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新的基于光纤的传感器可以快速检测桥梁和水坝的结构问题

2019-05-28

  今天,人们对使用分布式传感器持续监控大型结构(如水坝或桥梁)的结构健康状况非常感兴趣。凭借100万个传感点,新开发的光纤分布式传感器可以提供比目前更快的结构问题检测。

  “基于光纤的传感器,可以在大坝发生故障之前精确检测侵蚀或开裂,”西班牙阿尔卡拉大学(UAH)的Alejandro Dominguez-Lopez说,他是开发新传感器的研究小组。“早期发现问题意味着有可能防止问题恶化或提供更多的撤离时间。”

  光纤分布式传感器是监控基础设施的理想选择,因为它们可用于恶劣环境和缺乏附近电源的区域。例如,如果沿着桥的长度放置单根光纤,则沿着光纤的任何感测点处的结构的变化将引起沿光纤传播的光的可检测的变化。尽管光纤分布式传感器的普及正在增长,但它们目前主要用于检测油管中的泄漏并监测铁路沿线的滑坡。

  在光学学会(OSA)杂志“ 光学快报”中,来自UAH和瑞士联邦理工学院(EPFL)的Dominguez-Lopez及其同事报告了第一个光纤分布式传感器,它可以感知100万个感应点的应变和温度变化。 10公里光纤不到20分钟。应变是变形的量度,表示物体或结构上有多少机械应力。

  新传感器的速度比先前报道的具有100万个传感点的传感器快4.5倍。虽然没有神奇的数字,但更多的传感点意味着需要更少的光纤单元来监控整个结构。这简化了整体传感方案,并可能降低成本。

  “因为我们拥有如此大的传感点密度 - 每厘米一个 - 我们的优化传感器还可以用于航空电子和航空航天等应用中的监控,重要的是要知道飞机机翼的每一寸都发生了什么例如,“多明格斯 - 洛佩兹说。

  改善传感器性能

  新传感器使用称为布里渊光时域分析的方法,该方法需要脉冲和连续波激光信号进行交互。研究人员发现,传统的连续信号生成方法会在较高的激光功率下引起系统失真。通过改变激光信号的产生方式可以避免这些问题,从而可以增加激光功率,从而提高传感性能。

  “我们研究和纠正的有害影响已经影响了商用布里渊光时域传感器的性能一段时间,”Dominguez-Lopez说。“如果制造商将我们的优化结合到他们的传感器中,它可以提高性能,特别是在采集速度方面。”

  研究人员利用这种新方法证明,他们可以测量距离10公里长纤维末端3摄氏度以内的热点温度。

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