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Aug 06, 2023

2023 年 7 月 14 日

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Light Publishing Center、長春光学研究所、精密機械物理学、CAS 著

施設、特に大規模施設（鉄道交通システム、大きな橋、建物など）のリアルタイム監視により、周囲の環境に関する情報が得られ、健康状態を評価できるようになります。これは、現在の概念を確立するために不可欠です。モノのインターネットに基づくスマートシティ。

正確なリアルタイム監視技術として、センシングファイバーに沿った長距離の同時測定を必要とする分散型光ファイバーセンシング（DFOS）システムは、さまざまな産業用途で高い需要があります。 ただし、ほとんどの DFOS システムは 1 種類のパラメータしか測定できないため、アプリケーションでの使用が制限されます。 さらに、異なる DFOS システムを組み合わせるのは複雑でコストがかかります。

Light: Advanced Manufacturingに掲載された新しい論文の中で、中国の上海交通大学のXinyu Fan教授率いる科学者チームは、センシングファイバーに沿って複数のパラメータを同時に測定するための簡素化されたハイブリッドDFOSシステムを提案しました。 通常のシングルモードファイバーをセンサーとして使用し、数キロメートルの長さの光ファイバーの温度、ひずみ、振動情報を取得しました。

彼らは、異なる後方散乱光波を使用する 3 つの方式を統合し、ハイブリッド システムを簡素化しました。 提案されたハイブリッド システムは、1 つの光源、2 つの受信端、および光波を発射するためのファイバーへの 1 つのアクセスのみを必要とするため、アプリケーションの複雑さが大幅に軽減されます。 このように、簡素化されたハイブリッド システムは、大規模構造物のリアルタイム監視、自動制御、および境界セキュリティに使用できます。 この技術は、スマートシティの構築を促進する強力なツールとなる可能性があります。

さまざまな DFOS システムの中には、振動などの動的パラメーターの測定に使用される、位相感応光時間領域反射率測定法 (φ-OTDR) として知られるレイリー後方散乱を使用する技術があります。

誘導ブリルアン散乱に基づくブリルアン光時間領域解析 (BOTDA) を使用して、高い S/N 比で温度と静的ひずみを測定します。 ラマン散乱は温度のみに敏感であるため、ラマン光時間領域反射率測定法 (ROTDR) で使用して、ひずみによる影響を受けることなく分布温度を測定できます。

ハイブリッド DFOS システムは、3 つの異なる散乱スキームを統合します。 レイリー散乱は振動の感知に使用され、温度とひずみの測定を実現するブリルアン散乱プロセスのプローブとしても機能します。 ラマン散乱は、温度とひずみの交差感度を克服するために使用されます。 パルス符号変調は、非常に近い光周波数を持つ 2 つのパルスのラマン散乱を分離するために使用されます。 このようにして、シングルエンドの簡素化されたハイブリッド DFOS システムは、複数パラメータの同時測定に問題なく機能します。

このハイブリッド システムは、長さ 9 キロメートルのシングルモード ファイバーに沿って温度、ひずみ、振動を良好な測定精度で測定できることを示しています。

詳しくは： Linjing Huang 他、シングルエンド ハイブリッド レイリー ブリルアンおよびラマン分散型光ファイバー センシング システム、Light: Advanced Manufacturing (2023)。 DOI: 10.37188/lam.2023.016

提供: Light Publishing Center、Changchun Institute of Optics、 Fine Mechanics and Physics、CAS