Un grupo de investigación que incluye miembros del Instituto de Tecnología de Tokio y la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia ha desarrollado un sistema de detección distribuida de fibra óptica en tiempo real para la tensión y la temperatura. El sistema requiere inyección de luz desde un solo extremo de la fibra y puede alcanzar una frecuencia de muestreo de 100 kHz, una mejora de más de 5, 000 veces la tasa convencional.

La degradación del envejecimiento y los daños sísmicos de la infraestructura civil plantean un problema grave para la sociedad. Una tecnología prometedora para monitorear el estado de las estructuras es la detección de fibra óptica. Al incrustar fibras ópticas largas en una estructura, Se pueden detectar distribuciones de tensión y temperatura a lo largo de las fibras. Entre 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, Reflectometría de dominio de correlación óptica de Brillouin (BOCDR), que opera basado en el control de correlación de ondas de luz continuas, se sabe que es una técnica de detección distribuida intrínsecamente de un solo extremo con alta resolución espacial ( <1 cm). Sin embargo, la frecuencia de muestreo más alta reportada para BOCDR fue de 19 Hz, resultando 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 Tecnología de Tokio, Neisei Hayashi, becario de la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia de la Universidad de Tokio, y sus colaboradores lograron recientemente aumentar la frecuencia de muestreo de BOCDR a 100 kHz, más de 5000 veces la tasa anterior, permitiendo la medición distribuida en tiempo real. Su estudio aparece en la edición de diciembre de 2016 de Luz:ciencia y aplicaciones .

En todos los sensores Brillouin, la dependencia de la deformación y la temperatura del cambio de frecuencia de Brillouin (BFS) se aprovecha para derivar la deformación y la temperatura. En BOCDR convencional, el BFS se obtiene realizando un barrido de frecuencia sobre todo el espectro de ganancia de Brillouin (BGS) utilizando 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 su lugar, barriendo el espectro de frecuencias utilizando un oscilador controlado por voltaje, los investigadores pudieron lograr una adquisición de mayor velocidad (Fig. 1 (a)). Sin embargo, derivar el BFS a partir 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 utilizando un filtro de paso de banda, permitiendo que el BFS se exprese como su retardo de fase. Luego, utilizando una puerta lógica O exclusiva y un filtro de paso bajo, el retardo de fase se convirtió posteriormente en un voltaje, que se midió directamente (Fig. 1 (b)).

Se verificó experimentalmente una frecuencia de muestreo de deformación de hasta 100 kHz detectando una deformación dinámica de 1 kHz aplicada en una posición arbitraria a lo largo de la fibra. Cuando se realizaron mediciones distribuidas en 100 puntos con un promedio de 10 veces, Se verificó una tasa de repetición de 100 Hz rastreando una onda mecánica que se propaga a lo largo de la fibra (Fig. 2). Por lo tanto, Los investigadores fueron los primeros en lograr la detección de Brillouin distribuida en tiempo real con un solo extremo. Una demostración en video del sistema está disponible en línea.

Se anticipa que el sistema de detección será beneficioso para monitorear la salud de varias estructuras, que van desde edificios y puentes hasta palas 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.