Distributed acoustic sensing
ریلیگ بکھرنے پر مبنی تقسیم شدہ صوتی سینسنگ (ڈی اے ایس) سسٹم تقسیم شدہ تناؤ سینسنگ فراہم کرنے کے لیے فائبر آپٹک کیبلز کا استعمال کرتے ہیں۔ ڈی اے ایس میں، آپٹیکل فائبر کیبل سینسنگ عنصر بن جاتی ہے اور پیمائش کی جاتی ہے، اور جزوی طور پر منسلک آپٹو الیکٹرانک ڈیوائس کا استعمال کرتے ہوئے اس پر کارروائی کی جاتی ہے۔ اس طرح کا نظام صوتی تعدد کے تناؤ کے اشاروں کو بڑے فاصلے پر اور سخت ماحول میں پتہ لگانے کی اجازت دیتا ہے۔ ریلیگ بکھرے پر مبنی فائبر آپٹک سینسنگ کے بنیادی اصول ریلیگ بکھرے پر مبنی تقسیم شدہ فائبر آپٹک سینسنگ میں، ایک مربوط لیزر پلس کو آپٹک فائبر کے ساتھ بھیجا جاتا ہے، اور فائبر کے اندر بکھرے ہوئے مقامات فائبر کو تقسیم شدہ انٹرفیرومیٹر کے طور پر کام کرنے کا سبب بنتے ہیں جس کی گیج کی لمبائی تقریبا پلس کی لمبائی کے برابر ہوتی ہے۔ عکاسی شدہ روشنی کی شدت کو لیزر پلس کی ترسیل کے بعد وقت کی تقریب کے طور پر ماپا جاتا ہے۔ اسے کوہرینٹ ریلیگ آپٹیکل ٹائم ڈومین ریفلیکٹومیٹری (سی او ٹی ڈی آر) کے نام سے جانا جاتا ہے۔ جب نبض کو فائبر کی پوری لمبائی اور پیچھے سفر کرنے کا وقت مل جائے تو اگلی لیزر پلس کو فائبر کے ساتھ بھیجا جا سکتا ہے۔ فائبر کے اسی علاقے سے آنے والی دالوں کی عکاسی کی شدت میں تبدیلیاں فائبر کے اس حصے کے نظری راستے کی لمبائی میں تبدیلیوں کی وجہ سے ہوتی ہیں۔ اس قسم کا نظام فائبر کے تناؤ اور درجہ حرارت دونوں کے تغیرات کے لیے بہت حساس ہے اور فائبر کے تمام حصوں پر پیمائش تقریبا بیک وقت کی جا سکتی ہے۔ ریلیگ پر مبنی نظاموں کی صلاحیتیں زیادہ سے زیادہ رینج آپٹیکل پلس کو کم کیا جاتا ہے کیونکہ یہ فائبر کے ساتھ پھیلتا ہے۔ 1550 این ایم پر کام کرنے والے سنگل موڈ فائبر کے لیے، ایک عام تخفیف 0.2 ڈی بی/کلومیٹر ہے۔ چونکہ روشنی کو فائبر کے ہر حصے کے ساتھ ڈبل پاس کرنا چاہیے، اس کا مطلب ہے کہ ہر 1 کلومیٹر 0.4 ڈی بی کے کل نقصان کا سبب بنتا ہے۔ نظام کی زیادہ سے زیادہ حد اس وقت ہوتی ہے جب عکاسی شدہ نبض کا طول و عرض اتنا کم ہو جاتا ہے کہ اس سے واضح سگنل حاصل کرنا ناممکن ہوتا ہے۔ ان پٹ پاور کو بڑھا کر اس اثر کا مقابلہ کرنا ممکن نہیں ہے کیونکہ ایک مخصوص سطح سے اوپر یہ غیر لکیری نظری اثرات کو جنم دے گا جو نظام کے عمل میں خلل ڈالے گا۔ عام طور پر زیادہ سے زیادہ رینج جس کی پیمائش کی جا سکتی ہے تقریبا 40-50 کلومیٹر ہوتی ہے۔ تناؤ کا حل تناؤ کی زیادہ سے زیادہ قیمت جس کی پیمائش کی جا سکتی ہے اس کا انحصار واپسی والے نظری سگنل کے کیریئر سے شور کے تناسب پر ہوتا ہے۔ کیریئر کی سطح کا تعین بڑی حد تک آپٹیکل سگنل کے طول و عرض سے ہوتا ہے جبکہ شور لیزر شور، الیکٹرانک شور اور ڈٹیکٹر شور سمیت مختلف ذرائع سے اس کا مجموعہ ہوتا ہے۔ مقامی ریزولوشن اور مقامی نمونے لینے کی مدت مقامی ریزولوشن کا تعین بنیادی طور پر منتقل شدہ پلس کی مدت سے ہوتا ہے، جس میں 100 این ایس پلس 10 میٹر ریزولوشن دیتا ہے جو ایک عام قدر ہے۔ عکاسی شدہ روشنی کی مقدار نبض کی لمبائی کے متناسب ہوتی ہے لہذا مقامی ریزولوشن اور زیادہ سے زیادہ رینج کے درمیان تجارت ہوتی ہے۔ زیادہ سے زیادہ رینج کو بہتر بنانے کے لیے، عکاسی شدہ روشنی کی سطح کو بڑھانے کے لیے نبض کی لمبی لمبائی کا استعمال کرنا مطلوب ہوگا لیکن اس سے مقامی ریزولوشن کم ہوتا ہے۔ دو اشاروں کے آزاد ہونے کے لیے، انہیں فائبر پر دو نکات سے حاصل کرنا ضروری ہے جو کم از کم مقامی ریزولوشن سے الگ ہوتے ہیں۔ مقامی ریزولوشن سے کم علیحدگی پر نمونے حاصل کرنا ممکن ہے اور اگرچہ اس سے ایسے اشارے پیدا ہوتے ہیں جو ایک دوسرے سے آزاد نہیں ہوتے ہیں، اس طرح کا نقطہ نظر کچھ ایپلی کیشنز میں فوائد پیش کرتا ہے۔ نمونے لینے کے مقامات کے درمیان علیحدگی کو بعض اوقات مقامی نمونے لینے کی مدت کہا جاتا ہے۔ حصول کی شرح اگلے لیزر پلس کو منتقل کرنے سے پہلے پچھلے کے پاس فائبر کے دور سرے تک سفر کرنے اور وہاں سے عکاسی واپس آنے کا وقت ہونا چاہیے تھا، بصورت دیگر عکاسی فائبر کے مختلف حصوں سے ایک ہی وقت میں واپس آتی اور نظام مناسب طریقے سے کام نہیں کرتا۔ 50 کلومیٹر لمبے فائبر کے لیے زیادہ سے زیادہ نبض کی شرح صرف 2 کلو ہرٹز سے زیادہ ہوتی ہے۔ لہذا، تناؤ کی پیمائش کی جا سکتی ہے جو تعدد پر 1 کلو ہرٹز کی نائکوسٹ تعدد تک مختلف ہوتی ہے۔ مختصر ریشے واضح طور پر حصول کی زیادہ شرحوں کو قابل بناتے ہیں۔ درجہ حرارت کی پیمائش اگرچہ نظام درجہ حرارت اور تناؤ دونوں کے تغیرات کے لیے حساس ہے لیکن ان کو اکثر الگ کیا جا سکتا ہے کیونکہ درجہ حرارت کی وجہ سے وہ تناؤ سے کم تعدد کی حد پر ہوتے ہیں۔ دیگر تقسیم شدہ فائبر تکنیکوں جیسے کہ برلوئن یا رمن بکھرے ہوئے پر مبنی تکنیکوں کے برعکس، تقسیم شدہ صوتی سینسنگ صرف اس کی مطلق قیمت کے بجائے درجہ حرارت میں ہونے والی تبدیلیوں کا پتہ لگانے کے قابل ہے۔ دیگر فائبر آپٹک ڈسٹری بیوٹڈ سینسنگ تکنیکوں کے ساتھ موازنہ ڈسٹری بیوٹڈ ایکوسٹک سینسنگ روشنی پر منحصر ہے جو فائبر کے ریفریکٹیو انڈیکس میں چھوٹے تغیرات سے ریلے بیک اسکیٹرڈ ہے۔ پس بکھری ہوئی روشنی کی تعدد منتقل شدہ روشنی کے برابر ہوتی ہے۔ تقسیم شدہ فائبر سینسنگ کی متعدد دیگر تکنیکیں ہیں جو بکھرنے کے مختلف طریقہ کار پر انحصار کرتی ہیں اور دیگر پیرامیٹرز کی پیمائش کے لیے استعمال کی جا سکتی ہیں۔ برلوئن بکھرنا فائبر میں سفر کرنے والے روشنی اور صوتی فونون کے درمیان تعامل کی وجہ سے ہوتا ہے۔ چونکہ روشنی ایک حرکت پذیر فونون کے ذریعے بکھری ہوتی ہے، اس لیے اس کی تعدد کو ڈوپلر اثر کے ذریعے تقریبا 10 گیگا ہرٹز منتقل کیا جاتا ہے۔ روشنی اصل نظری تعدد کے اوپر (اینٹی اسٹاک شفٹ) اور نیچے (اسٹوکس شفٹ) دونوں پر پیدا ہوتی ہے۔ دونوں اجزاء کی شدت اور فریکوئنسی شفٹ درجہ حرارت اور تناؤ دونوں پر منحصر ہیں اور شفٹ کی پیمائش کرکے، تقسیم شدہ درجہ حرارت اور تناؤ سینسنگ (ڈی ٹی ایس ایس) سسٹم کا استعمال کرتے ہوئے دونوں پیرامیٹرز کی مطلق اقدار کا حساب لگایا جا سکتا ہے۔ برلوئن بکھرنا ریلیگ بکھرنے کے مقابلے میں بہت کمزور ہے اور اس لیے پیمائش کرنے کے قابل بنانے کے لیے متعدد دالوں سے عکاسی کا خلاصہ کرنا ضروری ہے۔ لہذا، زیادہ سے زیادہ تعدد جس پر برلوئن بکھرے ہوئے کا استعمال کرتے ہوئے تبدیلیوں کی پیمائش کی جا سکتی ہے عام طور پر چند دس Hz ہے۔ رمن بکھرنا اس وقت ہوتا ہے جب فائبر میں سالماتی کمپن کے ساتھ تعامل میں روشنی بکھری ہوتی ہے۔ برلوئن بکھرنے کی طرح، اسٹوکس اور اینٹی اسٹوکس دونوں اجزاء تیار ہوتے ہیں اور انہیں کئی دسیوں نینو میٹر کے ذریعے واقع روشنی کی طول موج سے منتقل کیا جاتا ہے۔ اسٹوکس اور اینٹی اسٹوکس اجزاء کے درمیان شدت کے تناسب کی پیمائش کرکے، درجہ حرارت کی مطلق قیمت کو تقسیم شدہ درجہ حرارت سینسنگ (ڈی ٹی ایس) سسٹم کے ذریعے ماپا جا سکتا ہے۔ برلوئن بکھرے ہوئے کے مقابلے میں بڑی طول موج کی تبدیلیوں کا مطلب یہ ہے کہ بکھرے ہوئے رمن روشنی کو غیر منتقل شدہ ریلیگ بکھرے ہوئے جزو سے الگ کرنا آسان ہے۔ تاہم رمن بکھرے ہوئے کی شدت برلوئن بکھرے ہوئے سے کم ہے اور اس لیے معقول نتائج حاصل کرنے کے لیے عام طور پر کئی سیکنڈ یا منٹ کے لیے اوسط کرنا ضروری ہے۔ لہذا، رمن پر مبنی نظام صرف آہستہ آہستہ مختلف درجہ حرارت کی پیمائش کے لیے موزوں ہیں۔ فیز حساس مربوط آپٹیکل ٹائم ڈومین ریفلیکٹومیٹری فیز حساس مربوط آپٹیکل ٹائم ڈومین ریفلیکٹومیٹری (φ-OTDR) ایک ایسی تکنیک ہے جو ان تقسیم شدہ صوتی سینسنگ سسٹمز کے لیے کافی حساسیت اور ریزولوشن فراہم کر سکتی ہے۔ معیاری آپٹیکل ٹائم ڈومین ریفلیکٹومیٹری تکنیک ہم آہنگی کی لمبائی کے ساتھ روشنی کے ذرائع کا استعمال کرتی ہیں، جو نبض کی لمبائی سے کم ہوتے ہیں۔ یہ ہر بکھرے ہوئے مرکز سے پس بکھرے ہوئے شدتوں کا مجموعہ حاصل کر سکتا ہے، جو فائبر آپٹک کیبلز میں اسپلیس اور بریکس کی نگرانی کی اجازت دیتا ہے۔ اس کے برعکس، φ-OTDR پر مبنی سینسرز میں، لیزرز کی ہم آہنگی کی لمبائی ان کی نبض کی لمبائی سے زیادہ ہوتی ہے۔ فائبر کے قریب ایک واقعہ ایک صوتی لہر پیدا کرتا ہے جو پس بکھرے ہوئے مراکز کے مراحل کو تبدیل کرکے آپٹیکل فائبر کو متاثر کرتا ہے۔ اس طرح کے اشاروں کا تجزیہ سینسر پر ان کے اثرات کو ظاہر کر سکتا ہے اور فائبر اشیاء کے قریب واقع صوتی ذرائع کی نگرانی کر سکتا ہے۔ ایپلی کیشنز ریلیگ پر مبنی سینسنگ کی حساسیت اور رفتار ہر لیزر ماخذ سے 100 کلومیٹر سے زیادہ کے فاصلے پر صوتی اشاروں کی تقسیم شدہ نگرانی کی اجازت دیتی ہے۔ عام ایپلی کیشنز میں ناپسندیدہ مداخلت اور رساو یا بہاؤ کی بے ضابطگیوں کے لیے پائپ لائنوں کی مسلسل نگرانی شامل ہے۔ ناپسندیدہ مداخلت اور کیبل فالٹس کے لیے پاور کیبلز کی نگرانی ؛ ٹریفک (سڑکیں، ریلوے اور ٹرینیں)، سرحدیں، اور غیر معمولی سرگرمی کے لیے دیگر حساس حدود کی نگرانی ؛ اور یہاں تک کہ آئل ویل نگرانی ایپلی کیشنز جہاں ٹیکنالوجی کنویں کی حالت کو اس کی لمبائی کے ساتھ ساتھ حقیقی وقت میں طے کرنے کی اجازت دیتی ہے۔ آپٹک فائبر کی سخت ماحول میں کام کرنے کی صلاحیت ٹیکنالوجی کو خاص طور پر ان منظرناموں کے لیے موزوں بناتی ہے جن میں عام سینسنگ سسٹم ماحولیاتی حالات کی وجہ سے ناقابل استعمال یا ناقابل عمل ہوتے ہیں۔ ٹیکنالوجی کی طویل رینج زلزلے کے احساس میں بھی اس کے استعمال کی اجازت دیتی ہے۔ ایک کیبل علاقائی زلزلے کی سرگرمیوں کی مسلسل نگرانی فراہم کر سکتی ہے، اور ہزاروں کلومیٹر دور زلزلوں کا پتہ بھی لگا سکتی ہے۔ بہتر شدہ جیوتھرمل سسٹمز (ای جی ایس) میں ہائیڈرولک محرک کی نگرانی کے ساتھ ساتھ کاربن کیپچر اینڈ اسٹوریج (سی سی ایس) کے کئی منصوبوں میں کاربن ڈائی آکسائیڈ کے انجیکشن کے لیے تقسیم شدہ صوتی سینسنگ کے استعمال کا بھی مظاہرہ کیا گیا ہے۔ تقسیم شدہ درجہ حرارت سینسنگ فائبر آپٹک سینسر آپٹیکل ٹائم ڈومین ریفلیکٹومیٹر حوالہ جات سینسر فائبر آپٹکس بھی دیکھیں۔