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分散式聲學感測(Distributed Acoustic Sensing)
分散式聲波感測 (DAS) 系統能夠偵測光纖沿線的應變變化和振動。這項高靈敏度技術用於監測關鍵基礎設施，例如電力電纜、管道或鐵路軌道。光纖電纜可作為分散式聲波感測器，可沿著電纜全長提供連續測量數據，使操作人員或自動化系統能夠根據實際情況做出明智的決策，並採取相應的預防或糾正措施。基於機器學習/人工智慧的分類演算法用於檢測、識別和定位管道洩漏、電力電纜故障和入侵活動等事件。
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DAS的工作原理
市面上應用了多種分散式聲學感測技術，其中最常見的是基於相干光時域反射儀（C-OTDR）的技術。 C-OTDR利用瑞利背向散射，能夠遠距離偵測振動和聲學訊號。
利用分散式聲波感測（DAS）技術，雷射脈衝從解調器發出，經由光纖傳輸。當光波與光纖中天然存在的微觀不均勻性相互作用時，部分光波會發生散射（瑞利背向散射）。這些不均勻性會跟隨環境聲波振動傳播到光纖。瑞利背向散射保持了激發脈衝的波長，但波的相位發生了特定的偏移。這種相位偏移蘊含著關於聲音訊號的重要訊息，隨後可以透過干涉測量法進行分析。
沿著可選的標距長度（例如 5 公尺）量化應變或聲振幅，表示沿整根光纖的每個位置在該光纖區間內的應變變化率。
前一個雷射脈衝需要時間才能傳遍整根光纖，且其散射部分需要時間返回，之後才能傳輸下一個脈衝。因此，最大脈衝速率取決於光纖的長度。例如，一根20公里長的光纖通常允許每秒傳輸5000個脈衝。這使得可以以該速率探測聲音訊號，並且可以清晰地分辨出頻率高達奈奎斯特頻率（脈衝速率的一半）的訊號。更高頻率的分量也可以被測量，但由於奈奎斯特混疊效應，測量結果會變得模糊不清。
由於較高的聲波頻率在物質中衰減較大，因此用於偵測和分類事件的大多數相關頻率都在 2 kHz 範圍的較低水準。 在極低頻範圍（幾赫茲及以下），基於相位的C-OTDR系統能夠對瞬態溫度（即0.001°C範圍內的變化）進行高靈敏度測量，這種瞬態溫度變化是由光纖隨溫度變化而發生的伸長/壓縮引起的。這種測量模式稱為分佈式溫度梯度感測（DTGS），廣泛應用於石油和天然氣產業。
分佈式聲學感測的優點與益處
分散式聲波感測（DAS）在監測關鍵基礎設施方面具有許多優勢，包括：
感測器的簡易性和穩健性：
一根標準的單根光纖整合了感測器的所有基本要素：為感測器提供能量（光脈衝）、感測器本身（光纖的不均勻性，見上文）、利用分散式測量原理實現的精確定位，以及資訊傳輸（返回儀器的光）。因此，只需將光纖連接到詢問器單元，它就是理想的感測器介質。
當整合到堅固耐用的光纜中時，光纖在現場應用中可獲得數十年的可靠保護。此類光纜的典型使用壽命約為 40 年。
持續監測與預警：
DAS系統可對整條光纖進行連續即時監測。這使得系統能夠及早發現並定位對資產構成威脅的情況（例如挖土機靠近管道或埋地電纜作業）或資產性能下降的情況，從而實現及時幹預和預防性維護。透過偵測基礎設施狀況的細微變化或異常情況，DAS系統能夠實現主動維護，避免代價高昂的停機或故障。
高定位精度：
AP Sensing 的分散式天線系統 (DAS) 即使在長達 100 公里的距離內，也能提供公尺等級的定位精度。這意味著該系統能夠精確檢測並定位光纖電纜沿線的事件或乾擾，誤差在幾公尺內。即使在大型複雜的網路基礎架構中，它也能實現對問題的精準定位。透過 AP Sensing 的 SmartVision 軟體，可以將事件以示意圖的形式對應到相應的資產上。
遠距離感測/監測：
根據感測需求，光纖感測器可以覆蓋超過 100 公里的距離，使得 DAS 系統適用於監測大範圍的基礎設施，例如管道、鐵路或輸電線路，而對基礎設施的要求極低。
多參數感：
分散式光纖聲學感測系統可回應多種參數，包括聲音訊號（例如振動或聲音）、溫度變化、應變和壓力。這種多參數感測能力可提供全面的監測，並增強檢測和識別不同類型事件或異常的能力。
成本效益：
分散式聲波感測技術採用簡單的光纖電纜，甚至可以利用現有的光纖電纜，從而減少對額外硬體的需求和安裝成本。這使得DAS系統成為基礎設施長期監測的經濟高效的解決方案。
遠端監控和難以進入的區域：
DAS系統可透過中央控制中心進行遠端監控，從而實現即時資料分析、事件偵測和回應。這種遠端監控能力有助於快速決策並應對關鍵事件，進而提升整體運作效率和安全性。
DAS可部署在難以進入的區域，從而實現對傳統感測器難以或不切實際安裝的地點進行遠端監控。這使得對管道、鐵路和邊境等關鍵基礎設施的監控成為可能，而無需大規模的基礎設施建設或頻繁的維護。
危險區域的穩健性和安全性：
用於 C-OTDR (DAS) 系統的光纖電纜適用於惡劣的環境條件，例如戶外或工業環境中常見的環境。 AP Sensing 的系統即使在包括污垢、灰塵、腐蝕性氣體、高濕度、極端溫度變化、溶劑蒸汽、放射性、氣體或粉塵引起的爆炸性環境（ATEX/IECEx）以及電磁幹擾在內的嚴苛條件下，也能提供最高的可靠性。光纖電纜本身不受電磁幹擾 (EMI) 的影響，因此在電氣設備可能引發點火或爆炸的環境中更加安全。此外，由於分散式天線系統 (DAS) 可以遠距離部署而無需頻繁存取點，這減少了人員進入危險區域的需要。
DAS系統的監測功能及應用
分散式聲學感測技術用於監測基礎設施以及偵測和定位事件，包括：
- 電力電纜（陸上和海上）、輸送管路 防挖掘破壞監測(第三方乾擾/入侵 (TPI) 活動)
- 列車定位、鐵路軌道 & 滑坡落石及安全車速監測
- 界圍、邊界人員入侵安全監測 & 洞道、共同管道、排水廊道人員活動定位監測
- 製程、管線洩漏監測
- 管道清管器(PIG)定位追踪
- 電力電纜爆炸事件、撞擊事件探測 & 船隻下錨 & 拖網作業活動監測
- 油井和油藏監測
- 海底、陸地監測
- 大型結構性健康監測能源(井下)勘探
AP Sensing 的 DAS 系統
DAS N51/N52系列
增強的效能和測量能力，幫助您保護寶貴的資產和基礎設施。我們的第五代分散式天線系統 (DAS) 擁有世界領先的測量範圍，可實現真正的基於相位的系統，無需額外的放大。它不僅提供更佳的測量性能，還增強了易用性，並減少了訊號衰減等乾擾。與其他感測技術相比，分散式聲波感測技術「表現如何」？
傳統應變和聲學感測器：
傳統的感測器，例如電阻應變計或水聽器，長期以來一直是聲學感測的基礎。然而，與分散式聲波感測（DAS）技術中使用的簡單被動光纖相比，大型設備尤其需要更複雜的基礎設施，例如電源和訊號傳輸線路。
雖然應變計等點感測器在特定位置具有很高的靈敏度，但它們無法即時連續監測長達數公里的整個基礎設施。而分散式天線系統 (DAS) 則無需多個感測器即可實現遠距離連續監測。
光纖點感測器：
光纖點感測器，例如光纖布拉格光柵（FBG），受限於其沿光纖固定的感測點位置。應變和振動只能在預先定義的感測器位置（即需要將光柵蝕刻到光纖中的位置）被捕獲，而對其他光纖位置則不敏感。通常，感測器點的數量也相對有限。分散式感測系統（DAS）憑藉其分散式感測能力，可提供更高的空間解析度和覆蓋範圍。這使得它們更適合需要詳細空間資訊的監測應用。
