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Organisationseinheit der BAM
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- 2.5 Konformitätsbewertung Explosivstoffe/Pyrotechnik (6)
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Anwendungsfelder von verteilter faseroptischer akustischer Sensorik (DAS) werden anhand von früheren, gegenwärtigen und zukünftigen Projekten an der BAM vorgestellt und die Leistungsfähigkeit von DAS demonstriert. Die dargestellten Anwendungen sind Monitoring von Rohrleitungen, von Unterseekabeln, von Zügen und Gleisen, von Brücken, von Strassen und Verkehr, von Erdbebenauswirkungen in urbanen Gebieten, von Bohrlöchern im Kontext Erdgasspeicher und für Exploration und Monitoring von Untergründen für Geothermie-Anwendungen.
Die Eigenschaften von optischen Fasern und faseroptischen Sensoren werden beschrieben und die Funktionsweise von verteilter faseroptischer akustischer Sensorik (DAS) erklärt. Die Verwendung von DAS für Zustandsmonitoring vor allem von Infrastruktur und Anlagen wird motiviert. Im Folgenden wird die Einsetzbarkeit von DAS für verschiedenste Anwendungen anhand einiger Beispiele (vergangene und gegenwärtige Projekte der BAM zum Thema DAS für Infrastrukturmonitoring) gezeigt. Diese betreffen das Monitoring von Rohrleitungen/Pipelines, von Energiekabeln, von Gleisanlagen und Zügen, von Brücken und von Strassen und Strassenverkehr.
Faseroptische Sensorsysteme bieten heute die Möglichkeit des Online-Monitorings von sensiblen, für die Energieversorgung wichtigen Betriebsmitteln. Insbesondere Hochenergiekabel, wie diese sowohl im Offshore- als auch im Onshorebereich eingesetzt werden, sind prädestiniert für eine zustandsorientierte Überwachung. Gerade Hochspannungshochenergiekabel sind Betriebsmittel, die im Falle eines Ausfalls durch Schäden mit hohen Reparatur- und Folgekosten verbunden sind. Mit dem Einsatz von faseroptischen Sensoren sind mechanische Einflüsse wie Vibrationen z. B. verursacht durch Ankerfall, Temperaturhotspots oder auch Teilentladungsaktivitäten an dezidierten vulnerablen Stellen wie Kabelendverschlüssen oder –muffen über längere Kabelstrecken detektierbar. Der Einsatz von im Rahmen des Verbundprojekts Monalisa entwickelter faseroptischer Diagnosetechnik in Verbindung mit faseroptischen Sensoren wird hier aufgezeigt.
Fiber optic Distributed Acoustic Sensing (DAS) is an emerging method for many different monitoring purposes, enabling a spatially and temporally resolved collection of acoustic and vibration information over many kilometers. DAS, thus being a "dynamic" sensing technique, allows for online condition monitoring and the detection and localization of threats or hazards in real time via characteristic acoustic/vibration states and their changes or via occurring anomalous signals, respectively.
At BAM, we have employed this technology for a number of different applications of monitoring of large infrastructures, e.g., bridges, pipelines, submarine power cables or railway tracks. Currently, we are investigating the use of DAS for further innovative uses, which aim at facilitating the energy transition, enabling "smart" infrastructure and providing the basis for comprehensive hazard monitoring and warning systems, respectively. Our research fields include fiber optic borehole monitoring in the context of hydrogen storage caverns, traffic and road monitoring, using DAS for earthquake monitoring in urban areas for disaster management and long-term monitoring of large-scale subsidence caused by mining activities. Another new topic is structural health monitoring in concrete structures in the framework of the FSP Security.
In this talk, we will first briefly present the basics and capabilities of DAS. Then, we will portray our previous and current works related to this technology and show some attractive results. Finally, we will discuss our upcoming projects on exciting new applications of DAS.
The feasibility of traffic monitoring along a major urban road using Distributed Acoustic Sensing (DAS) is demonstrated. We present measurement results of conventional intensity-based DAS along a dark fiber in a tubed fiber optic cable buried roadside. With only minimal postprocessing different classes of traffic participants can be distinguished (cars, bikes, pedestrians). Different methods for pre-processing raw data are compared, especially with regard to providing suitable inputs for pattern recognition algorithms. Furthermore, the various challenges for automatized vehicle detection and classification related to varying sensitivity and inhomogeneous signal propagation are discussed. Sensitivity fluctuations and variations are in part inherent to the measurement technology and originate in part in ground conditions. The measurement quality and usefulness for traffic monitoring of intensity-based DAS is compared to that of state-of-the-art phase-resolved DAS, allowing quantitative evaluation of vibration signals.
The feasibility of traffic monitoring along a major urban road using Distributed Acoustic Sensing (DAS) is demonstrated. We present measurement results of conventional intensity-based DAS along a dark fiber in a tubed fiber optic cable buried roadside. With only minimal postprocessing different classes of traffic participants can be distinguished (cars, bikes, pedestrians). Different methods for pre-processing raw data are compared, especially with regard to providing suitable inputs for pattern recognition algorithms. Furthermore, the various challenges for automatized vehicle detection and classification related to varying sensitivity and inhomogeneous signal propagation are discussed. Sensitivity fluctuations and variations are in part inherent to the measurement technology and originate in part in ground conditions. The measurement quality and usefulness for traffic monitoring of intensity-based DAS is compared to that of state-of-the-art phase-resolved DAS, allowing quantitative evaluation of vibration signals.
Die verteilte faseroptische akustische Sensorik (DAS) wird vorgestellt, hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit beschrieben und verschiedenste Anwendungsfelder, z.B. für das Zustandsmonitoring oder für seismische Messungen, beispielhaft gezeigt. Zudem werden mögliche Anwendungsfelder von DAS für den Kontext Kerntechnische Entsorgung (KTE) und Rückbau aufgezeigt.
Wavelength scanning coherent optical time domain reflectometer (WS-COTDR) is a good candidate to spatially resolve the environmental information at comparatively low frequency. This paper reveals it can also work as a traditional optical time domain reflectometer (OTDR) to identify Fresnel reflection by averaging the obtained signal over the wavelength scanning range. Simultaneous distributed vibration sensing and a traditional OTDR measurement are experimentally demonstrated using the WS-COTDR system.
