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The use of artificial neural networks (ANNs) is demonstrated for efficient real-time data processing in optical fiber sensing applications. Using ANN-based algorithms, two orders of magnitude improved computation time and improved measurement resolution is achieved for distributed strain sensing using the wavelength-scanning coherent optical time domain reflectometry technique.
Pipe integrity is a central concern regarding technical safety, availability, and environmental compliance of industrial plants and pipelines. A condition monitoring system that detects and localizes threats in pipes prior to occurrence of actual structural failure, e.g., leakages, especially needs to target transient events such as impacts on the pipe wall or pressure waves travelling through the medium. In the present work, it is shown that fiber-optic distributed acoustic sensing (DAS) in conjunction with a suitable application geometry of the optical fiber sensor allows to track propagating acoustic waves in the pipeline wall on a fast time-scale. Therefore, short impacts on the pipe may be localized with high fidelity. Moreover, different acoustic modes are identified, and their respective group velocities are in good agreement with theoretical predications. In another set of experiments modeling realistic damage scenarios, we demonstrate that pressure waves following explosions of different gas mixtures in pipes can be observed. Velocities are verified by local piezoelectric pressure transducers. Due to the fully distributed nature of the fiber-optic sensing system, it is possible to record accelerated motions in detail. Therefore, in addition to detection and localization of threatening events for infrastructure monitoring, DAS may provide a powerful tool to study the development of gas explosions in pipes, e.g., investigation of deflagration-to-detonation-transitions (DDT).
Im Vortrag werden zunächst die zugrundeliegenden physikalischen Prinzipien und technologischen Grundlagen von faseroptischer Sensorik, insbesondere verteilter faseroptischer akustischer Sensorik (DAS) präsentiert und die Vorzüge und Besonderheiten dieser neuen Sensorik für das Zustandsmonitoring diskutiert. Im Anschluß werden einige Anwendungen von DAS für das Infrastrukturmonitoring dargestellt. Im zweiten Teil werden die laufenden Forschungsaktivitäten der BAM zum Thema fasersensorischer Überwachung von Rohrleitungen mittels DAS fokussiert, das Projekt AGIFAMOR vorgestellt und bisher erlangte Ergebnisse präsentiert.
Here we present the BAM-project AGIFAMOR - Application of distributed acoustic and fibre optic sensors for continuous monitoring of pipes. Special attention is paid to the optimal application of the fibre optic sensor for achieving high sensitivity towards acoustic signals. First results of real scale bending tests are presented, where cracks developing in the pipe material were initialized and analyzed with respect to their acoustic characteristics.
In Hinblick auf die Detektion von akustischen Signalen und Vibrationen an und in Rohrleitungen mittels verteilter faseroptischer Sensorik steht die Entwicklung einer Applikationsmethode im Fokus, die eine optimale Signalübertragung auf die faseroptischen Sensoren unter realen Bedingungen gewährleistet. Ein weiterer Schwerpunkt ist auch die Datenerfassung und Analyse. Hierzu gehören eine Sensitivitätsanalyse des gesamten Messsystems und die Ermittlung und Klassifizierung der Schallsignaturen spezifischer Schadensbilder. Aufgebaut wird dabei auf Erfahrungen aus Schallemissionsmessungen an Werkstoffproben und Bauteilen zum Nachweis von aktiven Schädigungsprozessen (z.B. Risswachstum) oder passiven Schädigungen (z.B. Muldenkorrosion in durchströmten Leitungen).
Im Vortrag wird eine kurze Einführung in die verteilte faseroptische Sensorik, speziell die verteilte akustische Sensorik (Distributed Acoustic Sensing, DAS) und in den Stand der Technik beim faseroptischen Pipeline-Monitoring gegeben. Anhand erster Laborversuche im Themenfeldprojekt AGIFAMOR werden die Sensorapplikation sowie die gemessenen Signale erläutert. Abschließend wird ein Ausblick auf weitere im Projekt geplante Untersuchungen gegeben.