Um grupo de pesquisa que inclui membros do Instituto de Tecnologia de Tóquio e da Sociedade Japonesa para a Promoção da Ciência desenvolveu um sistema de detecção distribuída de fibra óptica em tempo real para tensão e temperatura. O sistema requer injeção de luz de apenas uma extremidade da fibra e pode atingir uma taxa de amostragem de 100 kHz, uma melhoria de mais de 5, 000 vezes a taxa convencional.

A degradação pelo envelhecimento e os danos sísmicos da infraestrutura civil representam um sério problema para a sociedade. Uma tecnologia promissora para monitorar a condição de estruturas é o sensoriamento por fibra óptica. Ao incorporar longas fibras ópticas em uma estrutura, as distribuições de tensão e temperatura ao longo das fibras podem ser detectadas. Entre os vários tipos de sensores de fibra óptica, Sensores de tensão e temperatura distribuídos baseados no espalhamento de Brillouin têm recebido muita atenção devido à sua alta sensibilidade e estabilidade. Em particular, Reflectometria de domínio de correlação óptica Brillouin (BOCDR), que opera com base no controle de correlação de ondas de luz contínuas, é conhecido por ser uma técnica de detecção distribuída de acesso intrinsecamente unilateral com alta resolução espacial ( <1 cm). Contudo, a maior taxa de amostragem relatada para BOCDR foi de 19 Hz, resultando em um tempo total relativamente longo de medição distribuída (de várias dezenas de segundos a vários minutos). Buscando resolver essa lacuna, pesquisadores Yosuke Mizuno e Kentaro Nakamura do Instituto de Tecnologia de Tóquio, Neisei Hayashi, um bolsista da Sociedade Japonesa para a Promoção da Ciência da Universidade de Tóquio, e seus colaboradores recentemente conseguiram aumentar a taxa de amostragem de BOCDR para 100 kHz, mais de 5.000 vezes a taxa anterior, permitindo a medição distribuída em tempo real. Seu estudo foi publicado na edição de dezembro de 2016 da Light:Ciência e Aplicações .

Em todos os sensores Brillouin, a deformação e dependência de temperatura da mudança de frequência de Brillouin (BFS) é explorada para derivar deformação e temperatura. No BOCDR convencional, o BFS é obtido executando uma varredura de frequência em todo o espectro de ganho de Brillouin (BGS) usando um analisador de espectro elétrico. Assim, a velocidade de varredura do analisador de espectro limita a taxa de amostragem a 19 Hz. Em vez disso, varrendo o espectro de frequência usando um oscilador controlado por voltagem, os pesquisadores conseguiram uma aquisição de maior velocidade (Fig. 1 (a)). Contudo, derivar o BFS do BGS ainda limitava a taxa de amostragem. Para acelerar ainda mais o sistema, o BGS foi convertido em uma forma de onda sinusoidal síncrona usando um filtro passa-banda, permitindo que o BFS seja expresso como seu atraso de fase. Então, usando uma porta lógica OR exclusiva e um filtro passa-baixa, o atraso de fase foi posteriormente convertido em uma tensão, que foi medido diretamente (Fig. 1 (b)).

Uma taxa de amostragem de deformação de até 100 kHz foi experimentalmente verificada pela detecção de uma deformação dinâmica de 1 kHz aplicada em uma posição arbitrária ao longo da fibra. Quando as medições distribuídas foram realizadas em 100 pontos com uma média de 10 vezes, uma taxa de repetição de 100 Hz foi verificada pelo rastreamento de uma onda mecânica propagando-se ao longo da fibra (Fig. 2). Assim, os pesquisadores foram os primeiros a obter detecção de Brillouin distribuída em tempo real com acesso único. Um vídeo de demonstração do sistema está disponível online.

Prevê-se que o sistema de detecção seja benéfico no monitoramento da integridade de várias estruturas, variando de edifícios e pontes a pás de moinhos de vento e asas de aeronaves. O sistema também tem aplicações potenciais em robótica, atuando como "nervos" eletrônicos para detecção de toque, distorção, e mudança de temperatura.