FOTAS: Glasfaser, die wahrnimmt

Eine erdverlegte Pipeline verläuft mitunter über Hunderte Kilometer durch Gelände, das keine Streife durchgehend überwachen kann. FOTAS hört die gesamte Länge gleichzeitig ab: die akustische Signatur eines Baggers, eine Handschachtung oder ein illegaler Anzapfversuch erscheint innerhalb von Millisekunden, und das System meldet, in welcher Entfernung entlang der Leitung die Störung liegt, sodass eine Kolonne gezielt zum richtigen Punkt fährt statt zur gesamten Trasse.

Die Temperaturmessung fügt eine zweite Schutzebene hinzu. Tritt Produkt aus der Leitung aus oder fällt der Druck, ändert sich das thermische Profil des umgebenden Erdreichs, sodass ein entstehendes Leck erkannt und geortet wird, bevor es zum Austritt kommt. Öl-, Gas- und Wasserbetreiber nutzen dieselbe Faser für beide Aufgaben und machen so aus einem passiven Kabel eine dauerhafte Frühwarnlinie.

Zäune, Grundstücksgrenzen und lange lineare Grenzen lassen sich mit Kameras allein schwer sichern: Die Abdeckung hat Lücken, und Fehlalarme zermürben die Teams. Eine einzige Faser entlang der Linie macht den gesamten Perimeter zu einem durchgehenden Detektor, der auf Überklettern, Durchtrennen, Kriechen oder ein sich näherndes Fahrzeug reagiert.

Da jedes Ereignis seine Position entlang des Kabels trägt, sieht die Leitstelle genau, welcher Abschnitt reagiert hat, und kann eine Kamera direkt darauf ausrichten. Die Analytik unterscheidet ein echtes Eindringen von Wind, Regen oder vorbeifahrendem Verkehr, sodass die Betreiber auf reale Ereignisse reagieren, statt Fehlalarmen über Kilometer Zaun hinterherzujagen.

In Tunneln, Kabelkanälen, Förderstrecken und anderen Engräumen muss ein Brand in den ersten Minuten erkannt werden. FOTAS misst die Temperatur durchgehend entlang der Faser, sodass ein aufsteigender Hotspot erkannt und geortet wird, lange bevor Rauch einen Punktmelder an der Decke erreicht.

Ein Sensorkabel ersetzt eine lange Reihe einzelner Melder und benötigt in der Gefahrenzone selbst weder Strom noch Elektronik, was dort zählt, wo explosionsfähige Atmosphären oder Hochspannung herkömmliche Sensoren ausschließen. Das Echtzeit-Temperaturprofil zeigt zudem, wo sich Wärme aufbaut, und gibt den Betreibern Zeit, einen bestimmten Abschnitt zu lüften, zu isolieren oder zu räumen.

Die Belastbarkeit eines Hochspannungskabels richtet sich danach, wie heiß der Leiter werden darf, und das hängt vom Erdreich, der Verlegetiefe und der aktuellen Last ab. FOTAS misst die Temperatur entlang der gesamten Trasse in Echtzeit, sodass Betreiber den tatsächlichen thermischen Zustand sehen statt einer Worst-Case-Annahme auf einem Datenblatt.

Dieses Echtzeitbild ermöglicht eine dynamische Belastbarkeit: Ein Stromkreis kann sicher mehr übertragen, solange das Erdreich kühl ist, und Hotspots durch einen austrocknenden Graben, eine Kreuzung oder eine defekte Muffe werden gefunden, bevor sie die Isolierung altern lassen. Da die Messung optisch erfolgt, funktioniert sie unmittelbar neben spannungsführenden Leitern mit vollständiger Immunität gegenüber den umgebenden elektromagnetischen Feldern.

Ein Rechenzentrum hängt von zwei Dingen zugleich ab: die Technik in ihrem thermischen Rahmen zu halten und Unbefugte von Orten fernzuhalten, an die sie nicht gehören. FOTAS kartiert die Temperatur durchgehend durch Hallen, Einhausungsgänge und Kanaltrassen, sodass ein Hotspot oder ein blockierter Luftweg als geortetes Ereignis erscheint statt als Rack-Alarm im Nachhinein.

Dieselbe Faser sichert die physische Hülle. Trassen entlang von Kabeleinführungen, Zäunen und Campusgrenzen erfassen Grabungen nahe den Einspeisungen, Manipulationen an einem Schacht oder eine Annäherung an das Gelände und verorten jedes Ereignis auf der Karte. Eine Plattform deckt so sowohl die Megawatt als auch die Netzwerktrasse ins Gebäude ab.

Entlang der meisten Bahnkorridore liegt bereits Glasfaser, und FOTAS macht daraus ein Echtzeitbild des Gleises. Anhand der akustischen Signatur eines Zuges verfolgt das System jede Fahrt entlang der Strecke und erkennt zugleich Unbefugte, Steinschlag auf das Gleis oder das Durchtrennen der daneben verlaufenden Signal- und Stromkabel.

Jeder Alarm trägt seine Position, sodass die Leitstelle Personal an einen genauen Kilometerpunkt schicken kann, statt einen ganzen Streckenabschnitt auf Verdacht zu sperren. Auf Straßen und in Tunneln erkennt derselbe Ansatz liegengebliebene Fahrzeuge, Vorfälle und die Wärme eines entstehenden Brandes und verkürzt so die Zeit zwischen Ereignis und Reaktion.

DAS macht aus einer gewöhnlichen Singlemode-Telekomfaser eine durchgehende Reihe akustischer Sensoren. Jeder Meter Kabel wirkt als virtuelles Mikrofon, sodass ein Interrogator Schall, Vibration und dynamische Dehnung entlang der gesamten Strecke überwachen kann. Es funktioniert mit Standard-G.652-Faser, einschließlich Dark Fibres in bereits verlegten Kabeln.

Funktionsweise

Ein Interrogator sendet kurze, hochkohärente Laserpulse in die Faser. Natürliche Unregelmäßigkeiten im Glas reflektieren einen kleinen Teil des Lichts als kohärente Rayleigh-Rückstreuung. Da die Laufzeit direkt der Entfernung entspricht, verweist jedes zurückkehrende Signal auf einen genauen Ort. Wenn akustische Wellen oder Vibrationen das Glas dehnen, verschieben sie die optische Phase der Rückstreuung, und das System liest diese Phasenänderung, um das lokale Signal zu gewinnen. Rayleigh wird hier genutzt, weil es stark und schnell auf dynamische Dehnung reagiert, anders als Raman- oder Brillouin-Streuung.

Was es erfasst

DAS erfasst Schall, Vibration und dynamische Dehnung entlang des gesamten Kabels. Es erkennt Schritte, Laufen, Fahrzeuge, Graben, Bohren und Tunnelbau in Fasernähe. Ebenso meldet es Eingriffe Dritter an erdverlegten Kabeln und Perimetern, Leckagen und Durchflussanomalien in Pipelines, Bahnverkehr und Gleisschäden sowie seismische Aktivität. Das System lokalisiert jedes Ereignis und klassifiziert es nach Frequenz, Amplitude und Muster, um die Quelle zu bestimmen.

Wo es eingesetzt wird

DAS eignet sich für lange, lineare Anlagen, bei denen Punktsensoren Lücken hinterlassen würden. Typische Anwendungen sind Leck- und Anbohrerkennung an Pipelines, Perimeter- und Eindringschutz, Bahnüberwachung zur Zugverfolgung und Gleiszustandskontrolle sowie Energie- und Versorgungstrassen. Ebenso dient es der Bohrlochüberwachung in Öl und Gas, der Verkehrsüberwachung und der Zustandsprüfung von Brücken, Dämmen und Tunneln. Ein Kabel ersetzt Tausende Punktsensoren, während der Interrogator sicher an einem Ende bleibt.

Wichtigste Eigenschaften

• Tausende virtuelle Messkanäle aus einer Faser
• Nutzt kohärente Rayleigh-Rückstreuung zur Phasenmessung
• Präzise Ereignisortung über die Laufzeit
• Klassifiziert Ereignisse nach Frequenz, Amplitude und Muster
• Nutzt Reserve- oder Dark Fibre in vorhandenen Kabeln
• Reichweite typischerweise 40 bis 50 km pro Einheit
• Unempfindlich gegen elektromagnetische Störungen, sicher in Gefahrenbereichen

DTS misst die Temperatur durchgehend über die gesamte Länge einer Glasfaser. Statt einzelner Messfühler wird das Kabel selbst zu einer linearen Anordnung aus Tausenden virtuellen Sensoren. Jeder Messwert ist einem genauen Ort zugeordnet und ergibt in Echtzeit ein vollständiges Temperaturprofil.

Funktionsweise

Ein Interrogator sendet kurze Laserpulse in die Faser. Ein Teil des Lichts wird als Raman-Signal in zwei Banden zurückgestreut, Stokes und Anti-Stokes. Die Anti-Stokes-Bande ändert sich stark mit der Temperatur, während die Stokes-Bande kaum reagiert, sodass ihr Verhältnis an jedem Punkt eine absolute Temperatur ergibt, unabhängig von der Faserdämpfung. Die Laufzeit jeder Rückkehr zeigt genau, wo entlang der Faser das Signal entstanden ist.

Was es erfasst

DTS erzeugt ein durchgehendes Temperaturprofil über die gesamte Faserlänge. Es meldet Hot Spots in Energiekabeln und Muffen, frühen Temperaturanstieg zur Brand- und linearen Wärmeerkennung sowie Temperaturanomalien, die Lecks entlang von Pipelines verraten. Zudem verfolgt es auffällige Werte an industriellen Anlagen und Prozessen.

Wo es eingesetzt wird

DTS eignet sich für Brand- und lineare Wärmeerkennung in Tunneln, Kabeltrassen und Gebäuden sowie für die thermische Überwachung von Energiekabeln und Muffen. Es erfasst das Temperaturprofil in Öl- und Gasbohrungen, erkennt Lecks in Pipelines und überwacht industrielle Prozesse. Da das Sensorkabel passiv und vollständig dielektrisch ist, eignet es sich für gefährliche, explosionsgefährdete und Hochspannungsstandorte, an denen Elektronik nicht bestehen kann.

Wichtigste Eigenschaften

• Tausende virtuelle Messpunkte aus einer Faser
• Nutzt Raman-Rückstreuung für absolute Temperatur
• Präzise Punktortung über die Laufzeit
• Absoluter Messwert aus dem Verhältnis Stokes/Anti-Stokes
• Passives, vollständig dielektrisches Sensorkabel
• Reichweite typischerweise bis rund 65 km pro Einheit
• Unempfindlich gegen elektromagnetische Störungen, sicher in Gefahrenbereichen