创新方法增强布里渊光纤传感在基础设施监测中的应用

发布时间：2024-07-30 16:38:24 栏目：生活

导读 布里渊散射是由热产生的声振动引起的光的非弹性散射现象。基于布里渊的光纤传感可用于通过确定光在各种刺激下如何散射来测量温度和应变分布...

布里渊散射是由热产生的声振动引起的光的非弹性散射现象。基于布里渊的光纤传感可用于通过确定光在各种刺激下如何散射来测量温度和应变分布。这种方法在应用于相关域技术时特别有效，例如布里渊光学相关域分析和布里渊光学相关域反射法 (BOCDR)，这些技术可提供高空间分辨率和对各种测量点的随机可达性。BOCDR 利用自发布里渊散射，可实现单端可达性，使其成为传感应用的多功能工具。



在 BOCDR 中，空间分辨率由光的调制幅度和频率决定。调制幅度与峰值光强度相关，准确测量调制幅度通常需要昂贵且笨重的设备，如光谱分析仪或异差检测系统。这些要求使实验设置复杂化并增加成本。

日本的一个研究小组最近开发了一种新方法来克服这个问题，该小组由芝浦工业大学 (SIT) 的副教授 Heeyoung Lee 领导，成员包括同样来自 SIT 的 Keita Kikuchi 和横滨国立大学的 Yosuke Mizuno。他们的论文发表在《科学报告》第 14 卷上，并于 2024 年 4 月 6 日在线发布。

当被问及他们工作的主要方面时，李博士说：“我们开发了一种新方法，可以准确估计决定 BOCDR 空间分辨率的调制幅度，而无需额外的设备或修改实验装置。”

研究人员利用瑞利散射来估计调制幅度。瑞利散射是光与小于其波长的粒子相互作用时发生散射的现象。通过分析瑞利散射引起的噪声的光谱宽度，他们可以测量光的调制幅度，而不受光纤长度的影响，同时还能实现高频分辨率。这种创新方法只需使用带有电频谱分析仪的 BOCDR 装置即可测量瑞利噪声成分，易于实施，提高了整个过程的便利性。

李博士谈到了他们工作的长期影响：“民用基础设施的老化和破坏带来了重大的社会挑战。光纤传感技术为监测这些基础设施的结构完整性提供了一种有前途的解决方案。通过在结构内嵌入长光纤，可以检测光纤沿线的应变和温度分布。使用布里渊散射来感测分布的应变和温度可以提供高度灵敏和稳定的数据。我们的新方法无需使用额外的设备，简化了流程并降低了成本。”

该研究团队的方法有望推动BOCDR在监测和确保关键基础设施安全性和可靠性方面的应用。