Detecção de fibra óptica

Um detector de deformação de fibra óptica, também conhecido como medidor de tensão óptica, é uma fibra óptica usada para detectar ou perceber tensão por meio de um processo conhecido como detecção de tensão distribuída usando um reflectômetro óptico no domínio do tempo (OTDR) especializado. Esses detectores são usados para medir alterações de luz no detector para detectar deformação em uma fibra, enquanto as áreas ao longo da fibra de vidro esticam-se para produzir alterações no vidro até que ele eventualmente se quebre sob deformação excessiva. Ao contrário dos medidores de tensão elétrica tradicionais, um detector de deformação de fibra óptica passiva não exige eletrificação constante e é imune à interferência eletromagnética, que é percebida como ruído em um sistema de medidor de tensão elétrica. Tal ruído pode tornar as medições ilegíveis.

Devido a essa vantagem, sua operação é mais barata e eles podem ser usados em muitos ambientes físicos difíceis, como dispositivos de medição confiáveis, com sensibilidade extraordinária à mudança de deformação. Detecte a deformação transmitindo um pulso de luz pela fibra para medir a deformação no vidro. Esses tipos de medições podem ser feitos periodicamente com um OTDR portátil DTSS (detecção de temperatura e deformação distribuída) durante uma viagem de medição em campo ou em uma rotina automatizada usando um OTDR DTSS permanente montado em rack. A fibra óptica é leve e barata, e a cobertura completa pode ser obtida fixando-se a fibra ao dispositivo sendo testado em vários locais.

Um detector de deformação de fibra óptica pode ser usado para detectar deformação em diversos locais, por exemplo, ao longo de uma tubulação, em um cabo de telecomunicações, na terra, ao longo de uma ponte ou moinho de vento grande para proteger a infraestrutura, a vida humana e evitar danos ambientais. Todos os processos de medição adequados estabelecerão uma linha de base da deformação após a instalação do detector de deformação de fibra óptica e medirão a alteração ao longo do tempo, permitindo que um alarme automático acione a notificação de risco caso um limite de tolerância especificado seja violado.

Um detector acústico de fibra óptica é uma tecnologia avançada de detecção de fibra óptica. Ao contrário dos detectores tradicionais que medem em pontos específicos, a detecção acústica distribuída (DAS) monitora continuamente todo o comprimento de um cabo de fibra óptica. A fibra óptica em si se torna um elemento de detecção distribuído, permitindo que ela detecte e recupere informações sobre distúrbios vibracionais na área ao redor de infraestrutura crítica por longas distâncias.

Usando um dispositivo portátil, como as plataformas OneAdvisor 800/1000 da VIAVI com capacidade DTS ou DTSS, um técnico pode ir a campo e realizar medições de campo nas fibras. Como alternativa, usando o ONMSi e um Fiber Test Head (FTH) montado em rack com capacidade DTS ou DTSS, um centro de operações de rede (NOC) pode monitorar fibras remotamente usando traços periódicos que são configurados para indicar se houver uma alteração no traço de referência inicial.

Usando uma solução montada em rack, como o Fiber Test Head da VIAVI, com capacidade de detecção acústica (DAS), proprietários/operadores de tubulações e operadores de sistemas de transmissão de energia (TSO), entre outros, podem instalar uma solução de monitoramento e alarme em tempo real para detectar, identificar, localizar e alertar sobre distúrbios vibracionais que podem representar uma ameaça a ativos, como pessoas, caminhões, escavações mecânicas ou manuais.

A detecção de fibra óptica é bem mais barata e requer menos mão de obra para instalar e utilizar como uma rica fonte de pontos de dados. As fibras no cabo compõem o detector distribuído e esse material é barato, leve e fácil de conectar ou incorporar em um objeto sob teste.

As fibras são detectores distribuídos altamente confiáveis que não requerem corrente elétrica constante para produzir dados, além de serem imunes às interferências eletromagnéticas e de radiofrequência. Historicamente, detectores elétricos pesados e cabeados que precisam de muita mão de obra para instalação são a principal fonte de dados para obtenção de dados de deformação ou temperatura.

Detectores eletromecânicos podem falhar, ser intrusivos e ter um custo proibitivo, além de precisarem de uma fonte de energia. Em locais em que a energia não está facilmente disponível ou, com problemas de corrosão, vibração ou IEM, esses detectores não são práticos. A entrada ou saída de ruídos elétricos e de rádio distorcem seus dados de medição. Uma ponte que precisa de monitoramento de segurança é um candidato em potencial para monitoramento econômico com detector de fibra óptica, em que as fibras podem ser incorporadas ou conectadas retroativamente para detectar deformações e risco de falhas, antes que estas ocorram. Desde que a fibra não seja excessivamente flexionada, pode ser instalada em formato de onda senoidal para possibilitar mais pontos de dados em uma superfície. Um OTDR pode detectar micro e macrocurvaturas e pode ser usado para otimizar a deformação e as curvas na instalação do detector de fibra se for necessário esticar levemente a fibra durante a aplicação.

A detecção de fibra óptica podem fornecer vários tipos de dados por meio de um reflectômetro óptico no domínio do tempo (OTDR), incluindo dados sobre acústica, deformação, temperatura e propriedades de transmissão de luz que indicam movimento ou curvas e quebras na fibra. Esses dados podem ser fornecidos ao longo de toda a extensão das fibras em vez de ficarem limitados a locais de detectores posicionados de forma discreta e intermitente. Por exemplo, usar um OTDR para medir esses itens revelará onde a temperatura muda por gradiente ao longo de uma grande extensão de fibra. É possível ver também onde há deformação na forma como o alongamento inicia e termina na fibra. Em telecomunicações, a deformação precisa ser evitada e, portanto, medi-la protege a rede e permite minimização e reparo proativo da deformação no cabo. Se alguém precisar monitorar uma ponte, a deformação no detector de fibra pode indicar movimentação da ponte, como abaulamento, afundamento ou tensionamento, causados pela separação das placas da ponte.

Considere a medição de temperatura em um edifício que requer um range de temperatura bem específico, como um data center, uma usina nuclear ou a instalação de armazenamento de um banco de sangue. Detectores termostáticos tradicionais alimentados com energia são instalados em diversos locais e fazem leituras periódicas de pontos discretos. Detectores de temperatura eletrônicos são caros e requerem alimentação elétrica constante. O que acontece quando um local não tem um detector ou o detector falha devido à queda de energia, temperaturas extremas ou interferência eletromagnética (IEM)? A temperatura não é regulada de forma ideal criando um ponto quente ou frio. Uma rede de detectores de fibra óptica, na forma de um ou mais cabos de fibra, pode ser instalada em um edifício para obter leituras em locais contínuos. A rede de fibra pode fornecer mais pontos de dados para melhor cobertura com um custo mais baixo e maior confiabilidade. Um pulso de luz emitido por um OTDR a laser é tudo o que é necessário para interrogar o detector de fibra e o dispositivo pode ser alimentado por uma bateria em caso de falta de energia por mais de um dia.

Além disso, a detecção acústica distribuída (DAS) apresenta informações sobre frequências sonoras e vibrações ao longo de uma fibra de detecção, prestando informações contínuas e dinâmicas em tempo real de distúrbios vibracionais que ocorrem no ambiente ao redor de seus ativos. Isso melhora a capacidade de detecção de ameaças, permitindo a detecção e a localização de ameaças externas específicas rapidamente, desde violações do perímetro de segurança até trabalhos de construção não planejados (por exemplo, escavação manual ou mecânica) e riscos ou eventos ambientais. Também fornece a inteligência crítica para identificar e localizar ameaças que são necessárias para reagir imediatamente e proteger seus ativos.

Cabos de comunicações são instalados em todo o mundo em ambientes inóspitos subterrâneos, submarinos e aéreos, nos quais gelo, vento, movimento/erosão, ondas, vandalismo e erro humano constantemente deformam ou quebram os cabos, causando interrupções e degradação dos serviços. Os cabos às vezes são esticados acidentalmente durante a instalação. Uma vez sobrecarregado, o cabo corre o risco de quebrar e a vida útil do cabo é reduzida drasticamente de 35 a 40 anos para potencialmente apenas alguns meses.

Cabos submarinos e de longa distância são essenciais; entretanto, sua manutenção é difícil em condições climáticas adversas ou em locais remotos e perigosos. A detecção de deformação distribuída usando um detector de fibra óptica permite ao proprietário de um cabo de rede testar a fibra na instalação e, em seguida, monitorar uma fibra escura (dark fiber) quanto a risco de deformação excessiva e mudanças na deformação quando estiver em operação, para minimizar quebras. Recentemente, houve quebra em um cabo submarino na Mauritânia que desconectou toda a rede de internet durante dois dias. Isto aconteceu porque um barco de pesca arrastou o cabo da Costa Africana à Europa no fundo do mar, quebrando-o. Se este cabo tivesse sido monitorado quanto à deformação, um alarme poderia ter sido disparado à medida que o cabo era arrastado, antes que quebrasse. No caso de quebra, um OTDR Rayleigh clássico poderia ter localizado a quebra com precisão de um metro, reduzindo assim o tempo de parada. Cabos submarinos e de longa distância são essenciais; entretanto, sua manutenção é difícil em condições climáticas adversas ou em locais remotos e perigosos. A detecção de deformação distribuída usando um detector de fibra óptica permite que o proprietário de um cabo de rede teste a fibra na instalação e, em seguida, monitore uma fibra escura quanto a risco de deformação excessiva e mudanças na deformação quando estiver em operação, para minimizar quebras. A detecção acústica distribuída permitirá o monitoramento para detectar ameaças próximas, como redes de pesca ou âncoras de navios. Recentemente, houve quebra em um cabo submarino na Mauritânia que desconectou toda a rede de internet durante dois dias. Isto aconteceu porque um barco de pesca arrastou o cabo da Costa Africana à Europa no fundo do mar, quebrando-o. Se este cabo tivesse sido monitorado quanto a deformação ou acústica, um alarme teria sido disparado à medida que o cabo era arrastado, antes que quebrasse. No caso de quebra, um OTDR Rayleigh clássico poderia ter localizado a quebra com precisão de um metro, reduzindo assim o tempo de parada.

Imagine agora um cabo aéreo com uma carga de gelo excessiva. A operadora da rede pode monitorar os cabos e localizar os segmentos nos quais uma equipe de manutenção deve fazer a remoção do gelo para evitar deformação excessiva. Depois da ocorrência de um evento de deformação, o cabo pode ser testado em relação a medições de tolerância da máxima tensão admissível (MAT) para que sua substituição possa ser priorizada. Estão disponíveis OTDRs detectores de fibra óptica portáteis com DTSS e OTDRs de interrogação de fibra, montados em rack. 

A causa mais comum de quebra de cabos é a escavação de construções, também conhecida como atenuação por retroescavadeira. Em geral, quando a quebra é localizada, o cabo é emendado ou recebe um conector no local da quebra. Entretanto, pode ser que isso resolva o problema apenas temporariamente porque a deformação danificou muitos metros de cabo em ambos os lados da quebra, enquanto a retroescavadeira arrastava o cabo para fora do solo.

O cabo pode quebrar novamente quando é reinstalado ou ficar degradado ou danificado demais para prestar um serviço adequado. Reparos repetidos são caros e provocam paradas adicionais no serviço. Ao fazer medições da deformação distribuída com um OTDR detector de fibra óptica em ambas as direções, quando ocorre uma quebra, o técnico pode fornecer provas científicas para demonstrar com precisão quais seções do cabo precisam ser substituídas. Essa prova pode ser usada para cobrar o responsável pelo custo do dano. Isto previne ainda o envio repetido de equipes de reparo e interrupções de serviço aos clientes, bem como reparos desnecessários em trechos de cabos bons que não sofreram danos por deformação.

Pontos quentes elétricos em usinas de transmissão de energia podem causar incêndios e danos à infraestrutura com ameaça à vida. Um exemplo recente ocorreu na Califórnia (EUA), quando um ponto quente elétrico ou a queda de um cabo elétrico pode ter desencadeado um incêndio florestal. Vidas e propriedades foram perdidas e agora a concessionária de energia está enfrentando processos judiciais e risco de falência.

A detecção remota de fibra usando detecção de temperatura distribuída (DTS) é a única forma econômica para monitorar tais problemas, com bem menos despesas do que o custo de um evento tão catastrófico. Uma fibra é instalada ao longo da linha de transmissão para monitorar a linha remotamente. Um alarme é disparado quando o sistema do detector de fibra óptica capta um aumento na temperatura, uma deformação ou curva que pode indicar queda da linha. Ao emparelhá-la com análise de OTDR Rayleigh, a localização precisa pode ser determinada quando há uma mudança gradual ou abrupta na posição da fibra, comparando-se um traço de referência com um traço periódico constante. O alarme pode disparar uma parada de emergência na energia e investigar as linhas de transmissão. Como a análise de fibra usando um detector de fibra óptica é imune a IEM, torna-se a fonte ideal de dados nesse ambiente com elevado nível de IEM.