O sensoriamento de fibra óptica distribuída (DOFS) é atualmente uma tecnologia madura que permite 'transformar' uma fibra óptica convencional em uma matriz contínua de sensores individuais, que são distribuídos ao longo de seu comprimento. Entre a panóplia de técnicas desenvolvidas no campo do DOFS, aqueles baseados em refletometria óptica de domínio de tempo sensível à fase (ΦOTDR) ganharam muita atenção, principalmente devido à sua capacidade de medir deformações e perturbações de temperatura em tempo real. Esses recursos exclusivos, junto com outras vantagens de sensores distribuídos (peso reduzido, imunidade eletromagnética e tamanho pequeno) tornam os sensores ΦOTDR uma excelente solução para monitorar grandes infraestruturas (como pontes e dutos), especialmente ao considerar que seus custos variam inversamente ao número de pontos de detecção, e sua resolução pode atingir alguns metros.

Em um novo artigo publicado em Ciência leve e aplicações , uma equipe de cientistas da Universidade de Alcalá, A Universidade Jaume I e o Conselho de Pesquisa Espanhol (CSIC) apresentam um novo interrogador de fibra óptica para conduzir ΦOTDR. É baseado em uma técnica interferométrica bem conhecida que emprega dois pentes de freqüência óptica mutuamente coerentes. Este novo interrogador permite a detecção de tensão e / ou temperatura com resoluções na escala de cm em uma faixa de até 1 km (ou seja, fornece> 104 pontos de detecção distribuídos ao longo da fibra óptica). Tendo em vista os resultados relatados, esta abordagem abre a porta para DOFS de baixo custo em aplicações de curto alcance e alta resolução, tais como monitoramento da integridade da estrutura de componentes aeroespaciais e vigilância da produção do poço, que até agora têm um custo proibitivo.

A técnica apresentada no artigo, chamado de ΦOTDR estendido no tempo (TE-ΦOTDR), depende do uso de um pente de frequência óptica ultradensa, inteligentemente projetado, para sondar uma fibra de detecção. Um sinal de retorno fraco é então originado pelo espalhamento elástico experimentado pela luz. Este sinal é detectado fazendo-o interferir em um segundo pente, que tem uma largura de banda e codificação de fase espectral semelhante à da sonda, mas um espaçamento entre dentes diferente. O resultado é uma interferência multi-heteródina que produz uma "extensão de tempo" dos sinais detectados (veja a Figura). No domínio da frequência, este processo pode ser entendido como uma 'conversão descendente' de frequência (um mapeamento óptico para elétrico). No esquema dual-comb desenvolvido para DOFS, ambos os pentes são gerados a partir do mesmo laser de onda contínua, graças a um par de moduladores eletro-ópticos acionados por um único gerador de forma de onda arbitrário.

Algumas características notáveis ​​deste esquema são:(i) a flexibilidade no desenho dos favos, que permite ao usuário atingir o desempenho desejado para o sensor; (ii) a largura de banda de detecção reduzida (no regime sub-megahertz para resolução centimétrica acima de 200 metros), que é uma consequência da extensão de tempo experimentada pelos sinais detectados; e (iii) a capacidade de maximizar a potência injetada na fibra de detecção. Este último recurso é fundamental para realizar sensoriamento distribuído real, dada a extrema fraqueza do fenômeno de espalhamento elástico. Ao introduzir um perfil de fase aleatório controlado nos favos gerados, a potência de pico dos sinais ópticos pode ser minimizada, enquanto preserva uma alta potência média para melhorar a relação sinal / ruído do sensor. Além disso, a fase codificada é desmodulada automaticamente após a detecção, não exigindo pós-processamento adicional.

"O esquema de detecção baseado em um esquema convencional de pente duplo nos permite alcançar resoluções em escala de cm em faixas de detecção de algumas centenas de metros, enquanto mantém uma taxa de medição de dezenas de hertz. No papel, também introduzimos uma estratégia para estender significativamente a faixa de detecção sem reduzir a taxa de amostragem acústica. A ideia básica é empregar dois pentes de frequência com espaçamento entre dentes muito diferente, portanto, os sinais de tempo gerados têm períodos de razão quase inteira. Este esquema, anteriormente aplicado ao campo da espectroscopia, permite medir fibras de até 1 km de comprimento com resolução espacial de 4 cm. Isso significa 25, 000 pontos de detecção individuais ao longo da fibra. Essa melhoria de desempenho custa aumentar em certa medida a largura de banda de detecção (até alguns megahertz), bem como a complexidade do algoritmo de processamento, embora ainda retenha as vantagens fundamentais do método. "

"As técnicas apresentadas expõem uma arena de operação completamente nova para sensores dinâmicos baseados em ΦOTDR, que se limitava a campos que exigiam detecção ao longo de dezenas de quilômetros e resoluções em escala de metros para surgir como uma solução vantajosa. Os resultados demonstrados no artigo são uma etapa promissora para projetar sensor distribuído fornecendo velocidade de aquisição rápida, largura de banda de detecção pequena e resolução espacial nítida, "acrescentaram.