Сигнальный датчик на основе оптического волокна

Сигнальный датчик на основе оптического волокна

Последние несколько лет замечена тенденция на применение оптических волокон в качестве датчиков обнаружения изменений температуры или давления. Также оптические волокна успешно применяются как искусственный нерв. Подобные технологии  особенно полезны, к примеру, для внедрения в строительных конструкциях мостов или газопроводов. Исследования на применение оптических датчиков провела группа специалистов EPFL. Результаты публикует «Nature Communications».

Чувствительный датчик растяжения и сжатия

Оптическое волокно, изготовленное на основе стекла не шире пряди волос, передает поток света, изменяемый в соответствии с четырьмя параметрами:

  • интенсивностью,
  • фазой,
  • поляризацией,
  • длиной волны.

Эти параметры изменяются, когда материал растягивается или сжимается под действием температуры. Эта способность позволяет получить эффект датчика, способного, к примеру, обнаруживать трещины в структурах или аномальные температуры. Однако до последнего момента не было возможности определить, что происходит вокруг материала.

Метод, разработанный инженерами EPFL, сглаживает этот недостаток. Методика предполагает использование звуковой волны, генерируемой внутри оптического волокна.

Гиперчастотная волна периодически отражается от стенок материала, а отражённый сигнал (эхо) изменяется в зависимости от деформации материала.

Отражённый сигнал оставляет фотонный отпечаток, который считывается на выходе луча. Так можно получить полное отображение окружения.

Сигнал отражения слишком слаб, чтобы нарушить структуру основного потока света, распространяющегося внутри оптического волокна. Поэтому на основной сигнал никакого влияния нет.

Разработчики технологии уже экспериментировали, погружая волокно в воду, в спирт, и просто на открытом воздухе. В каждом отдельном эксперименте система показала исключительно точную идентификацию изменения окружения. На этот счёт инженеры констатировали

Предлагаемый метод позволит обнаруживать утечки воды, степень плотности, уровень солености текучих сред, которые непосредственно вступают в контакт с оптическим волокном. Существует масса потенциальных применений.

Обнаружение в пространстве по времени

Изменения окружения локализуются благодаря простому методу, основанному на времени. Каждый волновой импульс генерируется с небольшим временным запаздыванием, и эта задержка отражается на приходе луча.

Если существуют какие-то помехи на пути, можно определить их местоположение. На данный момент достигнута способность обнаружения помех на расстоянии около десяти метров, но специалисты заявили о технических средствах, позволяющих повысить точность до одного метра.

Справедливости ради следует отметить, что идея использования звуковой волны в оптических волокнах первоначально родилась в исследовательской лаборатории Университета Бар-Илан (Израиль). Так что разработка носит характер совместного проекта.


На основе информации: EPFL