하나의

Aug 06, 2023

2023년 7월 14일

이 기사는 Science X의 편집 과정 및 정책에 따라 검토되었습니다. 편집자들은 콘텐츠의 신뢰성을 보장하면서 다음 특성을 강조했습니다.

사실 확인된

교정하다

작성자: Light Publishing Center, 창춘 광학 연구소, 정밀 역학 및 물리학, CAS

시설, 특히 대규모 시설(철도 시스템, 대형 교량, 건물 등)에 대한 실시간 모니터링을 통해 주변 환경에 대한 정보를 제공하고 건강 상태를 평가할 수 있습니다. 이는 현재의 개념을 확립하는 데 필수적입니다. 사물인터넷을 기반으로 한 스마트시티.

정밀한 실시간 모니터링 기술로서 감지 섬유를 따라 장거리 동시 측정이 필요한 분산 광섬유 감지(DFOS) 시스템은 다양한 산업 응용 분야에서 수요가 높습니다. 그러나 대부분의 DFOS 시스템은 단일 종류의 매개변수만 측정할 수 있으므로 애플리케이션에서의 사용이 제한됩니다. 또한 다양한 DFOS 시스템을 결합하는 것은 복잡하고 비용이 많이 듭니다.

Light: Advanced Manufacturing에 발표된 새로운 논문에서 중국 Shanghai Jiao Tong University의 Xinyu Fan 교수가 이끄는 과학자 팀은 감지 섬유를 따라 다중 매개변수를 동시에 측정하기 위한 단순화된 하이브리드 DFOS 시스템을 제안했습니다. 그들은 수 킬로미터 길이의 광섬유의 온도, 변형률 및 진동 정보를 얻기 위해 일반 단일 모드 광섬유를 센서로 사용했습니다.

그들은 서로 다른 후방 산란 광파를 사용하여 세 가지 방식을 통합하고 하이브리드 시스템을 단순화했습니다. 제안된 하이브리드 시스템은 광파 발사를 위해 하나의 광원, 두 개의 수신단 및 단일 광섬유 액세스만 필요하므로 적용 복잡성이 크게 줄어듭니다. 이처럼 단순화된 하이브리드 시스템은 대형 구조물의 실시간 모니터링, 자동화 제어, 경계 보안 등에 활용될 수 있다. 이 기술은 스마트 시티 건설을 촉진하는 강력한 도구가 될 수 있습니다.

다양한 DFOS 시스템 중에는 진동과 같은 동적 매개변수를 측정하는 데 사용되는 위상 감응형 광학 시간 영역 반사 측정법(ψ-OTDR)으로 알려진 레일리 후방 산란을 사용하는 기술이 있습니다.

유도 브릴루앙 산란을 기반으로 하는 브릴루앙 광학 시간 영역 분석(BOTDA)은 높은 신호 대 잡음비로 온도 및 정적 변형률을 측정하는 데 사용됩니다. 라만 산란은 온도에만 민감하므로 변형에 의해 방해받지 않고 분포 온도를 측정하기 위해 라만 광학 시간 영역 반사 측정법(ROTDR)에 사용할 수 있습니다.

하이브리드 DFOS 시스템은 세 가지 다른 산란 방식을 통합합니다. 레일리 산란은 진동 감지에 사용되며 브릴루앙 산란 과정의 프로브 역할을 하여 온도 및 변형률 측정을 실현합니다. 라만 산란은 온도-변형 교차 감도를 극복하는 데 사용됩니다. 펄스 코드 변조는 매우 가까운 광학 주파수를 사용하여 두 펄스의 라만 산란을 분리하는 데 사용됩니다. 이러한 방식으로 단일 엔드 단순화된 하이브리드 DFOS 시스템은 동시 다중 매개변수 측정에 성공적으로 작동합니다.

하이브리드 시스템은 9km 길이의 단일 모드 광섬유를 따라 온도, 변형률 및 진동을 측정하는 능력과 우수한 측정 정확도를 보여줍니다.

추가 정보: Linjing Huang 외, 단일 엔드 하이브리드 Rayleigh Brillouin 및 Raman 분산 광섬유 감지 시스템, Light: Advanced Manufacturing(2023). DOI: 10.37188/lam.2023.016

창춘광학연구소, 정밀기계물리학연구소, CAS의 Light Publishing Center 제공