La detección de fibra óptica distribuida (DOFS) es actualmente una tecnología madura que permite 'transformar' una fibra óptica convencional en una matriz continua de sensores individuales. que se distribuyen a lo largo de su longitud. Entre la panoplia de técnicas desarrolladas en el campo de DOFS, los basados ​​en reflectometría óptica en el dominio del tiempo sensible a la fase (ΦOTDR) han ganado una gran atención, principalmente debido a su capacidad para medir las perturbaciones de tensión y temperatura en tiempo real. Estas características únicas, junto con otras ventajas de los sensores distribuidos (peso reducido, inmunidad electromagnética y tamaño pequeño) hacen de los sensores ΦOTDR una excelente solución para monitorear grandes infraestructuras (como puentes y tuberías), especialmente cuando se considera que su costo se escala inversamente al número de puntos de detección, y su resolución puede alcanzar unos pocos metros.

En un nuevo artículo publicado en Ciencias de la luz y aplicaciones , un equipo de científicos de la Universidad de Alcalá, La Universidad Jaume I y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) presentan un novedoso interrogador de fibra óptica para realizar ΦOTDR. Se basa en una técnica interferométrica bien conocida que emplea dos peines de frecuencia óptica mutuamente coherentes. Este nuevo interrogador permite la detección de tensión y / o temperatura con resoluciones en la escala de cm en un rango de hasta 1 km (es decir, proporciona> 104 puntos de detección distribuidos a lo largo de la fibra óptica). En vista de los resultados reportados, este enfoque abre la puerta a DOFS rentables en aplicaciones de corto alcance y alta resolución, como el monitoreo de la salud de la estructura de los componentes aeroespaciales y la vigilancia de la producción de pozos, que hasta la fecha tienen un costo prohibitivo.

La técnica presentada en el documento, llamado ΦOTDR extendido en el tiempo (TE-ΦOTDR), se basa en el uso de un peine de frecuencia óptica ultradensa de ingeniería inteligente para sondear una fibra sensora. Entonces, una señal de retorno débil se origina por la dispersión elástica experimentada por la luz. Esta señal se detecta haciéndola interferir con un segundo peine, que tiene un ancho de banda y una codificación de fase espectral similar a la de la sonda, pero un espaciado de dientes diferente. El resultado es una interferencia multiheterodina que produce una "extensión de tiempo" de las señales detectadas (ver Figura). En el dominio de la frecuencia, este proceso puede entenderse como una "conversión descendente" de frecuencia (un mapeo óptico a eléctrico). En el esquema de doble peine desarrollado para DOFS, Ambos peines se generan a partir del mismo láser de onda continua, gracias a un par de moduladores electroópticos accionados por un único generador de forma de onda arbitraria.

Algunas características destacables de este esquema son:(i) la flexibilidad en el diseño de los peines, que permite al usuario lograr el rendimiento deseado para el sensor; (ii) el ancho de banda de detección reducido (en el régimen de sub-megahercios para una resolución de centímetros por encima de 200 metros), que es consecuencia de la extensión temporal experimentada por las señales detectadas; y (iii) la capacidad de maximizar la potencia inyectada en la fibra sensora. Esta última característica es fundamental para realizar una detección distribuida real, dada la extrema debilidad del fenómeno de dispersión elástica. Al introducir un perfil de fase aleatorio controlado en los peines generados, la potencia máxima de las señales ópticas se puede minimizar, preservando al mismo tiempo una potencia media alta para mejorar la relación señal / ruido del sensor. Además, la fase codificada se demodula automáticamente al detectarse, no requiere más posprocesamiento.

"El esquema de detección basado en un esquema de doble peine convencional nos permite alcanzar resoluciones de escala cm en rangos de detección de unos pocos cientos de metros, manteniendo una tasa de medición de decenas de hercios. En el papel, también introducimos una estrategia para ampliar significativamente el rango de detección sin reducir la frecuencia de muestreo acústico. La idea básica es emplear dos peines de frecuencia con espaciamiento de dientes muy diferente, por lo que las señales de tiempo generadas tienen períodos de relación de cuasi-enteros. Este esquema, aplicado previamente al campo de la espectroscopia, permite medir fibras de hasta 1 km de longitud con una resolución espacial de 4 cm. Esto significa 25, 000 puntos de detección individuales a lo largo de la fibra. Esta mejora del rendimiento tiene el costo de aumentar hasta cierto punto el ancho de banda de detección (hasta unos pocos megahercios), así como la complejidad del algoritmo de procesamiento, aunque aún conserva las ventajas fundamentales del método ".

"Las técnicas presentadas exponen un campo de operaciones completamente nuevo para sensores dinámicos basados ​​en ΦOTDR, que se limitaba a campos que requerían detección a lo largo de decenas de kilómetros y resoluciones a escala de metros para surgir como una solución útil. Los resultados demostrados en el documento son un paso prometedor para diseñar un sensor distribuido que proporcione una velocidad de adquisición rápida. pequeño ancho de banda de detección y resolución espacial nítida, ", agregaron.