Qu'est-ce que la détection quasi-distribuée ? | What is quasi-distributed sensing?

Centre Technique Global OFSCN Base de Connaissances Techniques OFSCN
1

Quelle est la différence avec la détection distribuée de fibres (Distributed Sensing, DTS) que l’on peut mesurer partout ?

2

Dans le domaine de l’ingénierie de la détection par fibre optique, la détection quasi-distribuée par fibre optique (Quasi-Distributed Sensing) et la détection entièrement distribuée par fibre optique (Fully Distributed Sensing, faisant généralement référence à des technologies telles que le DTS), bien qu’utilisant toutes deux la fibre optique comme support de transmission, présentent des différences fondamentales dans leurs mécanismes physiques sous-jacents, leur continuité spatiale et leurs scénarios d’application.

Voici une comparaison des technologies clés et une analyse physique des deux :

1. Différences fondamentales dans le concept et la continuité spatiale

  • Détection entièrement distribuée par fibre optique (Fully Distributed Sensing, comme le DTS)
    • Principe : L’ensemble de la fibre optique sert à la fois de médium de transmission et de « capteur continu ».
    • Caractéristique : Chaque point de la fibre optique (partout) participe à la mesure de grandeurs physiques.
    • Mécanisme de localisation : Utilise des techniques de réflectométrie optique en temps (OTDR) ou en fréquence (OFDR). La localisation spatiale exacte du changement de grandeur physique est déterminée par la différence de temps ou de fréquence de propagation de la lumière dans la fibre. La mesure est réalisée en collectant la lumière de rétrodiffusion intrinsèque (telle que la diffusion Raman, Brillouin ou Rayleigh) générée par les vibrations du réseau cristallin ou les fluctuations de densité à l’intérieur de la fibre.
  • Détection quasi-distribuée par fibre optique (Quasi-Distributed Sensing, comme le FBG)
    • Principe : Les capteurs sont uniquement situés en « points discrets spécifiques » sur la fibre optique, la fibre elle-même ne participant pas à la détection.
    • Caractéristique : Généralement, plusieurs réseaux de Bragg sur fibre (FBG) sont inscrits à des emplacements spécifiques d’une seule fibre, formant une « chaîne/réseau de capteurs ». Les données de température, de déformation, etc., ne peuvent être obtenues qu’aux points où les réseaux sont inscrits (points de mesure). Les sections de fibre optique ordinaire entre deux réseaux n’ont aucune capacité de détection (zones mortes).
    • Mécanisme de localisation : Principalement par multiplexage en longueur d’onde (WDM), chaque réseau se voit attribuer une longueur d’onde de réflexion initiale distincte \lambda_B = 2 n_{eff} \Lambda , et le démodulateur identifie la position de chaque point de mesure en reconnaissant différentes longueurs d’onde spectrales.

2. Comparaison des indicateurs techniques et des performances

Dimension de l’indicateur Détection quasi-distribuée par fibre optique (exemple du système FBG) Détection entièrement distribuée par fibre optique (exemple Raman-DTS / OFDR)
Mécanisme du signal physique Réflexion à bande étroite du réseau de Bragg sur fibre (signal très fort) Rétrodiffusion intrinsèque de la fibre elle-même (signal très faible)
Continuité spatiale Multi-points discrets, avec des zones mortes de mesure entre les points de mesure Spatiellement complètement continue, théoriquement sans zone morte de mesure
Vitesse de mesure (taux d’échantillonnage) Extrêmement rapide. La fréquence d’échantillonnage des données est généralement de 10\text{ Hz} à 100\text{ Hz} , voire de l’ordre du \text{kHz} , ce qui est idéal pour mesurer les vibrations dynamiques ou les processus transitoires. Relativement lente. Le signal de rétrodiffusion étant généralement inférieur à -50\text{ dB} , il est nécessaire d’accumuler de nombreux impulsions lumineuses et d’effectuer un moyennage de signal. Un balayage complet unique prend généralement de quelques secondes à plusieurs minutes (sauf DAS spéciaux).
Limite du nombre de points de mesure par canal Limité par la bande passante de la source lumineuse du démodulateur (généralement 40\text{ nm} entre 1525\text{ nm} et 1565\text{ nm} ). Pour éviter le chevauchement des longueurs d’onde des points de mesure adjacents, une seule fibre est généralement limitée à 5 à 10 points de mesure. Presque illimité. Une fibre de 10\text{ km} avec une résolution spatiale de 1\text{ m} équivaut à 10,000 points de mesure continus.
Précision et rapport signal/bruit Le taux de réflexion est généralement supérieur à 10\% à 99\% , le spectre de réflexion est abrupt, offrant une excellente rapport signal/bruit, une résolution en longueur d’onde et une précision de mesure. Le signal est faible et sensible au bruit et aux pertes de fibres sur de longues distances, nécessitant des algorithmes complexes pour extraire le signal faible.

3. Produits et applications associés à Da Cheng Yong Sheng (OFSCN®)

Da Cheng Yong Sheng (OFSCN®) propose des capteurs encapsulés, des câbles de détection et des systèmes de démodulation haute performance et haute fiabilité dans ces deux directions technologiques :

A. Produits liés aux systèmes de détection quasi-distribuée

Si vous avez besoin d’une surveillance locale discrète de grandeurs physiques à haute vitesse et haute précision, nous vous recommandons d’opter pour des chaînes de capteurs quasi-distribués basées sur des réseaux de Bragg sur fibre (FBG) et des démodulateurs :

  1. OFSCN® 300°C Fiber Bragg Grating Temperature Sensor

  2. OFSCN® 500°C Fiber Bragg Grating Temperature Sensor

    • Avantages techniques : Prend en charge la conception en série multi-points, offrant une excellente stabilité de longueur d’onde dans des environnements à température extrême. Il est recommandé de ne pas dépasser 5 points de mesure par capteur.

  3. OFSCN® Polymer-encapsulated Fiber Bragg Grating Strain Sensor (0.7mm/1.2mm diameter)

    • Avantages techniques : Spécialement conçu pour la surveillance de la déformation quasi-distribuée, avec possibilité de personnalisation de plusieurs segments de mesure.

  4. OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator

B. Produits liés aux systèmes de détection entièrement distribuée

Si vous utilisez un ensemble complet d’équipements de détection entièrement distribuée basés sur la « diffusion Raman Raman-DTS » ou la « diffusion Rayleigh OFDR », les câbles de détection spéciaux à tube en acier sans soudure proposés par Da Cheng Yong Sheng (OFSCN®) peuvent offrir une protection physique stable pour vos mesures continues sur de longues distances :

  1. OFSCN® 200°C Distributed Fiber Temperature Sensor

  2. OFSCN® 85°C Distributed Fiber Temperature Sensor

  3. OFSCN® 300°C Distributed Fiber Temperature Sensor

  4. OFSCN® 700°C OFDR Micro All-Metal Strain Sensor

4. Résumé et guide de sélection

  • Lorsque vous avez besoin de mesurer une « tendance globale » (telle que la fuite globale d’un barrage, la détection de fuites sur un pipeline de transport de pétrole à longue distance, la surveillance d’incendie dans un tunnel) : la détection entièrement distribuée par fibre optique (DTS) est la seule solution viable, car vous ne pouvez pas prédire où la fuite se produira au mètre près.
  • Lorsque vous avez besoin de mesurer des « détails locaux à haute fréquence et de haute précision » (tels que l’élévation locale de température sur les plaques d’électrode d’une cellule, la force subie lors de l’insertion d’un dispositif médical, la surveillance des vibrations d’un pont ou d’une aile d’avion à haute vitesse) : la détection quasi-distribuée par fibre optique basée sur FBG est un choix d’ingénierie supérieur en raison de son rapport signal/bruit extrêmement élevé et de sa vitesse de réponse physique très rapide.