Одинокий

Aug 06, 2023

14 июля 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

корректура

Издательский центр Light, Чанчуньский институт оптики, точной механики и физики, CAS

Мониторинг объектов в режиме реального времени, особенно крупных объектов (таких как системы железнодорожного транспорта, большие мосты и здания), может предоставить информацию об окружающей среде и позволить оценить состояние их здоровья, что важно для разработки современной концепции умные города на основе Интернета вещей.

В качестве точного метода мониторинга в реальном времени системы распределенного оптоволоконного зондирования (DFOS), которые требуют одновременных измерений на больших расстояниях вдоль чувствительного волокна, пользуются большим спросом для различных промышленных приложений. Однако большинство систем DFOS могут измерять только один тип параметра, что ограничивает их использование в приложениях. Кроме того, объединение различных систем DFOS является сложным и дорогостоящим.

В новой статье, опубликованной в журнале Light: Advanced Manufacturing, группа ученых под руководством профессора Синью Фана из Шанхайского университета Цзяо Тонг, Китай, предложила упрощенную гибридную систему DFOS для одновременного измерения нескольких параметров вдоль чувствительного волокна. Они использовали обычное одномодовое волокно в качестве датчика для получения информации о температуре, деформации и вибрации оптического волокна длиной в несколько километров.

Они объединили три схемы, используя разные волны обратного рассеяния, и упростили гибридные системы. Предлагаемая гибридная система требует только одного источника света, двух приемных концов и одного доступа к волокну для запуска световой волны, что значительно снижает сложность применения. Таким образом, упрощенную гибридную систему можно использовать для мониторинга крупных сооружений в реальном времени, автоматического контроля и охраны периметра. Эта технология может стать мощным инструментом, способствующим строительству умных городов.

Среди различных систем DFOS есть метод, использующий обратное рассеяние Рэлея, известный как фазочувствительная оптическая рефлектометрия во временной области (φ-OTDR), который используется для измерения динамических параметров, таких как вибрация.

Оптический анализ Бриллюэна во временной области (BOTDA), основанный на вынужденном рассеянии Бриллюэна, используется для измерения температуры и статических деформаций с высоким соотношением сигнал/шум. Комбинационное рассеяние может использоваться в рамановской оптической рефлектометрии во временной области (ROTDR) для измерения распределенной температуры без искажений из-за деформации, поскольку оно чувствительно только к температуре.

Гибридная система DFOS объединяет три различные схемы рассеяния. Рэлеевское рассеяние используется для измерения вибрации, а также действует как датчик процесса рассеяния Бриллюэна для измерения температуры и деформации. Комбинационное рассеяние света используется для преодоления перекрестной чувствительности к температурной деформации. Импульсно-кодовая модуляция используется для разделения комбинационного рассеяния двух импульсов с очень близкими оптическими частотами. Таким образом, односторонняя упрощенная гибридная система DFOS успешно работает для одновременного измерения нескольких параметров.

Гибридная система демонстрирует свою способность измерять температуру, деформацию и вибрацию по одномодовому волокну длиной 9 километров с достаточной точностью измерения.

Больше информации: Линьцзин Хуанг и др., Одноконечный гибрид распределенной волоконно-оптической системы Рэлея Бриллюэна и Рамана, Свет: передовое производство (2023). DOI: 10.37188/lam.2023.016

Предоставлено Издательским центром Light, Чанчуньский институт оптики, точной механики и физики, CAS.