Ochrana kritických infrastruktur pomocí distribuovaných teplotních senzorů
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
Abstract
Tato diplomová práce má za cíl ukázat možnost praktického použití optického vlákna jako distribuovaného teplotního senzoru. Hlavním cílem je možnost ochrany odpadního potrubí (součásti kritické infrastruktury) proti průsakům, únikům kapaliny, narušení vedení, požáry, zamrznutí apod. V první části práce jsou popsány základní prvky systému pro distribuované měření teploty pomocí optického vlákna jako je optický vláknový senzor, blokové schéma zapojení a teoretický základ, na kterém je měření založeno. Je vysvětlen fyzikální princip snímání teploty za pomocí optického vlákna za pomocí Ramanova zpětného rozptylu světla, ale také Rayleighův a Brillouinův rozptyl, které ovšem v této práci nejsou využity. Dále jsou představeny hlavní výhody DTS systémů jako je možnost detekce na velké vzdálenosti, téměř bezúdržbový provoz s dlouhou dobou životnosti a jednoduchou možností instalace v praxi. Následuje výběr několika světových výrobců a dodavatelů zařízení pro realizaci těchto systémů distribuovaného měření teploty. Pro ověření hlavních parametrů, bylo navrženo a realizováno referenční zapojení. V další části práce je sestaven jednoduchý DTS systém simulující praktickou implementaci na potrubí v laboratorních podmínkách. Na tomto systému byly ověřeny možnosti měřených veličin jako je citlivost ke změnám teploty, rozlišovací schopnost a přesnost měření. Všechny tyto hodnoty byly zaznamenány, graficky znázorněny a vyhodnoceny. Na grafech výsledků byly přehledně vyznačeny a popsány zkoumané veličiny. V závěru práce byly přehledně shrnuty výsledky měření a naznačeny možnosti praktického nasazení k ochraně kritických infrastruktur.
This master thesis aims to show the possibility of practical use of an optical fiber as a distributed temperature sensor. The main goal is the possibility of protection of waste pipes (critical infrastructure) against leaks, fluid leaks, line disturbances, fires, freezing, etc. The first part describes the basic elements of the system for distributed temperature measurement using optical fiber such as optical fiber sensor, block diagram involvement and theoretical basis on which the measurement is based. The physical principle of temperature sensing using an optical fiber using Raman backscattering of light is explained, as well as Rayleigh and Brillouin scatterings, which, however, are not used in this thesis. Furthermore, the main advantages of DTS systems are presented, such as the possibility of detection over long distances, almost maintenance-free operation with a long service life and easy installation in practice. Next, some global DTS manufactures of equipment for the implementation of these distributed temperature measurement systems. To verify the main parameters, a reference measurement was designed and implemented. In the next part of the work is assembled a simple DTS system simulating the practical implementation of pipelines in laboratory conditions. The possibilities of measured quantities such as sensitivity to temperature changes, resolution and measurement accuracy were verified on this system. All these values were recorded, graphically represented and evaluated. The investigated quantities were clearly marked and described on the graphs of the results. At the end of the work, the results of measurements were clearly summarized and the possibilities of practical use for the protection of critical infrastructures were indicated.
This master thesis aims to show the possibility of practical use of an optical fiber as a distributed temperature sensor. The main goal is the possibility of protection of waste pipes (critical infrastructure) against leaks, fluid leaks, line disturbances, fires, freezing, etc. The first part describes the basic elements of the system for distributed temperature measurement using optical fiber such as optical fiber sensor, block diagram involvement and theoretical basis on which the measurement is based. The physical principle of temperature sensing using an optical fiber using Raman backscattering of light is explained, as well as Rayleigh and Brillouin scatterings, which, however, are not used in this thesis. Furthermore, the main advantages of DTS systems are presented, such as the possibility of detection over long distances, almost maintenance-free operation with a long service life and easy installation in practice. Next, some global DTS manufactures of equipment for the implementation of these distributed temperature measurement systems. To verify the main parameters, a reference measurement was designed and implemented. In the next part of the work is assembled a simple DTS system simulating the practical implementation of pipelines in laboratory conditions. The possibilities of measured quantities such as sensitivity to temperature changes, resolution and measurement accuracy were verified on this system. All these values were recorded, graphically represented and evaluated. The investigated quantities were clearly marked and described on the graphs of the results. At the end of the work, the results of measurements were clearly summarized and the possibilities of practical use for the protection of critical infrastructures were indicated.
Description
Keywords
Detekce průsaků média, distribuovaný teplotní senzor, kritická infrastruktura, optické vláknové senzory, Ramanův rozptyl, srovnávací měření, vyhodnocení základních parametrů praktického měření, výrobci a dodavatelé systémů a zařízení, zabezpečení odpadního potrubí., .Comparative measurement, Critical infrastructure, distributed temperature sensor, optical fiber sensors, evaluation of basic parameters of practical measurement, leakage detection, manufacturers and suppliers of systems and equipment, Raman scattering, security of waste pipes.
Citation
HOLCMAN, J. Ochrana kritických infrastruktur pomocí distribuovaných teplotních senzorů [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2020.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Informační bezpečnost
Comittee
doc. Ing. Jan Hajný, Ph.D. (předseda)
JUDr. MgA. Jakub Míšek, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Aneta Koláčková (člen)
Ing. Tomáš Gerlich (člen)
Ing. Vlastimil Člupek, Ph.D. (člen)
Ing. Tomáš Lieskovan (člen)
Date of acceptance
2020-06-23
Defence
Student prezentoval výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky.
Otázky oponenta:
Jaká byla velikost průtoku vody při měření? Student dostatečně vysvětlil otázku.
Student obhájil bakalářskou práci a odpověděl na otázku člena komise.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení