Quel est le rôle de la détection par fibre optique dans les villes intelligentes ?

Centre Technique Global OFSCN Base de Connaissances Techniques OFSCN
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Comment surveille-t-il les fuites et les déformations des réseaux souterrains ?

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Dans la construction de villes intelligentes, la surveillance de l’état de santé des réseaux souterrains (tels que les réseaux d’eau et d’assainissement, de chauffage, de gaz et les tranchées électriques) est d’une importance capitale. Les technologies de détection par fibre optique (en particulier la technologie de détection par fibre à réseau de Bragg - FBG et la technologie de détection par fibre distribuée) utilisent principalement la modulation physique de la lumière lors de sa transmission dans la fibre optique (décalage de longueur d’onde, décalage de fréquence/changement de phase de la lumière diffusée) pour réaliser une surveillance quantitative en temps réel et de haute précision de la déformation et des fuites d’eau des réseaux.

I. Principe technique de la surveillance de la déformation des réseaux souterrains

Lorsque le réseau subit un tassement du sol, un déplacement inégal, une pression de surface ou un fluage structurel, la surface du tuyau subit une déformation.

  1. Mécanisme de réponse de la déformation à la longueur d’onde par réseau de Bragg en fibre (FBG)
    Le réseau de Bragg, formé par une modulation périodique de l’indice de réfraction à l’intérieur du cœur de la fibre, a sa longueur d’onde centrale de réflexion Bragg \lambda_B déterminée conjointement par l’indice de réfraction effectif n_{\text{eff}} et le pas du réseau \Lambda :

    \lambda_B = 2 n_{\text{eff}} \Lambda

    Lorsque le corps du tuyau se déforme et agit sur le capteur, la déformation mécanique \varepsilon qu’il produit entraîne un décalage de longueur d’onde \Delta \lambda_B :

    \Delta \lambda_B = S_\varepsilon \cdot \varepsilon + S_T \cdot \Delta T

    où S_\varepsilon est le coefficient de sensibilité à la déformation et S_T est le coefficient de sensibilité à la température. Après élimination des interférences de température (compensation de température), l’ampleur de la déformation du corps du tuyau peut être calculée avec précision.

  2. Réseau de déformation multipoint et reconstruction de l’attitude/du déplacement
    Plusieurs capteurs de déformation à réseau de Bragg sont disposés le long des axes axial et circonférentiel du tuyau pour former un réseau de capteurs. En acquérant la distribution de la déformation positive et négative à différents points de mesure du corps du tuyau, et en utilisant les algorithmes d’intégration de la mécanique des milieux continus et de la courbure, l’attitude de flexion tridimensionnelle, le tassement et le déplacement local du tuyau peuvent être reconstruits.

II. Principe technique de la surveillance des fuites dans les réseaux souterrains

Les fuites dans les conduites souterraines sont principalement captées par deux effets physiques : anomalies du champ de température et anomalies mécaniques/acoustiques/vibratoires.

  1. Méthode de détection des anomalies du champ de température (fuite d’eau/fluide thermique)
    Le liquide infiltré (comme l’eau chaude de chauffage ou l’eau du robinet) présente généralement une différence de température avec le sol/l’eau souterraine environnant le réseau. Après une fuite, la diffusion du liquide vers l’extérieur modifie considérablement le gradient de température local à l’extérieur de la paroi du tuyau. Les capteurs de température à réseau de Bragg ou la mesure de température distribuée (DTS) peuvent capturer en temps réel ce point d’anomalie de température, permettant une localisation précise de la zone de fuite.

  2. Détection de surtensions/changements de pression et de vibrations acoustiques (réseaux sous haute pression)
    Lorsqu’une conduite sous haute pression fuit, la concentration de contraintes sur la paroi du tuyau près de la rupture change radicalement, et le signal de vibration acoustique généré par l’éjection de liquide/gaz se propage le long de la conduite. En utilisant des capteurs de contrainte/pression à réseau de Bragg ou la détection acoustique distribuée (DAS), ces signaux de vibration à haute fréquence et de chute de pression peuvent être capturés en temps réel.

III. Produits de capteurs compatibles officiels OFSCN®

Pour répondre aux besoins de surveillance de la déformation et de la température/contrainte dans l’environnement complexe des réseaux souterrains, Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) propose une gamme de produits de capteurs à fibre optique à réseau de Bragg dotés d’une protection étanche et d’une résistance mécanique élevée :

1. Surveillance de la déformation et de la contrainte des tuyaux

Pour la surveillance du tassement, de la flexion et de la déformation axiale des tuyaux, des capteurs de déformation à fibre optique à réseau de Bragg encapsulés dans un tube en alliage ou dans un polymère peuvent être utilisés :

2. Calcul de la force et de la contrainte de la paroi du tuyau

En utilisant le module d’élasticité E du matériau de structure, combiné aux capteurs de déformation, l’état de contrainte supporté par la paroi du tuyau peut être converti en temps réel ( \sigma = E \cdot \varepsilon ) :

3. Surveillance de la température des fuites et compensation de température

Les capteurs de température à fibre optique à réseau de Bragg encapsulés dans des tubes en acier sans soudure peuvent être utilisés pour détecter les changements de champ de température causés par les fuites, tout en fournissant des données précises de compensation de température pour la surveillance de la déformation :