Fiber Optic Sensors

Sensores de fibra óptica

Sensores de fibra óptica modulares líderes en el sector en opciones portátiles y montadas en bastidor

VIAVI ofrece la ÚNICA solución DTS y DTSS completamente portátil que incorpora también el clásico OTDR. La mayoría de los dispositivos de detección de temperatura y tensión son solamente de montaje en bastidor. Nuestras soluciones de detección de fibra óptica ofrecen un diseño modular, funcionan con batería y son compatibles con la plataforma multiprueba escalable MTS-8000 o la solución ONMSi de VIAVI en combinación con una unidad OTU-8000. La unidad OTU-8000 es un instrumento óptico modular para pruebas que incorpora un OTDR, un OTDR de tipo Brillouin, un OTDR de tipo Raman y un conmutador para monitorizar gran cantidad de fibras mediante una rutina automatizada.


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¿Qué tipo de transmisores de interrogación de detección de fibra ofrece VIAVI?

La cartera de productos de detección de fibra óptica de VIAVI incluye lo siguiente:

  • Detección distribuida de temperatura (DTS) basada en la tecnología de OTDR de tipo Raman
  • Detección distribuida de temperatura y tensión (DTSS) basada en la tecnología de OTDR de tipo Brillouin

¿Cómo se puede inspeccionar la infraestructura de forma periódica?

Con un dispositivo portátil, como la plataforma MTS-8000 de VIAVI con un módulo DTS o DTSS, un técnico puede realizar mediciones de campo sobre el terreno en las fibras. Asimismo, con un sistema de monitorización de redes ópticas (ONMSi) y una unidad para pruebas ópticas (OTU) montada en bastidor con un módulo DTS o DTSS, se pueden  monitorizar  las fibras mediante trazas periódicas definidas para generar una alarma si se produce un cambio con respecto a la traza de referencia de inicio.

¿Cuáles son las ventanas en términos económicos de utilizar sensores distribuidos de fibra óptica en lugar de los típicos sensores electromecánicos?

Los sensores de fibra óptica son mucho menos costosos y requieren menos mano de obra a la hora de instalarlos y emplearlos como fuente de puntos de datos. Las fibras del cable constituyen  el sensor distribuido, un material barato, ligero y fácil de acoplar o integrar en un objeto sometido a pruebas.

Las fibras son sensores distribuidos de gran confiabilidad que no requieren una corriente eléctrica constante para producir datos. Además, las interferencias electromagnéticas y de radiofrecuencia no les afectan. Desde siempre, la fuente principal de información para obtener datos de tensión y temperatura han sido sensores eléctricos cableados y pesados que requieren bastante mano de obra para su instalación.

Los sensores electromecánicos se pueden caer, resultar intrusivos y tener un coste prohibitivo, y requieren una fuente de alimentación. En ubicaciones en las que el suministro eléctrico no está disponible o la corrosión, las vibraciones y las interferencias electromagnéticas (EMI) suponen un problema, no resultan prácticos. El ingreso o la salida de ruido eléctrico o radioeléctrico distorsionan los datos de las mediciones. Un puente que requiera que se monitorice la seguridad es un candidato de primera para la monitorización asequible a base de sensores de fibra óptica, en la que las fibras se pueden integrar o fijar retroactivamente al puente para detectar puntos de tensión y riesgo de fallos antes de que el puente presente finalmente defectos. Mientras la fibra no se doble excesivamente, se puede instalar con una forma de onda de seno para permitir más puntos de datos en una determinada superficie. Un OTDR puede detectar micropliegues y macropliegues, y se puede utilizar para optimizar los pliegues y la tensión en la instalación del sensor de fibra óptica si se requiere una fibra ligeramente tensada en la aplicación.

¿Qué ventajas y tipos de datos se pueden obtener de los sensores de fibra óptica?

Los sensores de fibra óptica pueden ofrecer diversos tipos de datos por medio de un reflectómetro óptico en el dominio de tiempo (OTDR), incluidos datos de acústica, tensión, temperatura y propiedades de transmisión de la luz que indican movimiento, o pliegues y roturas en la fibra. Estos datos se pueden proporcionar a lo largo de toda la longitud de las fibras en lugar de limitarse a puntos con sensores colocados de forma intermitente y discontinua. Por ejemplo, si se emplea un OTDR para realizar estas mediciones, se averiguará dónde hay cambios de temperatura en gradientes en un largo tramo de la fibra. También se puede observar la tensión a partir de dónde comienza y termina la elongación de la fibra. En telecomunicaciones, se debe evitar la tensión, por lo que medir este factor contribuye a la protección de la red y permite una mitigación y una reparación proactivas de las tensiones del cable. Si se desea monitorizar un puente, la tensión en el sensor de fibra óptica puede indicar movimientos en el puente, como combados, hundimientos o tensiones causadas por la separación de las placas del puente.

Imagínese que es necesario medir la temperatura en un edificio que requiere un intervalo de temperaturas muy concreto, como un centro de datos, una planta nuclear o un banco de sangre. Los sensores termostáticos eléctricos tradicionales se colocan en diversas ubicaciones y toman lecturas periódicas en puntos discontinuos. Los sensores de temperatura electrónicos son caros y requieren un suministro eléctrico constante. ¿Qué ocurre cuando falta un sensor en una ubicación o el sensor falla debido a la interrupción del suministro, temperaturas extremas o interferencias electromagnéticas? La temperatura no se regula de forma óptima y se crea una zona caliente o fría. Se puede instalar una red de sensores de fibra óptica mediante uno o más cables de fibra repartidos por el edificio para obtener lecturas en ubicaciones continuas. La red de fibra óptica puede proporcionar más puntos de datos para una mejor cobertura a un coste inferior y con una mayor confiabilidad. Solo se necesita un pulso de luz emitido por un OTDR láser para realizar transmisiones de interrogación al sensor de fibra óptica y el dispositivo puede recibir alimentación mediante una batería en caso de que la interrupción del suministro eléctrico dure más de un día.

 

¿Cuáles son algunas de las aplicaciones más revolucionarias de los sensores de fibra óptica?

Monitorización de cables de fibra óptica de datos y telecomunicaciones:

Los cables de comunicación se colocan en cualquier parte del mundo en entornos submarinos, aéreos y subterráneos inhóspitos y abruptos donde el hielo, el viento, los movimientos de tierra, la erosión, las olas, el vandalismo y los errores humanos ejercen una tensión constante sobre los cables o los rompen, lo que provoca la interrupción o la degradación del servicio. A menudo, los cables se tensan por accidente durante la instalación. Si se tensa demasiado, el cable corre el riesgo de romperse y su vida útil se reduce drásticamente de 35-40 años a incluso meses.

Fiber Optic Sensors

Fiber Optic Sensors

Los cables submarinos y de larga distancia son de vital importancia, pero su mantenimiento resulta complicado en condiciones climatológicas adversas o en zonas remotas y peligrosas. La detección distribuida de tensiones con un sensor de fibra óptica permite al propietario de un cable de red realizar pruebas en la fibra durante la instalación y, después, monitorizar una fibra oscura por si presenta un riesgo de tensión excesiva o cambios en la tensión durante el mantenimiento con el fin de mitigar las posibles roturas. Recientemente, se produjo en Mauritania una rotura en un cable submarino que desconectó toda la red de Internet durante dos días. Este incidente se produjo cuando un barco de pesca de arrastre arrancó del suelo marino el cable que va desde el litoral africano hasta Europa y lo rompió. Si se hubiese monitorizado la tensión de este cable, se habría activado una alarma al tirar del cable, antes de que se rompiese. En caso de que se hubiese acabado rompiendo de todas formas, se habría podido localizar la rotura con el clásico OTDR de tipo Rayleigh con un rango de error de un metro, por lo que se habría reducido el tiempo sin servicio.

Piense en un cable aéreo que soporta una carga de hielo excesiva. El operador de la red puede monitorizar los cables y localizar los segmentos de la red donde el personal debería retirar el hielo para evitar una tensión excesiva. Cuando se ha producido un incidente de tensión, se pueden realizar pruebas en el cable con respecto a mediciones de tolerancia de la tensión máxima permitida para establecer prioridades para la sustitución. Se ofrecen tanto OTDR portátiles de sensores de fibra óptica DTSS como OTDR montados en bastidor de transmisores de interrogación de fibra. 

Broken aerial cable preventable with fiber optic sensors

Reparación de cables de comunicación y contracargo de coberturas de seguros: 

La causa más común de rotura de cables es la excavación propia de la construcción, es decir, la atenuación debida a las excavadoras. A menudo, cuando se localiza la rotura, el cable se empalma o se conecta en el punto de la rotura. No obstante, es posible que esto solo solucione el problema de forma temporal, ya que la tensión al arrancar la excavadora el cable del suelo puede haber dañado muchos metros de cable a ambos lados de la rotura.

Backhoe repairing broken cable

El cable se podría romper de nuevo al reinstalarse o degradarse tanto que no pudiera proporcionar un servicio adecuado. Las reparaciones repetidas resultan costosas y provocan más interrupciones en el servicio. Al realizar mediciones de tensión de forma distribuida con un OTDR de sensores de fibra óptica tanto en el sentido ascendente como descendente del cable cuando se produce una rotura, el técnico puede aportar pruebas científicas para demostrar qué secciones concretas del cable se deben sustituir. Estas pruebas se pueden emplear para reclamar a la parte responsable el coste de los daños. Evita desplazamientos para realizar reparaciones repetidas y la interrupción del servicio a los clientes, así como reparaciones innecesarias en secciones de cable sin problemas que no han sufrido daños por una tensión excesiva.

Detección de fugas en conductos y presas:

Las tuberías transportan todo tipo de materiales cáusticos o de elevado coste en los sectores del petróleo, las sustancias químicas, la alimentación y el tratamiento de residuos y aguas. Un derrame o una fuga que provoque la contaminación del conducto, o un robo pueden tener consecuencias catastróficas. La monitorización de una tubería se lleva a cabo mediante mediciones de temperatura y tensión de las fibras a lo largo del conducto. Asimismo, una presa o un dique se monitorizan de forma similar. Si en la fibra se registra un cambio drástico de la temperatura, la tensión o las propiedades de reflectancia de la luz, puede haber una fuga. La temperatura puede indicar una fuga o una derivación, y la tensión indica un riesgo de rotura debido a un movimiento inesperado. Además, el problema se puede localizar con un rango de error de un metro si se utiliza el análisis del típico OTDR basado en la dispersión de Rayleigh de la reflectancia de la luz. Se puede utilizar un transmisor de interrogación óptico combinado para la tensión, la temperatura y la reflectancia de la luz en una solución de monitorización basada en un OTDR de montaje en bastidor para controlar continuamente los sensores de fibra óptica conectados a los conductos. Los sensores de fibra óptica proporcionan una detección precisa y permiten realizar el corte de suministro, la inspección y las reparaciones con rapidez.

Pipeline leak detection possible with a fiber sensor

Detección de puntos críticos en la línea eléctrica:

Los puntos críticos eléctricos en las plantas de transmisión de corriente provocan daños en las infraestructuras y riesgos de incendio que suponen un peligro mortal. Un ejemplo reciente lo tenemos en California (EE. UU.), donde un punto crítico eléctrico o un cable de electricidad derribado podría haber provocado un incendio forestal. Hubo pérdidas personales y de la propiedad, y ahora el servicio se enfrenta a pleitos y la bancarrota.

La detección remota de fibra óptica basada en la detección distribuida de temperatura (DTS) es el único método asequible para monitorizar estos problemas y resulta mucho menos cara que el coste de una catástrofe de tales proporciones. Se coloca una fibra a lo largo de la línea de transmisión para monitorizar esta de forma remota. Si el sistema de sensores de fibra óptica detecta un incremento de la temperatura, una tensión o un pliegue que pueda ser indicativo de una avería en la línea, se activa una alarma. Al emparejarla con los análisis del OTDR de tipo Rayleigh, se puede determinar una ubicación precisa cuando se produce un cambio gradual o drástico de la posición de la fibra comparando una traza de referencia con una traza periódica y constante. Gracias a la alarma, se puede realizar un corte de emergencia del suministro e investigar las líneas de transmisión. Dado que los análisis de la fibra con un sensor de fibra óptica no se ven afectados por las interferencias electromagnéticas, es la fuente de datos perfecta para este entorno, que presenta gran cantidad de este tipo de interferencias.

Hotspots and leakage

 

 

Puede obtener más información sobre la detección de fibra óptica, las pruebas de fibra óptica y la monitorización de fibra óptica.

Productos

ONMSi Remote Fiber Test System (RFTS)

Sistema remoto de pruebas de fibra óptica (RFTS) de ONMSi

Sistema de gestión de redes de fibra óptica (ONMSi) para redes centrales, metropolitanas, de acceso y FTTH.

T-BERD/MTS-8000 Platform

The T-BERD/MTS-8000 is the world’s most scalable test platform for next generation high speed network deployment (40G and 100G). It’s a multi-application platform with physical, optical and Transport / Ethernet testing capabilities.
Fiber Test Head (FTH-9000)

FTH-9000

Cabezal de pruebas de fibra óptica (FTH) adaptativo FTH-9000 para pruebas de fibra óptica remotas con OTDR y opciones de conmutación
DTSS on the T-BERD/MTS-8000 platform

DTSS B-OTDR for T-BERD/MTS-8000 Platform

The portable DTSS on the T-BERD/MTS-8000 platform brings new DTSS technology to the field in a uniquely portable and high powered combination. This product can also be provided in a rack-mounted optical test unit within an OTU-8000 to be combined with ONMSi for a permanent fiber monitoring solution.
OTU-8000 Optical Test Unit

Sistema de pruebas con OTDR OTU-8000

Automatice la monitorización de las redes ópticas con la unidad modular para pruebas OTDR automatizada de montaje en bastidor, que ofrece una amplia diversidad de módulos OTDR para llevar a cabo trazas de OTDR, así como mediciones de DTS y DTSS (detección distribuida de temperatura y carga).

What Type of Fiber Optic Sensing Interrogators Does VIAVI Offer?

The VIAVI fiber sensing portfolio includes:

  • DTS (Distributed Temperature Sensing) based on Raman OTDR technology
  • DTSS (Distributed Temperature and Strain Sensing) based on Brillouin OTDR technology

What is a Fiber Optic Strain Sensor?

A Fiber Optic Strain Sensor, also known as an optical strain gauge, is an optical fiber used to detect or sense strain through a process known as distributed strain sensing using a specialized OTDR (Optical Time Domain Reflectometer). These sensors are used to measure light changes in the sensor to detect strain on a fiber as areas along the glass fiber stretch producing changes to the glass until it will eventually break under excessive strain. Unlike traditional electrical strain gauges, a passive fiber optic strain sensor does not require constant electrification and is immune to electro-magnetic interference, which is experienced as noise in an electrical strain gauge system. Such noise can render measurements unreadable.

Due to this advantage, they are less expensive to operate and can be used in many harsh physical environments as reliable measurement devices with extraordinary sensitivity to strain change. Detect strain by transmitting a light pulse down the fiber to measure the strain on the glass. These types of measurements can be taken periodically with a portable DTSS (Distributed Temperature and Strain Sensor) OTDR during a field measurement trip or in an automated routine using a permanent, rack-mounted DTSS OTDR. The optical fiber is light weight, inexpensive and thorough coverage can be achieved by attaching the fiber to the device under test in multiple locations.

A fiber optic strain sensor can be used to sense strain in diverse locations such as along a pipeline, on a telecommunications cable, in the earth, along a bridge, or large windmill to secure infrastructure, human life, and prevent environmental damage. All sound measurement processes will establish a baseline of strain upon installation of the fiber optic strain sensor and measure change over time, allowing an automatic alarm to trigger notification of risk should a specified tolerance threshold be breached.

How Can Infrastructure Be Inspected Periodically?

Using a portable, such as the VIAVI T-BERD/MTS-8000 platform with a DTS or DTSS module, a technician can go out into the field and conduct field measurements on fibers. Alternatively, using ONMSi and a rack-mounted OTU (Optical Test Unit) with a DTS or a DTSS monitors fibers using periodic traces that are set to alarm if there is a change from the beginning reference trace.

What are the Economic Benefits of Using Distributed Fiber Optic Sensors Over Traditional Electro-Mechanical Sensors?

Fiber optic sensors are much less expensive and less labor intensive to install and utilize as a data point rich source. The fibers in the cable make up the distributed sensor and this material is inexpensive, lightweight and easy to attach or embed to an object under test.

Fibers are highly-reliable distributed sensors that do not require constant electrical current to produce data, and they are immune to electro-magnetic and radio-frequency interference. Historically, heavy, wired, electrified sensors that are labor intensive to install have been the main data source for obtaining strain or temperature data.

Electro-mechanical sensors can fall off, be intrusive and cost prohibitive and they require a power source. In locations where power is not readily available or, corrosion, vibration or EMI is a problem, they are not practical. Electrical and radio noise ingress or egress distorts their measurement data. A bridge that needs safety monitoring is a prime candidate for cost-effective fiber optic sensor monitoring, in which the fibers can be embedded or retro-actively attached to the bridge to detect strain and risk of failure before the bridge actually fails. As long as the fiber is not bent excessively, the fiber can be installed in a sine wave shape to allow for more data points across a surface. An OTDR can detect micro and macro bends and can be used to optimize the fiber strain and bends at the installation of the fiber sensor if a slightly strained fiber is required in the application.

What Advantages and Data Types can be Obtained from Fiber Optic Sensors?

Fiber optic sensors can provide multiple types of data through optical time domain reflectometry (OTDR) including data on the acoustics, strain, temperature and light transmission properties that indicate movement, or bends and breaks in the fiber. This data can be provided across the entire length of the fiber(s) instead of being limited to discrete and intermittently placed sensor sites. For example, using an OTDR to measure these items will reveal where the temperature changes by gradient across a long fiber span. One can also see where strain in the form of fiber elongation begins and ends. In telecommunications, strain needs to be avoided and thus measuring this protects the network and allows proactive cable strain mitigation and repair. If one wants to monitor a bridge, the strain on the fiber sensor can indicate movement of the bridge such as sagging, sinking or stress caused by separation of the bridge plates.

Consider measuring temperature throughout a building that requires a very specific temperature range, such as a data center, nuclear plant, or blood bank storage facility. Traditional electrified thermostatic sensors are placed in several locations and take periodic discrete point readings. Electronic temperature sensors are expensive and requires constant electrification. What happens when the location is missing a sensor or the sensor fails due to power loss, temperature extremes, or EMI interference? The temperature is not optimally regulated creating a hot or a cold spot. A fiber optic sensor net in the form of one or more fiber cables can be run throughout the building to obtain readings across continuous locations. The fiber net can provide more data points for better coverage at a lower cost with higher reliability. A pulse of light emitted by a laser OTDR is all that is required to interrogate the fiber sensor and the device can be powered by a battery in case of a power outage for more than a day.

 

What are some game-changing applications of fiber optic sensors?

Data and Telecommunications Fiber Cable Monitoring:

Communications cables are placed all over the world in rugged, inhospitable subterranean, submarine and aerial environments where ice, wind, earth movement/erosion, waves, vandalism, and human error constantly strain or break the cables, causing both service outages and service degradation. Cables are sometimes strained accidentally during installation. Once excessively strained, the cable is at risk of breaking and the lifespan of the cable is dramatically reduced from 35-40 years to potentially just months.

Fiber Optic Sensors

Fiber Optic Sensors

Long-haul and submarine cables are mission critical but are difficult to service in inclement weather or remote, dangerous terrain. Distributed strain sensing with a fiber optic sensor will allow a network cable owner to test the fiber at installation, and then monitor a dark fiber for excessive strain risk and changes in strain while in service to mitigate breakage. Mauritania recently experienced a break in the submarine cable that disconnected the entire network from the internet for two days. This was caused when a trawler lifted the African Coast to Europe cable off the sea floor and broke it. Had this cable been monitored for strain, an alarm would have triggered as the cable was being pulled before it broke. If it did end up breaking, a classic Rayleigh OTDR could have located the break within one meter, thus reducing the outage time.

Consider an aerial cable bearing an excessive ice load. The network operator can monitor the cables and locate network segments where staff should perform ice removal to prevent excessive strain. After a strain event has occurred, the cable can be tested against MAT tolerance measurements to be prioritized for replacement. Both portable DTSS fiber optic sensor OTDRs and rack-mounted fiber interrogation OTDRs are available. 

Broken aerial cable preventable with fiber optic sensors

Communication Cable Repair and Insurance Coverage Chargeback: 

The most common cause of cable breakage is due to construction digging, aka backhoe attenuation. Often when the break is located, the cable is spliced or connectorized at the break location. However, this may only resolve the problem temporarily because the strain has damaged many meters of cable on both sides of the break when the backhoe pulled the cable out of the ground.

Backhoe repairing broken cable

The cable may break again as it is re-installed or become so degraded that it is too damaged to provide adequate service. Repeat repairs are expensive and cause additional service outages. By taking distributed strain measurements with a fiber optic sensor OTDR in both directions up and down the cable when the break occurs, the technician can provide scientific evidence to demonstrate precisely which section(s) of cable should be replaced. This evidence can be used to charge the responsible party for the cost of the damage. It prevents further repeat repair dispatches and service disruption to customers as well as unnecessary repairs on good cable sections that have not experienced strain damage.

Pipeline or Dam Leak Detection:

Pipelines carry all types of expensive and potentially caustic materials in the oil, chemical, food, waste and water industries. A spill, leak that causes contamination into the pipeline, or theft can cause catastrophic problems. Pipeline monitoring is accomplished by measuring fibers for temperature and strain along the pipeline. Likewise, a dam or dike can be monitored similarly. A leak is suspected if there is a dramatic change in temperature, or the strain or light reflectance properties of the fiber. Temperature can be indicative of a leak or tap, strain is indicative of risk of breakage due to unexpected movement, and the problem can be located within a meter by using classic light reflectance Rayleigh scattering OTDR analysis. A combination optical interrogator, for strain, temperature and light reflectance can be used in a rack-mounted OTDR monitoring solution to continually monitor the fiber sensors attached to the pipeline. Fiber optic sensors provide accurate detection allowing shutdown, inspection, and repairs to be done quickly.

Pipeline leak detection possible with a fiber sensor

Powerline Hot Spot Detection:

Electrical hot spots on power transmission plants cause life-threatening fire risk and infrastructure damage. A recent example may have happened in California, USA when an electrical hot spot or downed electric cable may have ignited a forest fire. Lives and property were lost and now the utility is facing lawsuits and bankruptcy.

Remote fiber sensing using distributed temperature sensing (DTS) is the only economical way to monitor such problems and is much less expensive than the cost of such a catastrophic event. A fiber is placed along the transmission line to remotely monitor the line. An alarm is triggered when the fiber optic sensor system detects a rise in temperature, a strain or bend that can indicate a line fall. By pairing it with Rayleigh OTDR analysis, a precise location can be determined when there is either a gradual or abrupt shift in the fiber position by comparing a reference trace to a constant, periodic trace. The alarm can trigger an emergency power shutdown and investigation of the transmission lines. Because the fiber analysis using a fiber optic sensor is immune to EMI, it is the ideal source of data in this high EMI environment.

Hotspots and leakage

 

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