來(lái)源：IntelligentThings
導(dǎo)讀：光纖，一般是用于信息通信。但是，你可能想不到，它還可以作為傳感器，快速監(jiān)測(cè)橋梁和水壩等建筑的結(jié)構(gòu)性問(wèn)題。最近，瑞士和西班牙的科研人員開(kāi)發(fā)出一條長(zhǎng)達(dá)10千米的分布式光纖傳感器系統(tǒng)，能感知100萬(wàn)個(gè)點(diǎn)的溫度變化或者應(yīng)變。
關(guān)鍵字：光纖、傳感器
背景：光纖，簡(jiǎn)單的說(shuō)，一般由玻璃或者塑料制成的纖維，能夠傳導(dǎo)光，一般用于長(zhǎng)距離的光通信系統(tǒng)。
為了讓大家有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)，通過(guò)下面兩張圖展示一下光纖電纜：
（圖片來(lái)源于：維基百科）
（圖片來(lái)源于：維基百科）
光纖用于光傳輸和信息通信，已經(jīng)十分廣泛，且它特別是適合長(zhǎng)距離通信，但是除此之外，光纖還有另外一種用途：傳感器。
為什么說(shuō)光纖會(huì)具有傳感功能呢？
創(chuàng)新：那么今天，John 就要再給大家介紹一個(gè)有關(guān)光纖傳感器的創(chuàng)新技術(shù)。
這是一種分布式的光纖傳感器系統(tǒng)，它能夠感知長(zhǎng)達(dá)10千米、感知點(diǎn)達(dá)100萬(wàn)個(gè)、密度達(dá)1厘米1個(gè)點(diǎn)的溫度變化和應(yīng)變情況。
所謂應(yīng)變，是指在外力和非均勻溫度場(chǎng)等因素作用下物體局部的相對(duì)變形，表明有多少外界的力學(xué)應(yīng)力作用于物體或者結(jié)構(gòu)上。
這種監(jiān)測(cè)是持續(xù)且快速的，采集數(shù)據(jù)的時(shí)間小于20分鐘。另外，更感知點(diǎn)眾多，也意味著用于檢測(cè)整個(gè)結(jié)構(gòu)的光纖單元更少，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，也降低了成本。
這項(xiàng)技術(shù)由來(lái)自西班牙阿爾卡拉大學(xué)和瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員聯(lián)合開(kāi)發(fā)，主要研究人員有Alejandro Dominguez-Lopez 等人，這項(xiàng)研究的論文發(fā)表于美國(guó)光學(xué)會(huì)（OSA）雜志《光學(xué)快報(bào)》。
技術(shù)：接下來(lái)，從技術(shù)的角度觀察一下這項(xiàng)技術(shù)。首先看一下，我們簡(jiǎn)單了解科研人員用到的實(shí)驗(yàn)裝置的組成示意圖：
為了便于看懂這張圖，簡(jiǎn)單說(shuō)明一下其中涉及的器件：激光二極管（LD）、電光調(diào)制器（EOM）、任意波形產(chǎn)生器（AWG）、摻鉺光纖放大器 （EDFA）、可變光衰減器（VOA）、偏振態(tài)綜合儀（P.Synth）、電氣開(kāi)關(guān)（ES）、偏振開(kāi)關(guān)（PS）、FUT（測(cè)試光纖）。
然后，再介紹一個(gè)十分重要的物理概念即：布里淵散射。
對(duì)此，Dominguez-Lopez 說(shuō)：
“我們研究了這種影響布里淵光時(shí)域傳感器商用性能的有害效應(yīng)，進(jìn)行了糾正。如果制造商將我們的優(yōu)化集成到他們的傳感器中，將顯著提升其性能，特別是采集速度。”
應(yīng)用：
首先，這種光纖分布式傳感器可用于建筑物監(jiān)控，例如監(jiān)測(cè)橋梁的結(jié)構(gòu)，輸油管道的泄露，鐵路的滑坡等等。這項(xiàng)技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)在于，它不僅可用于嚴(yán)酷的環(huán)境中，而且傳感器自身無(wú)需外部供電，所以可用于缺少能源供應(yīng)的地方。
傳感器的開(kāi)發(fā)者 Alejandro Dominguez-Lopez 這么評(píng)價(jià)：
“基于光纖的傳感器，能夠監(jiān)測(cè)水壩垮塌之前，監(jiān)測(cè)到它侵蝕或開(kāi)裂的情況。較早的檢測(cè)問(wèn)題，意味著可以防止情況變得更糟，或者提供更多時(shí)間用于疏散?！?br>
另外，由于感知點(diǎn)的密度極高，達(dá)1厘米1個(gè)，所以這種傳感器也可以用于航空航天，例如感知飛機(jī)機(jī)翼每英寸的狀況。
參考資料
1、http://www.osa.org/en-us/about_osa/newsroom/news_releases/2017/new_fiber-based_sensor_could_quickly_detect_struct/
2、A. Dominguez-Lopez, M.A. Soto, S. Martin-Lopez, L. Thevenaz, M. Gonzalez-Herraez “Resolving 1 million sensing points in an optimized differential time-domain Brillouin sensor,” Opt. Lett., Volume 42, Issue 10, 1903-1906 (2017).DOI: 10.1364/OL.42.001903.
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