Vandaag, er is grote belangstelling voor het gebruik van gedistribueerde sensoren om de structurele gezondheid van grote constructies zoals dammen of bruggen continu te bewaken. Met 1 miljoen detectiepunten, een nieuw ontwikkelde optische gedistribueerde sensor zou een aanzienlijk snellere detectie van structurele problemen kunnen bieden dan momenteel beschikbaar is.

"Met op vezels gebaseerde sensoren, het is mogelijk om erosie of scheuren nauwkeurig te detecteren voordat een dam het begeeft, bijvoorbeeld, " zei Alejandro Dominguez-Lopez van de Universiteit van Alcala (UAH) in Spanje, van het r-onderzoeksteam dat de nieuwe sensor heeft ontwikkeld. "Vroegere detectie van een probleem betekent dat het misschien mogelijk is om erger te voorkomen of om meer tijd te geven voor evacuatie."

Gedistribueerde glasvezelsensoren zijn ideaal voor het bewaken van infrastructuur omdat ze kunnen worden gebruikt in ruwe omgevingen en in gebieden waar geen stroomvoorziening in de buurt is. Als een enkele vezel langs de lengte van een brug wordt geplaatst, bijvoorbeeld, veranderingen in de structuur op een van de detectiepunten langs de optische vezel zullen waarneembare veranderingen veroorzaken in het licht dat door de vezel gaat. Hoewel de populariteit van gedistribueerde glasvezelsensoren groeit, ze worden momenteel vooral gebruikt om lekkages in olieleidingen op te sporen en om te controleren op aardverschuivingen langs spoorwegen.

In het tijdschrift The Optical Society (OSA) Optica Letters , Dominguez-Lopez en zijn collega's van UAH en het Zwitserse Federale Instituut voor Technologie (EPFL) rapporteren de eerste glasvezel-gedistribueerde sensor die in minder dan 20 minuten spanning en temperatuurveranderingen van 1 miljoen meetpunten over een 10 kilometer lange optische vezel kan detecteren. Deformatie, dat is een maat voor vervorming, geeft aan hoeveel mechanische spanning er op een object of constructie staat.

De nieuwe sensor is ongeveer 4,5 keer sneller dan eerder gemelde sensoren met 1 miljoen meetpunten. Hoewel er geen magisch getal is, meer detectiepunten betekent dat er minder glasvezeleenheden nodig zijn om een ​​hele constructie te bewaken. Dit vereenvoudigt het algehele detectieschema en kan mogelijk de kosten verlagen.

"Omdat we zo'n grote dichtheid aan meetpunten hebben - één per centimeter - kan onze geoptimaliseerde sensor ook worden gebruikt voor monitoring in toepassingen zoals luchtvaartelektronica en ruimtevaart, waar het belangrijk is om te weten wat er gebeurt in elke centimeter van een vliegtuigvleugel, bijvoorbeeld, ', zei Dominguez-Lopez.

Sensorprestaties verbeteren

De nieuwe sensor maakt gebruik van een benadering die bekend staat als Brillouin optische tijddomeinanalyse, waarvoor gepulseerde en continue golflasersignalen nodig zijn om te interageren. De onderzoekers ontdekten dat de traditionele methode van het genereren van het continue signaal bij hogere laservermogens vervormingen in het systeem veroorzaakte. Deze problemen kunnen worden vermeden door de manier waarop het lasersignaal wordt gegenereerd te veranderen, waardoor ze het laservermogen kunnen vergroten en daarmee de detectieprestaties kunnen verbeteren.

"De schadelijke effecten die we hebben bestudeerd en gecorrigeerd, hebben al geruime tijd invloed op de prestaties van commercieel verkrijgbare Brillouin optische tijddomeinsensoren, " zei Dominguez-Lopez. "Als fabrikanten onze optimalisatie in hun sensoren opnemen, het zou de prestaties kunnen verbeteren, vooral in termen van acquisitiesnelheid."

Door gebruik te maken van de nieuwe aanpak, de onderzoekers toonden aan dat ze de temperatuur van een hotspot konden meten tot op 3 graden Celsius vanaf het einde van een 10 kilometer lange vezel.

Nieuwe toepassingen in het verschiet

De onderzoekers zijn nu bezig om de sensor nog sneller te maken door te zoeken naar manieren om de acquisitietijd verder te verkorten. Ze willen ook de dichtheid van detectiepunten verhogen tot meer dan één per centimeter, waardoor de technologie zich zou kunnen uitbreiden naar volledig nieuwe gebieden, zoals biomedische toepassingen.

De optische vezels kunnen mogelijk ook worden aangepast voor gebruik in textiel, waar de sensoren kunnen helpen om de gezondheid van een persoon te controleren of op ziekte te screenen. Bijvoorbeeld, de onderzoekers denken dat het mogelijk zou kunnen zijn om de glasvezelsensoren te gebruiken om temperatuurafwijkingen te detecteren die aanwezig zijn bij borstkanker. Voor dit type toepassing meer detectiepunten in een kleiner gebied zouden belangrijker zijn dan het gebruik van een bijzonder lange vezel.

"In onze krant we hebben niet alleen een belangrijke beperking van deze detectietechniek geïdentificeerd, maar ook een manier aangetoond om die beperking te overwinnen, "zei Dominguez-Lopez. "De nieuwe sensor zou een verbeterde structurele monitoring mogelijk maken en deze sensortechnologie helpen verplaatsen naar opwindende nieuwe onderzoeksgebieden en toepassingen."