Separare

Aug 06, 2023

14 luglio 2023

Questo articolo è stato rivisto in base al processo editoriale e alle politiche di Science X. Gli editori hanno evidenziato i seguenti attributi garantendo al tempo stesso la credibilità del contenuto:

verificato

correggere le bozze

a cura del Light Publishing Center, dell'Istituto di ottica di Changchun, della meccanica e della fisica fine, CAS

Il monitoraggio in tempo reale delle strutture, in particolare di quelle di grandi dimensioni (come sistemi di trasporto ferroviario, grandi ponti ed edifici), può fornire informazioni sull’ambiente circostante e consentire di valutarne le condizioni di salute, il che è essenziale per stabilire l’attuale concetto di città intelligenti basate sull’Internet delle cose.

Essendo una tecnica di monitoraggio precisa in tempo reale, i sistemi di rilevamento distribuito in fibra ottica (DFOS), che richiedono misurazioni simultanee a lunga distanza lungo una fibra di rilevamento, sono molto richiesti per varie applicazioni industriali. Tuttavia, la maggior parte dei sistemi DFOS può misurare solo un singolo tipo di parametro, il che ne limita l'utilizzo nelle applicazioni. Inoltre, combinare diversi sistemi DFOS è complesso e costoso.

In un nuovo articolo pubblicato su Light: Advanced Manufacturing, un team di scienziati, guidato dal professor Xinyu Fan dell’Università Jiao Tong di Shanghai, in Cina, ha proposto un sistema DFOS ibrido semplificato per misurare simultaneamente più parametri lungo la fibra di rilevamento. Hanno utilizzato una normale fibra monomodale come sensore per ottenere informazioni su temperatura, deformazione e vibrazione della fibra ottica con una lunghezza di diversi chilometri.

Hanno integrato tre schemi utilizzando diverse onde luminose retrodiffuse e hanno semplificato i sistemi ibridi. Il sistema ibrido proposto richiede solo una sorgente luminosa, due estremità riceventi e un unico accesso alla fibra per lanciare l'onda luminosa, il che riduce notevolmente la complessità dell'applicazione. Pertanto, il sistema ibrido semplificato può essere utilizzato nel monitoraggio in tempo reale di grandi strutture, nel controllo automatizzato e nella sicurezza perimetrale. La tecnica può essere un potente strumento per promuovere la costruzione di città intelligenti.

Tra i diversi sistemi DFOS c'è una tecnica che utilizza la retrodiffusione di Rayleigh nota come riflettometria ottica nel dominio del tempo sensibile alla fase (φ-OTDR), che viene utilizzata per misurare parametri dinamici come le vibrazioni.

L'analisi ottica Brillouin nel dominio del tempo (BOTDA) basata sullo scattering Brillouin stimolato viene utilizzata per misurare la temperatura e le deformazioni statiche con un elevato rapporto segnale-rumore. Lo scattering Raman può essere utilizzato nella riflettometria ottica Raman nel dominio del tempo (ROTDR) per misurare la temperatura distribuita senza essere disturbata dalla deformazione poiché è sensibile solo alla temperatura.

Il sistema ibrido DFOS integra i tre diversi schemi di scattering. Lo scattering Rayleigh viene utilizzato per il rilevamento delle vibrazioni e funge anche da sonda del processo di scattering Brillouin per realizzare misurazioni di temperatura e deformazione. La diffusione Raman viene utilizzata per superare la sensibilità incrociata temperatura-deformazione. La modulazione del codice di impulso viene utilizzata per separare lo scattering Raman di due impulsi con frequenze ottiche molto vicine. In questo modo, un sistema DFOS ibrido semplificato single-end funziona con successo per la misurazione simultanea di più parametri.

Il sistema ibrido mostra la sua capacità di misurare temperatura, deformazione e vibrazioni lungo una fibra monomodale lunga 9 chilometri, con una precisione di misurazione favorevole.

Maggiori informazioni: Linjing Huang et al, Sistema di rilevamento in fibra ottica distribuito ibrido single-end Rayleigh Brillouin e Raman, Light: Advanced Manufacturing (2023). DOI: 10.37188/lam.2023.016

Fornito da Light Publishing Center, Istituto di ottica di Changchun, Meccanica e fisica fine, CAS