Fiber Optic Sensors

Sensores de fibra óptica

Sensores de fibra óptica modulares, líderes do mercado, em opções portáteis e montados em rack

A VIAVI oferece a ÚNICA solução DTS e DTSS totalmente portátil que também contém um OTDR clássico. A maioria dos dispositivos de detecção de temperatura e de deformação são montados em racks. Nossas soluções de detecção de fibra são de projeto modular, operadas com bateria e compatíveis com a plataforma multiteste escalável MTS-8000, ou com a solução VIAVI ONMSi combinada com uma unidade OTU-8000. A OTU-8000 é um cabeçote de teste óptico modular que contém o OTDR, o OTDR Brillouin, o OTDR Raman e uma chave para monitorar muitas fibras em uma rotina automatizada.


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Que tipo de interrogadores de detecção de fibra óptica a VIAVI oferece?

O portfólio de detecção de fibra da VIAVI inclui:

  • DTS (detecção de temperatura distribuída) baseado na tecnologia OTDR Raman
  • DTSS (detecção de temperatura e tensionamento distribuída) baseado na tecnologia OTDR Brillouin

Como a infraestrutura pode ser inspecionada periodicamente?

Usando um dispositivo portátil, como a plataforma VIAVI MTS-8000 com um módulo DTS ou DTSS, um técnico pode ir a campo e fazer medições de campo nas fibras. Alternativamente, usando o ONMSi e uma OTU (unidade de teste óptico) montada em rack com um módulo DTS ou DTSS monitora as fibras usando traços periódicos que são configurados para sinalizar se houver uma alteração a partir do início do traço de referência.

Quais são os benefícios econômicos do uso de sensores de fibra óptica distribuídos em relação aos sensores eletromecânicos tradicionais?

Os sensores de fibra óptica são bem mais baratos e requerem menos mão de obra para instalar e utilizar como uma rica fonte de pontos de dados. As fibras no cabo compõem o sensor distribuído e esse material é barato, leve e fácil de conectar ou incorporar em um objeto sob teste.

As fibras são sensores distribuídos altamente confiáveis que não requerem corrente elétrica constante para produzir dados, além de serem imunes às interferências eletromagnéticas e de radiofrequência. Historicamente, sensores elétricos pesados e cabeados que precisam de muita mão de obra para instalação são a principal fonte de dados para obtenção de dados de deformação ou temperatura.

Sensores eletromecânicos podem falhar, ser intrusivos e ter custo proibitivo, além de precisarem de uma fonte de energia. Em locais em que a energia não está disponível facilmente ou, corrosão, vibração ou IEM é um problema, esses sensores não são práticos. A entrada ou saída de ruídos elétricos e de rádio distorcem seus dados de medição. Uma ponte que precisa de monitoramento de segurança é um candidato em potencial para monitoramento econômico com sensor de fibra óptica, na qual as fibras podem ser incorporadas ou conectadas retroativamente para detectar deformações e risco de falhas, antes que estas ocorram. Desde que a fibra não seja excessivamente flexionada, pode ser instalada em um formato de onda senoidal para possibilitar mais pontos de dados em uma superfície. Um OTDR pode detectar micro e macrocurvaturas e pode ser usado para otimizar a deformação e as curvas na instalação do sensor de fibra se for necessário esticar levemente a fibra durante a aplicação.

Quais vantagens e tipos de dados podem ser obtidos de sensores de fibra óptica?

Os sensores de fibra óptica podem fornecer vários tipos de dados por meio de um reflectômetro óptico no domínio do tempo (OTDR), incluindo dados sobre acústica, deformação, temperatura e propriedades de transmissão de luz que indicam movimento ou curvas e quebras na fibra. Esses dados podem ser fornecidos ao longo de toda a extensão das fibras em vez de ficarem limitados a locais de sensores posicionados de forma discreta e intermitente. Por exemplo, usar um OTDR para medir esses itens revelará onde a temperatura muda por um determinado valor ao longo do trecho da fibra. É possível ver também onde há deformação na forma como o alongamento inicia e termina na fibra. Em telecomunicações, a deformação precisa ser evitada e, portanto, medi-la protege a rede e permite minimização e reparo proativo da deformação no cabo. Se alguém precisar monitorar uma ponte, a deformação no sensor de fibra pode indicar movimentação da ponte, como abaulamento, afundamento ou tensionamento causados pela separação das placas da ponte.

Considere a medição de temperatura ao longo de um edifício que requer um range de temperatura bem específico, como um data center, uma usina nuclear ou a instalação de armazenamento de um banco de sangue. Sensores termostáticos tradicionais alimentados com energia são instalados em diversos locais e fazem leituras periódicas de pontos discretos. Sensores de temperatura eletrônicos são caros e requerem alimentação elétrica constante. O que acontece quando um local não tem um sensor ou o sensor falha devido à queda de energia, temperaturas extremas ou interferência eletromagnética (IEM)? A temperatura não é regulada de forma ideal criando um ponto quente ou frio. Uma rede de sensores de fibra óptica, na forma de um ou mais cabos de fibra, pode ser instalada em um edifício para obter leituras em locais contínuos. A rede de fibra pode fornecer mais pontos de dados para uma melhor cobertura com um custo mais baixo e maior confiabilidade. Um pulso de luz emitido por um OTDR a laser é tudo o que é necessário para interrogar o sensor de fibra e o dispositivo pode ser alimentado por uma bateria em caso de falta de energia por mais de um dia.

 

Quais são algumas das aplicações inovadoras de sensores de fibra óptica?

Monitoramento de cabo de fibra de dados e de telecomunicações:

Cabos de comunicações são instalados em todo o mundo em ambientes inóspitos, subterrâneos, submarinos e aéreos, nos quais gelo, vento, movimento/erosão da terra, ondas, vandalismo e erro humano constantemente deformam ou quebram os cabos, causando paradas e degradação dos serviços. Os cabos às vezes são esticados acidentalmente durante a instalação. Uma vez sobrecarregado, o cabo corre o risco de quebrar e a vida útil do cabo é reduzida drasticamente de 35 a 40 anos para potencialmente apenas alguns meses.

Fiber Optic Sensors

Fiber Optic Sensors

Cabos submarinos e de longa distância são essenciais; entretanto, sua manutenção é difícil em condições climáticas adversas ou em locais remotos e perigosos. A detecção de deformação distribuída usando um sensor de fibra óptica permite ao proprietário de um cabo de rede testar a fibra na instalação e, em seguida, monitorar uma fibra apagada (dark fiber) quanto a risco de deformação excessiva e mudanças na deformação quando estiver em operação, para minimizar quebras. Recentemente, houve uma quebra em um cabo submarino na Mauritânia que desconectou toda a rede de internet durante dois dias. Isso aconteceu porque um barco de pesca arrastou o cabo da Costa Africana à Europa no fundo do mar e ele quebrou. Se este cabo tivesse sido monitorado quanto à deformação, um alarme poderia ter sido disparado à medida que o cabo era arrastado, antes que quebrasse.  Um OTDR Rayleigh clássico poderia ter localizado a quebra com precisão de um metro, reduzindo assim o tempo de parada.

Imagine agora um cabo aéreo com uma carga de gelo excessiva. A operadora da rede pode monitorar os cabos e localizar os segmentos nos quais uma equipe de manutenção deve fazer a remoção do gelo para evitar deformação excessiva. Depois da ocorrência de um evento de deformação, o cabo pode ser testado em relação a medições de tolerância da máxima tensão admissível (MAT) para que sua substituição possa ser priorizada. Estão disponíveis tanto OTDRs sensores de fibra óptica com DTSS portáteis quanto OTDRs de interrogação de fibra, montados em rack. 

Broken aerial cable preventable with fiber optic sensors

Reparo de cabo de comunicação e cobrança de cobertura de seguro: 

A causa mais comum de quebra de cabos é a escavação de construções, também conhecida como atenuação por retroescavadeira. Em geral, quando a quebra é localizada, o cabo é emendado ou recebe um conector no local da quebra. Entretanto, pode ser que isso resolva o problema apenas temporariamente porque a deformação danificou muitos metros de cabo em ambos os lados da quebra, enquanto a retroescavadeira arrastava o cabo para fora do solo.

Backhoe repairing broken cable

O cabo pode quebrar novamente quando é reinstalado ou ficar degradado ou danificado demais para fornecer um serviço adequado. Reparos repetidos são caros e provocam paradas adicionais no serviço. Ao fazer medições da deformação distribuída com um OTDR sensor de fibra óptica em ambas as direções, quando ocorre uma quebra, o técnico pode fornecer provas científicas para demonstrar com precisão quais seções do cabo precisam ser substituídas. Essa prova pode ser usada para cobrar o responsável pelo custo do dano. Isso previne ainda envios repetidos de equipes de reparo e interrupções de serviço aos clientes, bem como reparos desnecessários em trechos de cabos bons que não sofreram danos por deformação.

Detecção de vazamento em dutos ou barragens:

Dutos transportam todo tipo de materiais caros e potencialmente cáusticos nos setores de petróleo, químico, alimento, resíduo e água. Um derramamento ou vazamento que cause contaminação no duto ou roubo pode provocar problemas catastróficos. O monitoramento do duto é feito pela medição de fibras , quanto a temperatura e deformação ao longo da tubulação. De forma semelhante pode ocorrer a monitoração uma barragem ou dique. Um vazamento é suspeito se houver uma mudança dramática na temperatura, na deformação ou nas propriedades de refletância de luz na fibra. A temperatura pode ser um indicativo de vazamento ou tap, a deformação é um indicativo do risco de quebra devido à movimentação inesperada, e o problema pode ser localizado dentro de um metro, usando análise clássica de OTDR de espalhamento de Rayleigh da refletância da luz. Um interrogador óptico combinado, para deformação, temperatura e refletância da luz, pode ser usado em uma solução OTDR para monitoramento, montada em rack, para monitorar continuamente os sensores de fibra conectados ao duto. Os sensores de fibra óptica fornecem detecção precisa, permitindo que parada, inspeção e reparos sejam feitos rapidamente.

Pipeline leak detection possible with a fiber sensor

Detecção de pontos quentes em linha de alta tensão:

Pontos quentes em usinas de transmissão de energia elétrica provocam ameaça de incêndio com risco de vida e danos à infraestrutura. Um exemplo recente pode ter ocorrido na Califórnia, EUA, quando um incêndio florestal pode ter sido iniciado por um ponto quente elétrico ou pela queda de um cabo elétrico. Vidas e propriedades foram perdidas e agora a concessionária de energia está enfrentando processos judiciais e risco de falência.

A detecção remota de fibra usando detecção de temperatura distribuída (DTS) é a única forma econômica para monitorar tais problemas, com bem menos despesas do que o custo de um evento tão catastrófico. Uma fibra é instalada ao longo da linha de transmissão para monitorar a linha remotamente. Um alarme é disparado quando o sistema do sensor de fibra óptica detecta um aumento na temperatura, uma deformação ou curva que pode indicar uma queda da linha. Ao emparelhá-la com análise de OTDR Rayleigh, uma localização precisa pode ser determinada quando há uma mudança gradual ou abrupta na posição da fibra, comparando-se um traço de referência com um traço periódico constante. O alarme pode disparar uma parada de emergência na energia e investigar as linhas de transmissão. Como a análise de fibra usando um sensor de fibra óptica é imune a IEM, ela é a fonte ideal de dados nesse ambiente com elevado nível de IEM.

Hotspots and leakage

 

 

Saiba mais sobre detecção de fibra,  teste de fibras e monitoramento de fibras ópticas.

Produtos

ONMSi Remote Fiber Test System (RFTS)

Sistema de teste de fibra remoto (RFTS) ONMSi

Sistema de gerenciamento de rede óptica ONMSi Core, Metro, Access e FTTH.

Plataforma MTS-8000

MTS-8000 é a plataforma de teste mais escalável do mundo para a implementação de rede de alta velocidade da próxima geração (40G e 100G). É uma plataforma multiaplicativos com recursos de testes físicos, ópticos e Transport/Ethernet.
Fiber Test Head (FTH-9000)

FTH-9000

A unidade de teste FTH-9000 para teste de fibra remoto com OTDR e opções de chave
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 teste OTU-8000 OTDR

Monitoramento de rede óptica automática com unidade de teste OTDR modular automática, montada em rack, que oferece uma ampla gama de módulos OTDR para fazer os traços tradicionais do OTDR, bem como as medições de DTS e DTSS (distribuição de temperatura e tensão).

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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