由马特·米勒
今天的网络比以往任何时候都要求更高——始终开机，始终可靠，无论应用程序或环境如何，都没有停机时间。业主和运营商不是在问题发生后立即响应，而是寻求主动管理基础设施的方法。如何在问题发生之前检测并解决问题，从而保证可靠性并消除停机时间?
想象一下，在外部植物环境中，能够连续、准确、实时地检测到沿着光缆的任何地方的小的声音、温度和/或应变变化。根据使用的审讯单位或激光源的不同，你可以通过大量分布在沿途的“虚拟”传感器，探测从一个人到几十公里外的各种环境事件。通过使用光纤作为本征传感介质，这是可能的。
那么，这项技术是如何工作的，有什么好处，有哪些可能的应用呢?在解释各种类型的光纤传感器网络之前，我们先简要介绍一下历史。
考虑使用光纤作为测量环境事件的一种方法的第一项专利申请已经过去了50多年。美国于1967年获得的03327584号专利描述了一种光纤束，它可以同时照亮表面并捕获反射光。在1980年早期，传感器阵列的光纤声学系统用于弗吉尼亚级潜艇的轻型宽孔阵列(LWWAA)、拖曳阵列和各种监视系统。
在过去的20年里，在石油和天然气工业中使用光纤感测到井中/井下井监测。在2000年代，使用了分布式温度传感，然后在2010年代使用分布式声学感应。虽然该技术被认为是许多实例中的提供价值，但它远远远未在每个井上部署。但是，有希望在某些应用中将成为标准的光纤感测。
在过去的十年中，分布式光纤感测已被用于检测和防止陆上石油和天然气管道泄漏。作为一个例子，2016年，OptaSense获得了一份合同，为Trans-Anatolian天然气管道（TANAP）提供了一种管道泄漏检测和安全解决方案。该解决方案将监控超过1850公里的管道以及所有设施的周边安全。目前，世界各地的光纤传感技术有超过15,000公里的管道。
有三种类型的光纤传感网络。
点传感器网络- 在一个点传感器网络中，每个传感器都是离散的，必须单独回标。点传感器通常用于缩短长度的部署。理解点传感器沿着给定路径的位置对于能够正确地解释从环境接收的数据至关重要。
准分布式传感器网络- 用于准分配的感测的一个版本包括使用嵌入光纤中的几种光纤布拉格光栅（FBG）。修改纤维芯的折射率，使得某些波长的光通过，而其他波长将反射回源。每个FBG可以反射特定波长，使每个FBG沿光纤途径识别。换句话说，FBG类似于内联波长滤波器，其将特定波长反射回源，并且多个FBG可以用入单个光纤路径。与点传感器网络一样，理解FBG与正在检测到的内容相关的位置是正确解释数据的关键。
分布式传感器网络在分布式传感器网络中，沿光纤分布的传感器数量是分布的，数量根据系统的长度、传感器的空间分辨率和所使用的询问器盒而变化。通常每个传感器的空间分辨率是1到10米。分布式传感是通过向光纤发送一个光脉冲并解释来自该脉冲的背向散射光来实现的。通过观察瑞利、布里渊和拉曼后向散射，可以分别检测声音、应变/温度和温度。分布式传感可以取代将数百个或数千个独立的传感器集成到一个连续的解决方案中，这种集成通常是麻烦且昂贵的。
分布式传感应用有三种主要类型。
如上所述，在分布式传感器网络中，反向散射的光可以分为三个组件：瑞利，布里渊和拉曼。
Rayleigh Backsfatter主要用于分布式声学应用。影响光纤的声波或声波会导致折射率的小变化。在使用相干光学时域反射计（COTDR）时，可以使用瑞利反向散射检测这些变化。通常使用标准单模光纤。
Brillouin BackSmatter用于应变和/或温度测量。当光纤处于应变时，可以检测和分析布里渊频移。使用布里渊光学时域反射计（BOTDR），或用于增强检测，可以使用布里渊光学时域分析仪（BOTDA）。通常使用标准单模光纤。
拉曼反向散射主要用于温度检测应用。为了检测温度变化，比较温度依赖的防斯托克斯拉曼峰值，以及几乎温度无关的斯托克斯拉曼峰。基于两者之间的三角洲测定温度。对于较短的距离，通常使用标准多模光纤。
根据未来的市场见解，石油和天然气市场段是分布式传感器网络增长的关键驱动因素，并主导了全球分布式光纤传感器市场。例如，该技术可用于追踪应用，以及地下管道和地下管道，用于泄漏检测和预防。该技术在安全段中也有价值，用于外围安全应用程序。
地理位置上，北美预计将成为分布式传感器最大的市场，预计温度传感将引导申请类别。
分布式传感器网络在各种应用中都有价值，包括管道泄漏预防和检测的基础设施、油气系统和井下监测。
DAS，DTS和DSS都适用于管道防漏和检测。DAS网络可以从液体或气体通过小孔时从噪声中定位沿管道的泄漏。泄漏还可以产生从孔位置处的压差产生的负压波，该孔位置在流水线的长度下行驶并被检测到。
DTS网络可以通过Joule-Thomson效应来检测围绕高压气体管路的土壤温度的变化。并使用DSS网络，从高压气体管线泄漏会导致土壤的温度通过焦耳 - 汤姆森效应变化，导致地面升起。也可以从地震或地质活动中检测管道附近的地面运动。
分布式传感器网络也可用于桥梁，水坝和堤坝;火警和监测;电力公用事业;监测脐带;铁路应用;和商业建筑。此外，DAS，DTS和DSS都可以用于监控海底系统（例如流线，管道和海底连接）。该网络也适用于周边安全和资产保护，如公用事业（水，能源，通信），边界，工业（石化，炼油厂）和运输（道路，铁路，港口，机场）应用。
所有行业都需要标准。标准有助于确保兼容性和互操作性，也有助于简化产品开发。总的来说，关于分布式光纤传感的标准很少，尽管已经发表了一些标准。
为了提供更加了解光学传感技术的益处，已经形成了一种新的贸易协会，光纤传感关联（FOSA）。该协会的使命是“教育行业，政府和公众利用基于先进的光纤的传感技术，以提高公共安全，促进关键设施和基础设施的安全性，保护环境。”FOSA于2017年4月推出，并于5月份举行了首次会议。
和其他网络一样，分布式传感器网络包含有源(源/询问器盒)和无源(光纤电缆、硬件和连接)组件。在选择系统组件时，应考虑以下因素。
分布式传感网络的数量正在不断增长，并可以在多个应用中提供好处，例如光纤作为传感介质时的抗电磁干扰能力。在工业和制造业应用中，环境可能非常恶劣，正常运行时间和可靠性至关重要，该网络能够进行持续监控，并提供关键分析，有助于在潜在问题发生前发现问题。
在本文中，您已经了解了不同的传感方法，技术如何运作，许多好处和潜在应用程序。分布式声学，温度和应变感应适用于许多相同的垂直垂直垂直，其中光纤用于通信。
在过去的10年里，该技术已经成熟，现已用于监测数千公里的管道，数千公里，千万的油气地下井等。随着2016 - 2016 - 2016 - 2016 - 2016-2026的复合年增长率的纤维视神经传感市场，市场，应用和解决方案的成熟将继续。
随着光纤传感协会的创建，光纤感应有一个冠军，将有助于教育行业和政府，并加快通过该技术。虽然这篇文章可能是您第一次听到分布式光纤感测的时候，但它可能不会是最后一个。
