Verteilte faseroptische Sensorik Systeme (engl.: Distributed Fiber Optic Sensing (DFOS)) ermöglichen die Überwachung kritischer Anlagen, indem sie Standard-Glasfaserkabel als Sensoren verwenden. Diese Systeme ermöglichen die präzise Messung von Temperatur, Dehnung und akustischen Signalen über die gesamte Länge einer optischen Faser. Die DFOS-Technologie spielt eine entscheidende Rolle bei der Überwachung von Industriesystemen, kritischer Infrastruktur und wissenschaftlichen Anwendungen.
Funktionsweise der verteilten faseroptischen Sensorik
DFOS-Technologie nutzt die intrinsischen Rückstreueigenschaften von Licht in Glasfasern. Von eingespeisten Laserpulsen in der Faser wird ein Teil des Lichts aufgrund der Wechselwirkung mit der Glasstruktur zurückgestreut. Das zurückgestreute Licht wird anhand seiner physikalischen Eigenschaften analysiert, um wertvolle Daten über Umweltbedingungen entlang der gesamten Faserlänge zu gewinnen. Abhängig von der gewählten DFOS-Technologie ermöglicht dieser Prozess die Erstellung eines kontinuierlichen räumlichen Profils von Temperatur, Dehnung oder akustischer Aktivität über die Zeit hinweg.
Arten der Rückstreuung in der DFOS-Technologie
Die DFOS-Technologie basiert auf verschiedenen optischen Rückstreuphänomenen:
- Raman-Streuung: wird bei der präzisen verteilten Temperaturmessung (engl.: Distributed Temperature Sensing (DTS)) und bei der faseroptischen Linearen Wärmemeldung (LWM) , (engl.: Fiber optic Linear Heat Detection (LHD)) eingesetzt, um Temperaturveränderungen entlang der Faser über die Zeit zu messen.
- Brillouin-Streuung: ermöglicht die verteilten Temperaturmessung
über große Entfernungen entlang einer optischen Faser.
In der verteilten Temperatur- & Dehnungsmessung (engl.: Distributed Temperature & Strain Sensing (DTSS) erlaubt sie die gleichzeitige und unabhängige Messung von Temperatur und mechanischer Dehnung. - Rayleigh-Streuung: bildet die Grundlage für die verteilte akustische Sensorik (engl: Distributed Acoustic Sensing (DAS)), die Vibrationen und akustische Signale zur Sicherheits- und Strukturüberwachung aufzeichnet.
Überwachungsfunktionen der DFOS-Technologie
DFOS-Systeme ermöglichen eine hochauflösende, echtzeitfähige Überwachung über große Distanzen und liefern wertvolle Einblicke in verschiedensten Branchen. Zu den wichtigsten Funktionen zählen:
- Verteilte akustische Sensorik (DAS) : Wandelt Glasfasern in ein dichtes Netzwerk akustischer Sensoren um, dass Vibrationen und akustische Signale in Echtzeit erfasst – ideal für Anwendungen in den Bereichen Sicherheit, Transport und Verkehr sowie seismische Überwachung.
- Verteilte Temperaturmessung (DTS) : Nutzt Glasfasertechnologie zur kontinuierlichen Temperaturmessung entlang der gesamten Faserlänge und ermöglicht so eine präzise thermische Überwachung in industriellen Anwendungen.
- Faseroptische Lineare Wärmemelder (LWM/LHD) : Verwendet faseroptische Sensorkabel zur Erkennung und Lokalisierung von Temperaturänderungen entlang ihrer Länge und bietet eine schnelle, zuverlässige und kosteneffiziente Lösung zur Brand- und Überhitzungserkennung in industriellen, gewerblichen und kritischen Infrastrukturen.
- Verteilte Temperatur- & Dehnungsmessung (DTSS) : Erweitert die Funktionalität von DTS, indem sowohl Temperaturänderungen als auch mechanische Dehnung gleichzeitig erfasst werden – unverzichtbar für die Beurteilung der strukturellen Integrität und die Überwachung von Infrastrukturen.
Vorteile und Stärken der verteilten faseroptischen Sensorik (DFOS)
- Kontinuierliche, verteilte Messungen: Liefert ein vollständiges räumliches Profil statt punktueller Einzelmessungen.
- Hohe Empfindlichkeit und Genauigkeit: Erkennt selbst kleinste Veränderungen in Temperatur, Dehnung oder akustischen Signalen.
- Unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen: Besonders geeignet für den Einsatz in rauen Industrieumgebungen.
- Kosteneffizient und wartungsarm: Glasfasern sind langlebig und bieten langfristige Stabilität. Die Nutzung vorhandener Glasfaserinfrastruktur senkt Installations- und Wartungskosten.
- Skalierbarkeit: Überwacht Anlagen über Entfernungen von bis zu 100 km oder mehr – ganz ohne zusätzliche Sensoren.
- Widerstandsfähig gegenüber extremen Umgebungen: Glasfaserkabel funktionieren zuverlässig bei extremen Temperaturen, in korrosiven oder druckbelasteten Umgebungen.
AP Sensings verteilte akustische Sensortechnologie
Verbesserte Leistung und Messfunktionen zum Schutz Ihrer wertvollen Anlagen und Infrastruktur. Unser DAS der fünften Generation bietet einen weltweit führenden Messbereich für echte phasenbasierte Systeme ohne zusätzliche Verstärkung. Es bietet verbesserte Messleistung bei verbesserter Benutzerfreundlichkeit und reduzierten Signalartefakten wie Fading.
DTS-Systeme von AP Sensing
DTS N45-Serie
AP Sensing erfüllt mit seinen Systemen alle Anforderungen dieser Märkte. Unsere DTS N45-Serie ist so entwickelt, dass sie in allen Umgebungen eingesetzt werden kann – von der Wüste bis zur Arktis. Branchenführende Zertifizierungen und strenge Typentests garantieren höchste Produktqualität und Langlebigkeit.
DTS N62-Serie
Die innovative DTS N62-Serie ist ein Beweis für modernste Technik. Durch die Nutzung der fortschrittlichen Fähigkeiten der B-OTDR-Technologie gewährleistet dieses DTS-System eine außergewöhnliche Messleistung bei der Überwachung langer Anlagen.
Faseroptischer Linearer Wärmemelder (LWM)
LHD N45-Serie
Mit der dritten Generation unseres LHD-Systems, der N45-Serie, setzt AP Sensing neue Maßstäbe für faseroptische lineare Wärmemelder. Die N45-Serie ist nach nationalen und internationalen Normen für die Branderkennung zertifiziert und bietet die größte zertifizierte Reichweite auf dem Markt. Kein anderes Brandmeldesystem kann Temperaturen von bis zu 750 °C standhalten, ohne seine Überwachungsfunktionen zu verlieren.
DTSS N62-Serie
Die innovative DTSS N62-Serie ist ein Beweis für modernste Technik. Dieses DTSS-System nutzt die erweiterten Funktionen der B-OTDR-Technologie und gewährleistet eine außergewöhnliche Messleistung für die Überwachung langer Anlagen.
Mit einer bewährten Erfolgsgeschichte und kontinuierlicher Innovation bietet AP Sensing eine vollständig integrierte End-to-End-Lösung „Made in Germany“. Unser Team arbeitet mit Ihnen zusammen, um die richtige Technologiekombination für Ihre Anforderungen auszuwählen.
Zusammenfassung
Die Distributed Fiber Optic Sensing (DFOS)-Technologie revolutioniert die Überwachung von industriellen Systemen, kritischer Infrastruktur und wissenschaftlichen Anwendungen – und ermöglicht dadurch intelligentere, sicherere und effizientere Betriebsabläufe.
DFOS nutzt Standard-Glasfaserkabel zur kontinuierlichen Messung von Temperatur, Dehnung oder akustischen Signalen entlang von Anlagen und Infrastrukturen.. Mithilfe fortschrittlicher Datenverarbeitungsalgorithmen werden diese Signale interpretiert, um Anomalien, strukturelle Veränderungen oder Umweltbedingungen zu erkennen. Dadurch werden eine frühzeitige Fehlererkennung, vorausschauende Wartung und eine gesteigerte Betriebseffizienz möglich.
Dank der Fähigkeit, große Distanzen abzudecken, eine hohe räumliche Auflösung zu liefern und Echtzeiteinblicke zu bieten, versetzt DFOS den Betreiber in die Lage, die Sicherheit zu erhöhen, die Leistung zu optimieren und proaktiv auf potenzielle Probleme zu reagieren.
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Dieser FAQ-Bereich bietet praxisnahe, herstellerneutrale Informationen zur Unterstützung von Ingenieuren, Anwendern und Entscheidern im Umgang mit verteilter faseroptischer Sensorik (DFOS).
Er wurde inhaltlich begleitet von Dr. Gregor Cedilnik, Principal Research Scientist bei AP Sensing und ausgewiesener Experte im Bereich verteilte faseroptische Sensorik. Mit jahrzehntelanger Erfahrung in den Bereichen Faseroptik, Photonik und DFOS-Systementwicklung hat er zahlreiche Fachpublikationen und Patente verfasst und die Entwicklung zentraler Plattformen von AP Sensing maßgeblich mitgestaltet.
Was ist (orts-)verteilte faseroptische Sensorik (DFOS)?
Ortsverteilte faseroptische Sensorik (engl. Distributed Fiber Optic Sensing, DFOS) verwandelt Glasfasern in fortlaufende Sensoren. Ein Lichtpuls wird in die Faser eingespeist; kleinste Anteile des Lichts werden entlang des gesamten Faserverlaufs zurückgestreut. Durch die Analyse dieses Rückstreulichts misst DFOS ortsaufgelöst (ortsverteilt) Temperatur, Dehnung sowie Akustik/Vibration, und das über viele Kilometer hinweg. So entsteht eine lückenlose Überwachungslösung für weitläufige Infrastrukturen.
Wie funktioniert DFOS – einfach erklärt?
- Ein Laser sendet kurze Lichtpulse in eine Glasfaser
- Mikroskopische Streueffekte entlang der Faser, bekannt als Raman-, Brillouin- und Rayleigh-Streuung, bewirken, dass ein kleiner Teil des Lichts zurück zum Messgerät gestreut wird
- Die Ankunftszeit der Rückstreuung zeigt, an welcher Stelle entlang der Faser das Licht jeweils gestreut wurde. Die Intensität, Phasenverschiebung und/oder spektrale Veränderung des Rückstreulichts hängen von Temperatur oder Dehnung ab und zeigen, was sich entlang der Faser verändert hat
Welche DFOS-Technologien bietet AP Sensing an?
· DAS (Distributed Acoustic Sensing) – Verteilte akustische Sensorik (Erkennung von Vibrationen, akustischen Signalen und Ereignissen)
· DTS (Distributed Temperature Sensing) – Verteilte Temperaturmessung (Erfassung von Temperaturprofilen)
· LHD (Linear Heat Detection) – Faseroptischer Linearer Wärmemelder (Nach nationalen und internationalen Normen für die Branderkennung und Überhitzungserkennung zertifiziert)
· DTSS (Distributed Temperature and Strain Sensing) – Verteilte faseroptische Temperatur- & Dehnungsmessung (Überwachung von Temperaturverläufen und mechanischer Dehnung)
Was ist der Unterschied zwischen Raman-, Brillouin- und Rayleigh-Rückstreuung in der faseroptischen Sensorik?
· Raman - Empfindlich auf Temperatur, aber nicht beeinflusst von Dehnung. Wird bei DTS (verteilte Temperaturmessung) und LHD (faseroptischer linearer Wärmemelder) eingesetzt.
· Brillouin - Reagiert sowohl auf Temperatur als auch auf Dehnung. Liefert ein stärkeres Signal als Raman und ermöglicht dadurch Messungen über sehr große Entfernungen. Eingesetzt bei DTSS (ortsverteilte Temperatur- & Dehnungsmessung).
· Rayleigh - Reagiert auf akustische Signale und Vibrationen. Bietet das stärkste Rückstreusignal und ermöglicht schnelle Messungen mit sehr hoher Empfindlichkeit über lange Distanzen. Eingesetzt bei DAS (verteilte akustische Sensorik).
Wo wird ortsverteilter faseroptische Sensorik (DFOS) eingesetzt ?
DFOS wird branchenübergreifend zur Überwachung und zum Schutz kritischer Anlagen eingesetzt. Zu den wichtigsten Anwendungsbereichen gehören:
- Branderkennung: Transportwesen, Produktions- und Lagerstätten, Energiesektor, Schiffe
- Stromnetzüberwachung: Hochspannungsleitungen (erdverlegt / unter Wasser, Freileitungen, Umspannwerke, Sammelschienensysteme
- Prozessautomatisierung & Pipelineüberwachung: Pipelines, LNG-Terminals, Förderbänder
- Überwachung kritischer Infrastrukturen: Schienennetze, Unterwasserinfrastruktur, Perimeter- und Grenzschutz
- Energieexploration & -überwachung: Öl- und Gasförderung, CO₂-Abscheidung und -Speicherung, Geothermie und geophysikalische Anwendungen
Wie weit kann ein System zur ortsverteilten faseroptischen Sensorik (DFOS) messen? Welche räumliche Auflösung ist typisch?
Reichweite und räumliche Auflösung (oder Ortsauflösung) hängen von der verwendeten Messmethode und Systemkonfiguration ab:
· DAS: Reichweiten abhängig von den Umgebungsbedingungen (oft über 100 km) bei Ortsauflösung im Meterbereich
· DTS / LHD: Abdeckung über viele Kilometer (typischerweise mehrere Dutzend Kilometer) mit einer Auflösung von einem Meter oder darunter
· DTSS (Brillouin-basiert): Sehr große Distanzen über 100 km, zur kombinierten Temperatur- und Dehnungsüberwachung, mit Ortsauflösung im Meterbereich
Worin unterscheiden sich DTS, LHD, DTSS und DAS in der Praxis?
- DTS: Kontinuierliche Temperaturerfassung zur Identifikation von Hotspots und zur Analyse thermischer Entwicklungen, unbeeinflusst von mechanischen Dehnungen
- LHD: Brand- und Überhitzungserkennung mit Zulassungen und Zertifizierungen für den Einsatz in Industrie und Infrastruktur
- DTSS: Kombination aus Temperatur- und Dehnungsmessung, ideal zur Überwachung von strukturellen Veränderungen, Bodenbewegungen und Kabelbeanspruchung
- DAS: Erkennung von Vibrationen und akustischen Ereignissen zur Überwachung und Identifikation von Eingriffen Dritter (Third Party Interference, TPI) an Pipelines und im Bahnverkehr sowie für den Perimeterschutz
Können bestehende Telekommunikationsfasern für DFOS genutzt werden?
In vielen Fällen ja, sofern Faktoren wie optische Dämpfung, Streckenführung und der Zugang zur Faser geeignet sind. Bei der Projektplanung sollten außerdem der Zustand der Faser, die Qualität von Spleißen und Steckverbindern, eine mögliche Mitbenutzung durch aktiven Datenverkehr sowie die Umgebungsanforderungen berücksichtigt werden.
Für anspruchsvolle Einsatzbereiche, etwa in rauen Umgebungen, Hochtemperaturzonen oder sicherheitskritischen Anwendungen, wird der Einsatz spezieller Sensorfasern oder robuster Kabelkonstruktionen empfohlen.
Wie schnell erkennt ein DFOS-System Anomalien?
· DAS – Verteilte akustische Sensorik – Erkennt Ereignisse innerhalb von Millisekunden bis wenigen Sekunden und ermöglicht damit nahezu Echtzeit-Reaktionen. Die Leistungsfähigkeit hängt von Art und Eigenschaften der überwachten akustischen Signale ab.
· DTS / LHD – Verteilte Temperaturmessung / Linearer Wärmemelder – Die Messzeiten liegen, je nach Mittelungszeit und Faserlänge, zwischen wenigen Sekunden und vielen Minuten.
DTSS – Temperatur- & Dehnungsmessung – Die Messzeiten können projektspezifisch von unter einer Sekunde bis zu vielen Minuten variieren. Damit lassen sich sowohl langfristige Dehnungstrends als auch schnellere dynamische Ereignisse erfassen.
Welche Faktoren beeinflussen die Messleistung eines DFOS-Systems?
Die Messleistung wird durch mehrere Faktoren bestimmt, darunter:
- Länge des Sensorkabels und zulässiges optisches Dämpfungsbudget der Faser
- Qualität von Spleißen und Steckverbindern
- Biegeradien und Streckenführung des Kabels
- Umgebungstemperaturbereich des Geräts
- Mechanische Störeinflüsse
- Geräteeinstellungen (wie räumliche Auflösung, Lichtpulsdauer, Messdauer)
- Installationspraktiken
Um eine zuverlässige Systemleistung zu gewährleisten, werden frühzeitige Design-Reviews und Inbetriebnahmetests durchgeführt.