Development and characterization of a direct detection fiber optic distributed acoustic sensor

Faz-duyarlı optik zaman alanı reflektometresi (phi-OTDR) tabanlı dağıtık akustik sensör (DAS) sistemleri, sivil altyapıları, demir yolları, petrol ve gaz boru hatları, sınır boyları vb yapıların sağlamlığının izlenmesi ve güvenliğinin sağlanması gibi pek çok askeri ve endüstriyel uygulamalarda dikkate değer avantajları nedeniyle son yıllarda artan bir ilgi çekmiştir. Bu sistemler fiberin bir bölümü boyunca titreşimleri ölçer ve ihlalleri tespit eder. Phi-OTDR sistemlerini gerçekleştirmek ve bu sensörlerden gelen verileri işlemek için farklı yaklaşımlar benimsenmiştir. Bu tezde, uzun algılama menziline ve yüksek sinyal-gürültü oranına (SGO) sahip phi-OTDR mimarisine dayalı bir DAS gösterilmiştir. Kritik sistem bileşenlerinin testleri ve karakterizasyonu, bunları sisteme entegre etmeden önce yapılmıştır. Test fi beri boyunca titreşim olaylarının yerinin tespit edilmesi ve incelenmesi için ardışık olarak algılanan phi-OTDR izlerinin analiz edildiği laboratuvar testlerinin sonuçları sunulmuştur. Saha testleri kazma, yürüme ve motor titreşimi gibi farklı harici olaylarla gösterilmiştir. Bu testlerde karşılaşılan Rayleigh geri saçılımının rastlantısal niteliği ve sönümlenme etkisi göz önünde bulundurularak, sistem performanslarını değerlendirmek ve karşılaştırmak için yeni bir performans ölçütü olan Mean SNR önerilmiştir. Ayrıca, hem laboratuvar testleri hem de saha testleri için farklı mesafelerde titreşim olaylarının SGO'sunun istatistiksel özellikleri deneysel olarak ölçülmüştür. Bir phi-OTDR tabanlı fi ber sensörde, kendiliğinden yükseltilmiş emisyon gürültüsü varlığındaki foton istatistikleri, teorik olarak modellenmiş ve deneysel olarak ortaya konmuştur.