La degradación por envejecimiento y el daño sísmico de la infraestructura civil representan un problema grave para la sociedad. Una tecnología prometedora para monitorear el estado de las estructuras es la detección de fibra óptica. Al incorporar fibras ópticas largas en una estructura, se pueden detectar distribuciones de tensión y temperatura a lo largo de las fibrasEntre los diversos tipos de sensores de fibra óptica, los sensores distribuidos de tensión y temperatura basados en la dispersión de Brillouin han recibido mucha atención debido a su alta sensibilidad y estabilidad.
En particular, se sabe que la reflectometría de dominio de correlación óptica de Brillouin BOCDR, que opera en base al control de correlación de ondas de luz continuas, es una técnica de detección distribuida intrínsecamente de acceso de un extremo con alta resolución espacial <1 cm.Sin embargo, la tasa de muestreo más alta reportada para BOCDR fue de 19 Hz, lo que resultó en un tiempo total relativamente largo de medición distribuida de varias decenas de segundos a varios minutos. Buscando resolver esta deficiencia, los investigadores Yosuke Mizuno y Kentaro Nakamura del Instituto de Tokio deTecnología, Neisei Hayashi, miembro de la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia de la Universidad de Tokio, y sus colaboradores recientemente lograron aumentar la frecuencia de muestreo de BOCDR a 100 kHz, más de 5000 veces la frecuencia anterior, lo que permite la medición distribuida en tiempo real.Su estudio se publica en la edición de diciembre de 2016 de Luz: ciencia y aplicaciones .
En todos los sensores de Brillouin, la dependencia de la deformación y la temperatura del cambio de frecuencia de Brillouin BFS se explota para derivar la deformación y la temperatura. En BOCDR convencional, la BFS se obtiene realizando un barrido de frecuencia en todo el espectro de ganancia de Brillouin BGSusando un analizador de espectro eléctrico. Por lo tanto, la velocidad de barrido del analizador de espectro limita la frecuencia de muestreo a 19 Hz. En cambio, barriendo el espectro de frecuencia usando un oscilador controlado por voltaje, los investigadores pudieron lograr una adquisición de mayor velocidad.derivar el BFS del BGS todavía limitaba la frecuencia de muestreo. Para acelerar aún más el sistema, el BGS se convirtió en una forma de onda sinusoidal sincrónica usando un filtro de paso de banda, permitiendo que el BFS se exprese como su retardo de fase. Luego, usando unpuerta lógica OR exclusiva y un filtro de paso bajo, el retraso de fase se convirtió posteriormente en un voltaje, que se midió directamente.
Una tasa de muestreo de tensión de hasta 100 kHz se verificó experimentalmente mediante la detección de una tensión dinámica de 1 kHz aplicada en una posición arbitraria a lo largo de la fibra. Cuando las mediciones distribuidas se realizaron en 100 puntos con un promedio de 10 veces, una tasa de repetición de 100 Hzse verificó mediante el seguimiento de una onda mecánica que se propaga a lo largo de la fibra, por lo que los investigadores fueron los primeros en lograr la detección de Brillouin distribuida en tiempo real con acceso de un extremo.
Se anticipa que el sistema de detección será beneficioso para monitorear la salud de varias estructuras, desde edificios y puentes hasta aspas de molinos de viento y alas de aviones. El sistema también tiene aplicaciones potenciales en robótica, actuando como "nervios" electrónicos para detectar el tacto,distorsión y cambio de temperatura.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :