Близнец

Jun 10, 2023

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 11797 (2022) Цитировать эту статью

895 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

В этой работе мы сообщаем о двухжильной оптоволоконной сенсорной системе, которая обеспечивает улучшенную спектральную эффективность, обеспечивает мультиплексирование и низкий уровень перекрестных помех. Кусочки упомянутого сильносвязанного многожильного волокна используются в качестве датчиков в резонаторе лазера, включающем импульсный полупроводниковый оптический усилитель (SOA). Каждый датчик имеет свою уникальную длину резонатора и может обрабатываться индивидуально путем электрического согласования периодического стробирования SOA со временем прохождения резонатора датчика. Опросчик действует как лазер и обеспечивает узкий спектр с высоким соотношением сигнал/шум. Кроме того, это позволяет различать отклик отдельных датчиков даже в случае перекрытия спектров. Потенциально количество опрашиваемых датчиков можно значительно увеличить, что является привлекательной особенностью многоточечного зондирования.

Использование оптических волокон в сенсорных приложениях для мониторинга таких параметров, как деформация и температура в реальном времени, вызвало большой интерес, поскольку в этих областях можно использовать их внутренние свойства, такие как небольшой размер, легкий вес и устойчивость к электромагнитным полям. Более того, благодаря их способности встраиваться в такие материалы, как бетон или композиты, а также работать на больших расстояниях, они являются привлекательной альтернативой для многих приложений, требующих точного отслеживания любого из вышеупомянутых параметров вдоль больших структур или территорий1. С этой целью часто используется многоточечное зондирование, которое заключается в простом и универсальном опросе нескольких отдельных датчиков2,3, пространственное разрешение которого связано со способностью различать соседние чувствительные элементы. Эта конфигурация приобрела большую актуальность, в частности, для мониторинга состояния конструкций4,5.

Среди методов многоточечного зондирования наиболее распространенным является мультиплексирование с разделением по длине волны6, при котором каждый датчик работает на разной длине волны. Таким образом, сдвиг длины волны каждого датчика и окно опроса являются ограничивающими факторами, определяющими максимальное количество элементов, которые можно опросить. Напротив, мультиплексирование с временным разделением основано на опросе каждого чувствительного элемента индивидуально посредством анализа отраженного света7, поскольку время прихода отражений прямо пропорционально расстоянию от источника света до каждого чувствительного элемента. Кроме того, мультиплексирование с разделением по длине волны и по времени можно комбинировать, чтобы увеличить количество чувствительных элементов, которые можно опрашивать индивидуально8,9. Обычно вышеупомянутые методы реализуются с помощью волоконных решеток Брэгга (ВБР)10,11,12,13,14,15, зрелой и надежной технологии для измерения множества параметров16 с пространственным разрешением до нескольких миллиметров17. Более того, ВБР эффективно используют спектр, поскольку обеспечивают узкие и четко выраженные пики. Этот факт позволяет отслеживать значительное количество ВБР в одном окне опроса. В качестве альтернативы также используются внутриволоконные интерферометры Фабри-Перо18,19 и Маха-Цендера20.

В последние годы в качестве альтернативы для зондирования были предложены сильносвязанные многожильные волокна (MCF). Некоторыми привлекательными особенностями MCF являются их универсальность, простота опроса, чувствительность21,22,23,24, которая может быть выше, чем у ВБР в зависимости от измеряемой величины25, а также то, что можно производить волокна длиной в километры, что приводит к доступности от одного однократная вытяжка многих тысяч сегментов волокна дециметровой длины, подходящих для зондирования. Их основным недостатком является низкая спектральная эффективность, поскольку связанные MCF дают множественные и широкие пики. Спектральное перекрытие широких пиков датчиков C-диапазона обычно ограничивает их использование измерениями в одной точке. Чтобы преодолеть это ограничение, были предприняты такие усилия, как каскадное соединение сегментов MCF за счет увеличения сложности и длины датчика26,27. В любом случае, из-за привлекательных особенностей связанных датчиков на основе MCF было бы интересно разработать метод улучшения их спектральной эффективности и обеспечения мультиплексирования, что сделало бы возможным их использование в качестве многоточечных датчиков для таких приложений, как мониторинг состояния конструкций. Среди MCF в литературе широко сообщалось об использовании волокон с двойной сердцевиной (TCF) в качестве чувствительных элементов для различных применений28,29,30,31.