒரு ஒத்திசைவான லேசர் துடிப்பு ஒரு ஆப்டிக் ஃபைபர் வழியாக அனுப்பப்படுகிறது, மேலும் ஃபைபருக்குள் சிதறல் தளங்கள் ஃபைபர் துடிப்பு நீளத்திற்கு சமமான கேஜ் நீளத்துடன் விநியோகிக்கப்பட்ட இன்டர்ஃபெரோமீட்டராக செயல்பட காரணமாகிறது. பிரதிபலித்த ஒளியின் தீவிரம் லேசர் துடிப்பு பரவிய பிறகு நேரத்தின் செயல்பாடாக அளவிடப்படுகிறது. இது கோஹெரென்ட் ரேலே ஆப்டிகல் டைம் டொமைன் ரிஃப்ளெக்டோமெட்ரி (COTDR) என்று அழைக்கப்படுகிறது. துடிப்பு இழையின் முழு நீளத்தையும் பின்புறத்தையும் பயணிக்க நேரம் இருக்கும்போது, அடுத்த லேசர் துடிப்பு இழையுடன் அனுப்பப்படலாம். இழையின் அதே பகுதியிலிருந்து அடுத்தடுத்த துடிப்புகளின் பிரதிபலித்த தீவிரத்தில் ஏற்படும் மாற்றங்கள் இழையின் அந்த பிரிவின் ஒளியியல் பாதை நீளத்தில் ஏற்படும் மாற்றங்களால் ஏற்படுகின்றன. இந்த வகை அமைப்பு இழையின் திரிபு மற்றும் வெப்பநிலை மாறுபாடுகள் இரண்டிற்கும் மிகவும் உணர்திறன் கொண்டது மற்றும் இழையின் அனைத்து பிரிவுகளிலும் கிட்டத்தட்ட ஒரே நேரத்தில் அளவீடுகள் செய்யப்படலாம். ரேலே அடிப்படையிலான அமைப்புகளின் திறன்கள் அதிகபட்ச வரம்பு ஒளியியல் துடிப்பு இழையுடன் பரவும்போது குறைக்கப்படுகிறது. 1550 நானோமீட்டரில் செயல்படும் ஒற்றை முறை இழைகளுக்கு, ஒரு பொதுவான குறைப்பு 0.2 டிபி/கிமீ ஆகும். ஃபைபரின் ஒவ்வொரு பகுதியிலும் ஒளி இரட்டை பாஸ் செய்ய வேண்டும் என்பதால், இதன் பொருள் ஒவ்வொரு 1 கிமீக்கும் மொத்தம் 0.40 டெசிபல் இழப்பு ஏற்படுகிறது. பிரதிபலித்த துடிப்பின் வீச்சு மிகவும் குறைவாக இருக்கும்போது அமைப்பின் அதிகபட்ச வரம்பு ஏற்படுகிறது, அதிலிருந்து ஒரு தெளிவான சமிக்ஞையைப் பெறுவது சாத்தியமில்லை. உள்ளீட்டு சக்தியை அதிகரிப்பதன் மூலம் இந்த விளைவை எதிர்ப்பது சாத்தியமில்லை, ஏனெனில் ஒரு குறிப்பிட்ட நிலைக்கு மேல் இது நேரியல் அல்லாத ஒளியியல் விளைவுகளைத் தூண்டும், இது அமைப்பின் செயல்பாட்டை சீர்குலைக்கும். பொதுவாக அளவிடக்கூடிய அதிகபட்ச வரம்பு 40-50 கிமீ ஆகும். ஸ்ட்ரெய்ன் ரெசல்யூஷன் அளவிடக்கூடிய ஸ்ட்ரெயினின் அதிகபட்ச மதிப்பு திரும்பும் ஆப்டிகல் சிக்னலின் கேரியர் மற்றும் சத்தம் விகிதத்தைப் பொறுத்தது. கேரியர் நிலை பெரும்பாலும் ஒளியியல் சமிக்ஞையின் வீச்சால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது, அதே நேரத்தில் சத்தம் என்பது லேசர் சத்தம், மின்னணு சத்தம் மற்றும் டிடெக்டர் சத்தம் உள்ளிட்ட பல்வேறு மூலங்களிலிருந்து வரும் கலவையாகும். இடஞ்சார்ந்த தீர்மானம் மற்றும் இடஞ்சார்ந்த மாதிரி காலம் இடஞ்சார்ந்த தீர்மானம் முக்கியமாக பரவும் துடிப்பின் காலத்தால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது, 100 என்எஸ் துடிப்பு 10 மீ தெளிவுத்திறனை ஒரு பொதுவான மதிப்பாகக் கொடுக்கிறது. பிரதிபலித்த ஒளியின் அளவு துடிப்பு நீளத்திற்கு விகிதாசாரமாக இருப்பதால், இடஞ்சார்ந்த தெளிவுத்திறனுக்கும் அதிகபட்ச வரம்பிற்கும் இடையில் ஒரு பரிமாற்றம் உள்ளது. அதிகபட்ச வரம்பை மேம்படுத்த, பிரதிபலித்த ஒளி அளவை அதிகரிக்க நீண்ட துடிப்பு நீளத்தைப் பயன்படுத்துவது விரும்பத்தக்கதாக இருக்கும், ஆனால் இது ஒரு சிறிய இடஞ்சார்ந்த தீர்மானத்திற்கு வழிவகுக்கிறது. இரண்டு சமிக்ஞைகள் சுயாதீனமாக இருக்க, அவை குறைந்தபட்சம் இடஞ்சார்ந்த தெளிவுத்திறனால் பிரிக்கப்பட்ட இழையின் இரண்டு புள்ளிகளிலிருந்து பெறப்பட வேண்டும். இடஞ்சார்ந்த தெளிவுத்திறனை விட குறைவான பிரிப்புகளில் மாதிரிகளைப் பெற முடியும், மேலும் இது ஒருவருக்கொருவர் சுயாதீனமாக இல்லாத சமிக்ஞைகளை உருவாக்கினாலும், அத்தகைய அணுகுமுறை சில பயன்பாடுகளில் நன்மைகளை வழங்குகிறது. மாதிரி புள்ளிகளுக்கு இடையிலான பிரிப்பு சில நேரங்களில் இடஞ்சார்ந்த மாதிரி காலம் என்று குறிப்பிடப்படுகிறது. அடுத்த லேசர் துடிப்பு பரவுவதற்கு முன்பு முந்தையது ஃபைபரின் தொலைதூர முனைக்கு பயணிக்கவும், அங்கிருந்து பிரதிபலிப்புகள் திரும்பவும் நேரம் இருந்திருக்க வேண்டும், இல்லையெனில் பிரதிபலிப்புகள் ஒரே நேரத்தில் ஃபைபரின் வெவ்வேறு பிரிவுகளிலிருந்து திரும்பும் மற்றும் அமைப்பு சரியாக செயல்படாது. 50 கிமீ நீளமுள்ள ஒரு ஃபைபருக்கு அதிகபட்ச துடிப்பு விகிதம் 2 கிலோ ஹெர்ட்ஸுக்கு சற்று அதிகமாக உள்ளது. எனவே, 1 கிலோஹெர்ட்ஸ் நிக்விஸ்ட் அதிர்வெண் வரை அதிர்வெண்களில் மாறுபடும் விகாரங்களை அளவிட முடியும். குறுகிய இழைகள் அதிக கையகப்படுத்தும் விகிதங்களை தெளிவாக செயல்படுத்துகின்றன. வெப்பநிலை அளவீடுகள் அமைப்பு வெப்பநிலை மற்றும் திரிபு மாறுபாடுகள் இரண்டிற்கும் உணர்திறன் கொண்டதாக இருந்தாலும், வெப்பநிலை காரணமாக அவை திரிபுகளை விட குறைந்த அதிர்வெண் வரம்பில் ஏற்படுவதால் இவை பெரும்பாலும் பிரிக்கப்படலாம். பிரில்லோயின் அல்லது ராமன் சிதறலை அடிப்படையாகக் கொண்ட பிற விநியோகிக்கப்பட்ட ஃபைபர் நுட்பங்களைப் போலல்லாமல், விநியோகிக்கப்பட்ட ஒலி உணர்தல் அதன் முழுமையான மதிப்பைக் காட்டிலும் வெப்பநிலையில் ஏற்படும் மாற்றங்களை மட்டுமே கண்டறிய முடியும். பிற ஃபைபர் ஆப்டிக் விநியோகிக்கப்பட்ட உணர்திறன் நுட்பங்களுடன் ஒப்பிடுகையில், விநியோகிக்கப்பட்ட ஒலி உணர்தல் ஒளியை நம்பியுள்ளது, இது ஃபைபரின் ஒளிவிலகல் குறியீட்டில் உள்ள சிறிய மாறுபாடுகளிலிருந்து ரேலே பின்னோக்கி சிதறடிக்கப்படுகிறது. பின்னோக்கி சிதறடிக்கப்பட்ட ஒளி பரவும் ஒளியின் அதே அதிர்வெண்ணைக் கொண்டுள்ளது. பல்வேறு சிதறல் வழிமுறைகளை நம்பியிருக்கும் பல விநியோகிக்கப்பட்ட ஃபைபர் உணர்திறன் நுட்பங்கள் உள்ளன, மேலும் பிற அளவுருக்களை அளவிட பயன்படுத்தப்படலாம். ஃபைபரில் பயணிக்கும் ஒளி மற்றும் ஒலி ஃபோனான்களுக்கு இடையிலான தொடர்பு காரணமாக பிரில்லோயின் சிதறல் ஏற்படுகிறது. ஒளி நகரும் ஃபோனானால் சிதறடிக்கப்படுவதால், அதன் அதிர்வெண் டாப்ளர் விளைவால் சுமார் 10 ஜிகாஹெர்ட்ஸ் மாற்றப்படுகிறது. ஒளி அசல் ஒளியியல் அதிர்வெண்ணின் மேலே (ஆன்டி-ஸ்டோக்ஸ் ஷிப்ட்) மற்றும் கீழே (ஸ்டோக்ஸ் ஷிப்ட்) இரண்டிலும் உருவாக்கப்படுகிறது. இரண்டு கூறுகளின் தீவிரம் மற்றும் அதிர்வெண் மாற்றங்கள் வெப்பநிலை மற்றும் திரிபு இரண்டையும் சார்ந்துள்ளன, மேலும் மாற்றங்களை அளவிடுவதன் மூலம், இரண்டு அளவுருக்களின் முழுமையான மதிப்புகளை விநியோகிக்கப்பட்ட வெப்பநிலை மற்றும் திரிபு உணர்தல் (டிடிஎஸ்எஸ்) அமைப்பைப் பயன்படுத்தி கணக்கிட முடியும். பிரில்லோயின் சிதறல் ரேலே சிதறலை விட மிகவும் பலவீனமானது, எனவே அளவீடுகளைச் செய்ய பல துடிப்புகளின் பிரதிபலிப்புகள் ஒன்றாகச் சேர்க்கப்பட வேண்டும். எனவே, பிரில்லோயின் சிதறலைப் பயன்படுத்தி மாற்றங்களை அளவிடக்கூடிய அதிகபட்ச அதிர்வெண் பொதுவாக சில பத்து ஹெர்ட்ஸ் ஆகும். இழைகளில் உள்ள மூலக்கூறு அதிர்வுகளுடன் தொடர்பு கொள்ளும்போது ஒளி சிதறடிக்கப்படும்போது ராமன் சிதறல் ஏற்படுகிறது. ப்ரில்லோயின் சிதறலைப் போலவே, ஸ்டோக்ஸ் மற்றும் ஆன்டி-ஸ்டோக்ஸ் கூறுகள் இரண்டும் உற்பத்தி செய்யப்படுகின்றன, மேலும் இவை சம்பவ ஒளியின் அலைநீளத்திலிருந்து பல பத்து நானோமீட்டர்களால் மாற்றப்படுகின்றன. ஸ்டோக்ஸ் மற்றும் ஆன்டி-ஸ்டோக்ஸ் கூறுகளுக்கு இடையிலான தீவிரத்தின் விகிதத்தை அளவிடுவதன் மூலம், வெப்பநிலையின் முழுமையான மதிப்பை விநியோகிக்கப்பட்ட வெப்பநிலை உணர்திறன் (டி. டி. எஸ்) அமைப்பு மூலம் அளவிட முடியும். பிரில்லோயின் சிதறலுடன் ஒப்பிடும்போது பெரிய அலைநீள மாற்றங்கள் என்பது சிதறிய ராமன் ஒளியை மாற்றப்படாத ரேலே சிதறிய கூறுகளிலிருந்து பிரிப்பது எளிது என்பதைக் குறிக்கிறது. இருப்பினும், ராமன் சிதறலின் தீவிரம் பிரில்லோயின் சிதறலை விட குறைவாக உள்ளது, எனவே நியாயமான முடிவுகளைப் பெற பல வினாடிகள் அல்லது நிமிடங்களுக்கு சராசரியாக இருப்பது பொதுவாக அவசியம். எனவே, மெதுவாக மாறிவரும் வெப்பநிலைகளை அளவிடுவதற்கு மட்டுமே ராமன் அடிப்படையிலான அமைப்புகள் பொருத்தமானவை. கட்ட-உணர்திறன் ஒத்திசைவான ஒளியியல் நேர-கள பிரதிபலிப்பு கணிதம் கட்ட-உணர்திறன் ஒத்திசைவான ஒளியியல் நேர-கள பிரதிபலிப்பு கணிதம் (φ-OTDR) என்பது இந்த விநியோகிக்கப்பட்ட ஒலி உணர்திறன் அமைப்புகளுக்கு போதுமான உணர்திறன் மற்றும் தெளிவுத்திறனை வழங்கக்கூடிய ஒரு நுட்பமாகும். நிலையான ஒளியியல் நேர-கள பிரதிபலிப்பு அளவீட்டு நுட்பங்கள் துடிப்பு நீளங்களை விட குறுகிய ஒத்திசைவு நீளங்களைக் கொண்ட ஒளி மூலங்களைப் பயன்படுத்துகின்றன. இது ஒவ்வொரு சிதறல் மையத்திலிருந்தும் பின்னோக்கி சிதறடிக்கப்பட்ட தீவிரங்களின் கூட்டுத்தொகையை வழங்க முடியும், இது ஃபைபர் ஆப்டிக் கேபிள்களில் பிளவுகள் மற்றும் முறிவுகளைக் கண்காணிக்க அனுமதிக்கிறது. மாறாக, φ-OTDR-அடிப்படையிலான சென்சார்களில், லேசர்களின் ஒத்திசைவு நீளம் அவற்றின் துடிப்பு நீளத்தை விட நீளமானது. இழைக்கு அருகிலுள்ள ஒரு நிகழ்வு ஒரு ஒலி அலைகளை உருவாக்குகிறது, இது பின்னோக்கி சிதறல் மையங்களின் கட்டங்களை மாற்றுவதன் மூலம் ஒளியியல் இழையை பாதிக்கிறது. இத்தகைய சமிக்ஞைகளின் பகுப்பாய்வு சென்சாரில் அவற்றின் தாக்கத்தை வெளிப்படுத்தலாம் மற்றும் ஃபைபர் பொருட்களுக்கு அருகில் அமைந்துள்ள ஒலி ஆதாரங்களை கண்காணிக்கலாம். பயன்பாடுகள் ரேலே அடிப்படையிலான உணர்வின் உணர்திறன் மற்றும் வேகம் ஒவ்வொரு லேசர் மூலத்திலிருந்தும் 100 கி. மீ. க்கும் அதிகமான தூரத்தில் ஒலி சமிக்ஞைகளின் விநியோகிக்கப்பட்ட கண்காணிப்பை அனுமதிக்கிறது. தேவையற்ற குறுக்கீடு மற்றும் கசிவுகள் அல்லது ஓட்ட முறைகேடுகளுக்கான குழாய்களை தொடர்ந்து கண்காணிப்பது; தேவையற்ற குறுக்கீடு மற்றும் கேபிள் பிழைகளுக்கான மின் கேபிள்களைக் கண்காணிப்பது; போக்குவரத்து (சாலைகள், ரயில்வே மற்றும் ரயில்கள்), எல்லைகள் மற்றும் அசாதாரண செயல்பாட்டிற்கான பிற உணர்திறன் சுற்றளவுகளைக் கண்காணிப்பது; மற்றும் தொழில்நுட்பம் கிணற்றின் நீளத்தை நிகழ்நேரத்தில் தீர்மானிக்க அனுமதிக்கும் எண்ணெய் கிணறு கண்காணிப்பு பயன்பாடுகள் கூட அடங்கும். ஆப்டிக் ஃபைபர் கடுமையான சூழல்களில் செயல்படும் திறன், சுற்றுச்சூழல் நிலைமைகள் காரணமாக வழக்கமான உணர்திறன் அமைப்புகள் பயன்படுத்த முடியாத அல்லது நடைமுறைக்கு சாத்தியமற்ற சூழ்நிலைகளுக்கு தொழில்நுட்பத்தை மிகவும் பொருத்தமானதாக ஆக்குகிறது. தொழில்நுட்பத்தின் நீண்ட தூரம் நில அதிர்வு உணர்தலில் அதன் பயன்பாட்டையும் அனுமதிக்கிறது. ஒரு கேபிள் பிராந்திய நில அதிர்வு செயல்பாட்டு கண்காணிப்பின் தொடர்ச்சியான வரியை வழங்க முடியும், மேலும் ஆயிரக்கணக்கான கிலோமீட்டர் தொலைவில் உள்ள பூகம்பங்களையும் கண்டறிய முடியும். விநியோகிக்கப்பட்ட ஒலி உணர்தலின் பயன்பாடு மேம்பட்ட புவிவெப்ப அமைப்புகளில் (ஈஜிஎஸ்) ஹைட்ராலிக் தூண்டுதலைக் கண்காணிக்கவும், பல கார்பன் பிடிப்பு மற்றும் சேமிப்பு (சிசிஎஸ்) திட்டங்களில் கார்பன் டை ஆக்சைடு ஊசி போடவும் நிரூபிக்கப்பட்டுள்ளது. மேலும் காண்கஃ விநியோகிக்கப்பட்ட வெப்பநிலை உணர்தல் ஃபைபர் ஆப்டிக் சென்சார் ஆப்டிகல் டைம்-டொமைன் ரிஃப்ளெக்டோமீட்டர் குறிப்புகள் ஃபைபர் ஆப்டிக்ஸ்