新方法增强布里渊光纤传感技术在基础设施监测领域的应用

布里渊散射是一种由热产生的声波振动对光进行非弹性散射的现象。基于布里渊的光纤传感可通过确定光在各种刺激下的散射情况来测量温度和应变分布。

这种方法应用于相关域技术（如布里渊光学相关域分析和布里渊光学相关域反射仪 (BOCDR)）时尤为有效，可提供高空间分辨率和各种测量点的随机可及性。布里渊光学相关域反射仪利用自发布里渊散射，可实现单端接入，使其成为传感应用的多功能工具。

在 BOCDR 中，空间分辨率由光的调制幅度和频率决定。精确测量与峰值光强相关的调制幅度通常需要昂贵而笨重的设备，如光学光谱分析仪或外差探测系统。这些要求使实验装置复杂化，并增加了成本。

由芝浦工业大学（SIT）副教授 Heeyoung Lee 带领，包括同样来自芝浦工业大学的 Keita Kikuchi 和横滨国立大学的 Yosuke Mizuno 在内的一组日本研究人员最近开发出一种新方法来克服这一问题。他们的论文发表在《科学报告》（Scientific Reports）杂志上，并于2024年4月6日在线发表。

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一种无需额外器件即可准确估计调制幅度并确定BOCDR空间分辨率的新方法。

Lee博士说："我们开发了一种新方法，无需额外设备或修改实验装置，就能准确估计决定 BOCDR 空间分辨率的调制幅度"。

研究人员利用瑞利散射来估算调制幅度。瑞利散射是光与小于其波长的粒子相互作用时发生散射的现象。

通过分析瑞利散射引起的噪声频谱宽度，他们可以测量光的调制幅度，而不受光纤长度的影响，同时还能获得高频分辨率。这种创新方法只需利用带有电子频谱分析仪的 BOCDR 设置来测量瑞利噪声成分，易于实施，提高了整个过程的便利性。

Lee博士在谈到他们工作的长期影响时说："民用基础设施的老化和地震损坏是重大的社会挑战。光纤传感技术为监测这些基础设施的结构完整性提供了一种前景广阔的解决方案。通过在结构上嵌入长光纤，可以检测光纤沿线的应变和温度分布。利用布里渊散射感应分布式应变和温度可提供高灵敏度和稳定的数据。我们的新方法不需要额外的设备，简化了过程并降低了成本"。

研究小组的方法有望推动 BOCDR 在监测和确保关键基础设施的安全性和可靠性方面的应用。

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