Ny fiberbaseret sensor kunne hurtigt opdage strukturelle problemer i broer og dæmninger

I dag, der er stor interesse i at bruge distribuerede sensorer til løbende at overvåge strukturelle helbred for store strukturer som dæmninger eller broer. Med 1 million sansepunkter, en nyudviklet fiberoptisk distribueret sensor kunne tilbyde betydeligt hurtigere detektion af strukturelle problemer, end der er tilgængeligt i øjeblikket.

"Med fiberbaserede sensorer, det er muligt præcist at opdage erosion eller revner, før en dæmning svigter, for eksempel, "sagde Alejandro Dominguez-Lopez fra University of Alcala (UAH) i Spanien, fra r -forskerteamet, der udviklede den nye sensor. "Tidligere opdagelse af et problem betyder, at det kan være muligt at forhindre det i at blive værre eller kunne give mere tid til evakuering."

Fiberoptisk distribuerede sensorer er ideelle til overvågning af infrastruktur, fordi de kan bruges i barske miljøer og i områder, der mangler en nærliggende strømforsyning. Hvis en enkelt fiber er placeret langs en bros længde, for eksempel, ændringer i strukturen på et hvilket som helst af sansestederne langs den optiske fiber vil forårsage påviselige ændringer i lyset, der bevæger sig ned ad fiberen. Selvom populariteten af ​​fiberoptiske distribuerede sensorer vokser, de bruges i øjeblikket primært til at opdage utætheder i olierør og til at overvåge for jordskred langs jernbaner.

I tidsskriftet The Optical Society (OSA) Optik bogstaver , Dominguez-Lopez og hans kolleger fra UAH og det schweiziske føderale institut for teknologi (EPFL) rapporterer om den første fiberoptiske distribuerede sensor, der kan mærke belastninger og temperaturændringer fra 1 million sansepunkter over en 10 kilometer optisk fiber på mindre end 20 minutter. Stamme, som er et mål for deformation, angiver, hvor meget mekanisk belastning der er på et objekt eller en struktur.

Den nye sensor er cirka 4,5 gange hurtigere end tidligere rapporterede sensorer med 1 million sansepunkter. Selvom der ikke er et magisk tal, flere sansepunkter betyder, at færre fiberoptiske enheder er nødvendige for at overvåge en hel struktur. Dette forenkler den overordnede registreringsordning og kan potentielt reducere omkostningerne.

"Fordi vi har en så stor tæthed af sansepunkter - en per centimeter - kunne vores optimerede sensor også bruges til overvågning i applikationer som f.eks. Luftfart og rumfart, hvor det er vigtigt at vide, hvad der sker i hver tomme af en flyving, for eksempel, "sagde Dominguez-Lopez.

Forbedring af sensorens ydeevne

Den nye sensor anvender en fremgangsmåde kendt som Brillouin optisk tidsdomæneanalyse, hvilket kræver pulserende og kontinuerlige bølgelasersignaler for at interagere. Forskerne opdagede, at den traditionelle metode til generering af det kontinuerlige signal forårsagede forvrængninger i systemet ved højere lasereffekter. Disse problemer kunne undgås ved at ændre måden, hvorpå lasersignal blev genereret, giver dem mulighed for at øge lasereffekten og dermed forbedre sanseydelsen.

"De skadelige virkninger, som vi studerede og korrigerede, har påvirket ydeevnen for kommercielt tilgængelige Brillouin optiske tidsdomænesensorer i nogen tid, "sagde Dominguez-Lopez." Hvis producenter inkorporerer vores optimering i deres sensorer, det kan forbedre ydeevnen, især hvad angår erhvervelseshastighed. "

Ved hjælp af den nye tilgang, forskerne demonstrerede, at de kunne måle temperaturen på et varmt sted til inden for 3 grader Celsius fra slutningen af ​​en 10 kilometer lang fiber.

Nye ansøgninger venter

Forskerne arbejder nu på at gøre sensoren endnu hurtigere ved at lede efter måder at reducere erhvervelsestiden yderligere. De ønsker også at øge tætheden af ​​sansepunkter til mere end en centimeter, som kunne gøre det muligt for teknologien at ekspandere til helt nye områder såsom biomedicinske applikationer.

De optiske fibre kan også potentielt tilpasses til brug i tekstiler, hvor sensorerne kan hjælpe med at overvåge en persons helbred eller undersøge for sygdom. For eksempel, forskerne mener, at det kan være muligt at bruge de fiberoptiske sensorer til at registrere temperaturafvigelser, der er til stede i brystkræft. For denne type applikationer, flere sansepunkter i et mindre område ville være vigtigere end at bruge en særlig lang fiber.

"I vores papir, vi identificerede ikke kun en stor begrænsning af denne sanseteknik, men demonstrerede også en måde at overvinde denne begrænsning, "sagde Dominguez-Lopez." Den nye sensor kunne muliggøre forbedret strukturel overvågning og hjælpe med at flytte denne sensorteknologi til spændende nye forskningsområder og applikationer. "