Fiber Optic Sensors

Faseroptische Sensoren

Branchenführende modulare faseroptische Sensoren in portablen und rackbasierten Ausführungen

VIAVI bietet die EINZIGE vollständig portable DTS- und DTSS-Lösung an, die auch ein klassisches OTDR umfasst. Die meisten Sensorsysteme für die Temperatur- und Dehnungsmessung sind auf den Rackeinbau beschränkt. Die faseroptischen Sensorsysteme von VIAVI sind modular aufgebaut, batteriebetrieben und unterstützen die skalierbare Multitest-Plattform MTS-8000 oder die VIAVI ONMSi Lösung in Verbindung mit einer optischen Testeinheit OTU-8000. Der OTU-8000 ist ein modularer optischer Messkopf, der ein klassisches OTDR, ein Brillouin-OTDR, ein Raman-OTDR und einen optischen Schalter umfasst, um eine große Anzahl von Glasfasern automatisch zu überwachen.


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Faseroptische Sensoren

  • Welche Arten von Interrogatoren für faseroptische Sensoren bietet VIAVI an?

    Das von VIAVI angebotene Portfolio an faseroptischen Sensorsystemen umfasst:

    • die verteilte Temperaturmessung (DTS) auf Grundlage der Raman-OTDR-Technologie.
    • die verteilte Temperatur- und Dehnungsmessung (DTSS) auf Grundlage der Brillouin-OTDR-Technologie.
  • Wie ist es möglich, die Infrastruktur regelmäßig zu überprüfen?

    Mit einem portablen Tester, wie der Plattform MTS-8000 von VIAVI und einem DTS- oder DTSS-Modul kann der Techniker vor Ort Feldmessungen an Glasfasern ausführen. Alternativ ist es im Rahmen der Fernüberwachung möglich, mit dem ONMSi, einer rackbasierten optischen Testeinheit (OTU) und einem DTS- oder DTSS-Modul in regelmäßigen Abständen die Glasfasern zu messen. Wenn signifikante Abweichungen von der zum Zeitpunkt der Installation ermittelten Referenzkurve erkannt werden, erhält der Betreiber automatisch eine Alarmmeldung.

  • Welche wirtschaftlichen Vorteile bietet der Einsatz von verteilten faseroptischen Sensoren gegenüber traditionellen elektromechanischen Sensoren?

    Faseroptische Sensoren bieten eine Vielzahl von Messpunkten und sind weitaus preiswerter und mit weniger Arbeitsaufwand zu installieren. Die Glasfaser selbst ist der Sensor. Als Material ist sie kostengünstig, mühelos an dem zu überwachenden Objekt zu befestigen oder darin einzubetten und weist zudem ein geringes Gewicht auf.

    Eine Glasfaser ist ein hochzuverlässiger verteilter Sensor, der keine konstante elektrische Stromversorgung benötigt, um Messdaten zu erzeugen. Auch wird sie nicht durch elektromagnetische (EMI) oder hochfrequente (HF) Störeinflüsse beeinträchtigt. Traditionell werden schwere, drahtgebundene elektrische Sensoren, deren Installation mit einem großen Arbeitsaufwand verbunden ist, bisher am häufigsten für Dehnungs- und Temperaturmessungen eingesetzt.

    Jedoch können die Kontakte in elektromechanischen Sensoren fehlerbedingt abfallen. Zudem sind sie auf eine konstante Stromversorgung angewiesen und erfordern möglicherweise aufwändigere Eingriffe in die Infrastruktur, sodass unter Umständen aus Kostengründen von einer Installation abgesehen werden muss. Zudem sind sie an Standorten, an denen kein Stromanschluss vorhanden ist oder Korrosion, Schwingungen oder EMI zum Problem werden, nicht einsetzbar. Auch verfälschen Ein- und Abstrahlungen von Störsignalen aus elektrischen Anlagen oder Funksystemen die Messdaten. Eine Brücke, die aus Sicherheitsgründen überwacht werden muss, ist ein idealer Kandidat für den Einsatz kostengünstiger faseroptischer Sensoren. In diesem Fall können die Glasfasern direkt eingebettet oder auch nachträglich an dem Bauwerk befestigt werden, um Dehnungen und ein Ausfallrisiko zu erkennen, bevor die Brücke tatsächlich gesperrt werden muss. Bei Einhaltung der zulässigen Biegeradien ist es möglich, die Glasfaser in Form einer Sinuswelle zu verlegen, um möglichst viele Messpunkte auf einer Fläche zu erfassen. Ein OTDR kann Mikro- und Makrobiegungen erkennen sowie eingesetzt werden, um bei der Installation des Fasersensors die Faserdehnung und -biegung zu optimieren, falls die betreffende Anwendung eine leicht vorgedehnte Glasfaser erfordert.

  • Welche Vorteile und Datentypen bieten faseroptische Sensoren?

    Über optische Zeitbereichs-Reflektometermessungen (OTDR) können faseroptische Sensoren mehrere Datentypen zur Verfügung stellen. Dazu gehören Messwerte zu akustischen Schwingungen, zur Dehnung, zur Temperatur sowie zu den Übertragungseigenschaften des Lichts, die eine Bewegung, Biegung oder auch einen Bruch der Faser anzeigen. Dabei sind diese Daten nicht auf den Standort eines einzelnen und in sporadischen Abständen installierten Sensors beschränkt, sondern werden über die gesamte Länge der Glasfaser(n) ausgegeben. Bei Verwendung eines OTDR zum Messen dieser Parameter, werden beispielsweise Temperaturänderungen entlang der gesamten Faserlänge als Gradient angezeigt. Auch ist erkennbar, wo eine Dehnung der Glasfaser beginnt und endet. Da in der Telekommunikation eine Dehnung der Glasfaser vermieden werden muss, kann diese Messung das Netzwerk schützen. Zudem erlaubt sie, eine solche Belastung proaktiv zu mindern und gegebenenfalls vorsorglich zu reparieren. Beim Überwachen einer Brücke zeigt die Dehnung des faseroptischen Sensors eine Bewegung des Bauwerks, wie ein Absenken, oder eine mechanische Belastung durch die Bewegung der Brückenplatten an.

    Ein weiterer Anwendungsfall ist die Temperaturmessung in einem Gebäude, in dem ein sehr genauer Temperaturbereich eingehalten werden muss. Dazu gehören Rechenzentren und Kernkraftwerke, aber auch Lagerungseinrichtungen für Blutkonserven. Konventionelle elektrische thermostatische Sensoren werden an mehreren Einzelstandorten installiert und geben in periodischen Abständen einzelne Messwerte aus. Elektronische Temperatursensoren sind teuer und benötigen eine konstante Stromversorgung. Was aber passiert, wenn an dem betreffenden Standort kein Sensor installiert wurde oder er bedingt durch extreme Temperaturen, elektromagnetische Störeinflüsse oder einen Stromausfall nicht mehr funktioniert? In diesem Fall wird die Temperatur nicht mehr optimal geregelt, was eine übermäßige Erwärmung oder Abkühlung zur Folge hat. Ein aus einem oder mehreren Glasfaserkabeln bestehendes Netz aus faseroptischen Sensoren kann dagegen durch das gesamte Gebäude geführt werden, um durchgängig Messwerte zu ermitteln. Dieses Glasfasernetz erlaubt, den zu überwachenden Bereich besser zu erfassen, da es mehr Datenpunkte zu geringeren Kosten und mit größerer Zuverlässigkeit zur Verfügung stellt. Zum Abfragen des faseroptischen Sensors wird lediglich ein Lichtpuls benötigt. Dieser wird von einem Laser-OTDR eingespeist, das zudem länger als 24 Stunden mit einem Akku betrieben werden kann, falls es zu einem Stromausfall kommen sollte.

Welche Anwendungen für faseroptische Sensoren setzen neue Maßstäbe?

  • Überwachung von Glasfaserkabeln für die Datenübertragung und Telekommunikation:

    Weltweit werden Kommunikationskabel als Erd-, See- oder Luftkabel in robusten, unwirtlichen Umgebungen verlegt. Dort führen Frost, Wind, Erdbewegungen, Erosion, Wellengang, Vandalismus und auch menschliches Versagen immer wieder dazu, dass Kabel gedehnt werden oder brechen, sodass Dienste beeinträchtigt werden oder ganz ausfallen. Manchmal werden die Kabel auch versehentlich beim Verlegen in die Länge gezogen. Bei einer übermäßigen Dehnung besteht die Gefahr, dass das Kabel bricht, sodass sich dessen Nutzungsdauer von den erwarteten 35–40 Jahren drastisch auf wenige Monate verkürzt.

    Fiber Optic Sensors

    Fiber Optic Sensors

    Langstrecken- und Seekabel sind einsatzkritisch, doch erschweren extreme Witterungsbedingungen oder entlegene, gefährliche Gebiete die Wartung. Die verteilte Dehnungsmessung mit einem faseroptischen DTSS-Sensor versetzt den Besitzer des Kabelnetzes in die Lage, die Glasfaser bei der Installation zu testen und anschließend eine unbeschaltete Faser (Dark Fiber) auf übermäßige Dehnung zu überwachen, um einen Faserbruch zu verhindern. 2018 war Mauretanien durch einen Bruch im Seekabel zwei ganze Tage vom Internet getrennt. Ein Trawler hatte das ACE-Kabel, das die afrikanische Küste mit Europa verbindet, vom Meeresboden angehoben und zerrissen. Hätte man dieses Kabel auf Dehnung überwacht, dann wäre ein Alarm ausgelöst worden, noch bevor der Kabelbruch die Verbindung getrennt hätte. Wenn es doch zu einem Bruch gekommen wäre, hätte man mit einem klassischen Rayleigh-OTDR die betreffende Stelle zudem bis auf einen Meter genau ermitteln und damit die Reparatur beschleunigen können.

    Oder stellen Sie sich ein Luftkabel vor, das eine (zu) schwere Eislast zu tragen hat. Der Netzbetreiber könnte das Kabel überwachen und die Netzabschnitte lokalisieren, an denen die Mitarbeiter das Eis entfernen müssten, um eine gefährdende Überlastung zu verhindern. Im Anschluss an eine trotzdem eingetretene Dehnung wäre es möglich, die maximal zulässige Zugbeanspruchung zu ermitteln und das Kabel bei Bedarf vorzeitig auszutauschen. Sowohl portable DTSS-OTDRs für faseroptische Sensoren als auch OTDR-basierte Auswertegeräte (Interrogatoren) für den Rackeinbau sind erhältlich. 

    Broken aerial cable preventable with fiber optic sensors

  • Reparatur von Glasfaserkabeln und Schadensersatz: 

    Die häufigste Ursache für Kabelbruch sind jedoch Bauarbeiten, oft ein Baggerhieb. Nach der Lokalisierung des Bruchs wird das Kabel an dieser Stelle dann mit einem Spleiß oder einer Steckverbindung repariert. Allerdings ist das möglicherweise nur eine vorübergehende Lösung, denn durch die mechanische Belastung, als der Bagger das Kabel aus dem Boden gehoben hat, wurde das Kabel auf beiden Seiten der Bruchstelle über viele Meter hinweg in Mitleidenschaft gezogen.

    Backhoe repairing broken cable

    Daher kann das Kabel nach der Reparatur eher wieder brechen oder es wurde bereits so stark beschädigt, dass keine angemessene Übertragung der Dienste mehr gewährleistet ist. Reparaturwiederholungen sind teuer und führen zu weiteren Ausfällen der Dienste. Anhand von verteilten Dehnungsmessungen mit einem faseroptischen Sensor-OTDR in beide Richtungen des Kabels kann der Techniker nach einem Bruch wissenschaftlich fundiert nachweisen, welche Abschnitte des Kabels auszutauschen sind. Dieser Nachweis kann auch genutzt werden, um vom Verursacher einen entsprechenden Schadensersatz zu fordern. Ebenso werden Reparaturwiederholungen und Dienstunterbrechungen beim Kunden sowie unnötige Reparaturen an eigentlich einwandfreien Kabelabschnitten, die überhaupt nicht gedehnt wurden, vermieden.

  • Erkennen von Leckstellen an Pipelines und Staudämmen:

    Pipelines transportieren alle Arten von teuren und potentiell ätzenden Materialien in der chemischen, Öl-, Lebensmittel-, Abwasser- und Wasserindustrie. Die ausgelaufene Flüssigkeit, eine Undichtheit, die in der Rohrleitung eine Verunreinigung auslöst, oder ein Diebstahl können eine ernsthafte Gefährdung hervorrufen. Zur Überwachung messen Glasfasern die Temperatur und Dehnung entlang der Rohrleitung. Auf ähnliche Weise ist es möglich, einen Staudamm oder Deich zu prüfen. Bei einer deutlichen Änderung der Temperatur, der Dehnung oder der lichtreflektierenden Eigenschaften der Faser muss ein Leck vermutet werden. Die Temperaturänderung kann auf eine Undichtheit oder eine illegale Anzapfung hindeuten, während eine Dehnung einen Riss durch eine unerwartete Bewegung anzeigt. Die Problemstelle lässt sich mit einer klassischen OTDR-Messung bis auf einen Meter genau bestimmen. Ein optischer Interrogator in Verbindung mit einer rackbasierten OTDR-Überwachungslösung erlaubt, die an der Pipeline befestigten faseroptischen Sensoren auf Änderungen in der Dehnung, Temperatur und Lichtreflexion zu überwachen. Faseroptische Sensoren ermöglichen eine präzise Lokalisierung der Fehlerstellen und damit eine zügige Abschaltung, Inspektion und Reparatur der Anlage.

    Pipeline leak detection possible with a fiber sensor
  • Erkennen von Hot Spots an Starkstromkabeln:

    Sich übermäßig erwärmende Stellen an Stromübertragungsanlagen stellen ein lebensbedrohliches Brandrisiko dar und beschädigen die Infrastruktur. So hat möglicherweise eine unzulässige Erwärmung oder ein heruntergerissenes Starkstromkabel in Kalifornien, USA, einen Waldbrand ausgelöst. Es gab Todesfälle und ein erheblicher Sachschaden ist entstanden. Jetzt steht der Energieversorger vor der Insolvenz und muss sich vor Gericht verantworten.

    Die Fernüberwachung mit verteilten DTS-Temperatursensoren ist die einzige wirtschaftliche Möglichkeit, solche Gefahrenstellen zu überwachen. Und natürlich ist sie weitaus preiswerter als der Schaden, den ein solches katastrophales Ereignis anrichten kann. Zu diesem Zweck wird eine Glasfaser einfach entlang der Stromleitung verlegt. Wenn das faseroptische Sensorsystem einen Temperaturanstieg, eine Dehnung oder eine Biegung, die auf eine heruntergerissene Leitung hinweist, erkennt, wird ein Alarm ausgelöst. Bei einer schleichenden oder abrupten Veränderung in der Position der Glasfaser ist es mit einem Rayleigh-OTDR möglich, den genauen Ort der Störung zu bestimmen. Hierfür wird eine zu Beginn ermittelte Referenzkurve mit der in regelmäßigen Abständen erfassten aktuellen Messkurve verglichen. Der Alarm kann auch eine Notabschaltung des Kabels vornehmen und eine Überprüfung der Trasse auslösen. Da die Glasfaseranalyse mit einem faseroptischem Sensor unempfindlich auf elektromagnetische Störeinflüsse reagiert, bietet sich diese Lösung für stark EMI-belastete Einsatzumgebungen an.

    Hotspots and leakage

     

Hier erfahren Sie mehr über faseroptische Sensoren,  Glasfaser-Tests und die Glasfaser-Überwachung.

Produkte

Optisches Netzwerk-Test- und Überwachungssystem ONMSi für Kern-, Metro-, Zugangs- und FTTH-Netze.
Das MTS-8000 ist die weltweit am umfassendsten skalierbare Testplattform zur Bereitstellung der High-Speed-Netzwerke der nächsten Generation (40 G und 100 G). Diese Lösung unterstützt mehrere Anwendungen und bietet zahlreiche Funktionen zum Testen der physikalischen, optischen und Transport-/Ethernet-Schichten.
DTSS on the T-BERD/MTS-8000 platform
Das B-OTDR für die Plattform MTS-8000 ermöglicht in einer hochgradig portablen und leistungsstarken Kombination zuverlässige DTSS-Messungen im Feldeinsatz. Diese Lösung ist auch für den Rackeinbau in einer OTU-8000 erhältlich, um in Verbindung mit dem ONMSi die kontinuierliche Fernüberwachung von Glasfasern sicherzustellen.
OTU-8000 Optical Test Unit
Automatisierung der Überwachung optischer Netzwerke mit einer modularen, rackbasierten, automatischen OTDR-Testlösung, die eine breite Palette von OTDR-Modulen zum Anzeigen traditioneller OTDR-Kurven sowie für DTS- und DTSS-Messungen zum Erkennen von Temperatur- und Belastungsänderungen bietet.

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