Passive polarisierte Faseroptik-Sensorik: Zuverlässige, kosteneffiziente OFDR-Lösungen

Optical Frequency Domain Reflectometry (OFDR) Faseroptik-Sensorik hat sich als hochvorteilhaft für live, simultane, multipunktuelle Überwachung in vielen Bereichen etabliert. Eine kritische Schwäche interferometrischer Faseroptik-Sensormethoden ist ihre Anfälligkeit für Fehler durch externe Einflüsse, die Doppelbrechung in polarisiertem Laserlicht einführen. Derzeit kann dies durch aktive Polarisationskontrolle gemildert werden, doch die Hardware ist kostspielig und erfordert signifikant mehr Komponenten, die sich in Anzahl und Kosten mit zunehmender Sensorzahl vervielfachen.

Herausforderung

OFDR-Sensorfasern haben viele Sensierpunkte entlang ihrer Länge und können so konfiguriert werden, dass sie gleichzeitig viele Größen messen: verteilte Dehnung, Temperatur, chemische Präsenz. Nicht-polarisierte OFDR leidet unter Verzerrung der Laserlichtpolarität an Verbindungen, Komponenten, Biegungen und besonders an Stellen entlang der Sensorfasern, wo harte Umgebungsfaktoren die Kristallstruktur der Faser physikalisch beeinflussen können.

Lösung: Passives polarisiertes System

Ein neues passives polarisiertes Faseroptik-Sensorsystem wurde entwickelt, das dieselben Ergebnisse liefert wie ein aktives Polarisationssystem, mit minimalem zusätzlichen Hardwareaufwand, unabhängig von der Sensorkapazität. Die Technologie kombiniert optische Algorithmen und kommerziell verfügbare Komponenten, um verschiedene Polarisationszustände (Doppelbrechung) zu identifizieren und Daten auf diesen Verzerrungseffekt zu filtern, indem ein Sensorsystem geschaffen wird, das zu 100 % polarisationsdivers ist. Das Ergebnis ist die Eliminierung von Messfehlern durch Polarisationswirkungen im Faseroptiksystem. Zudem kann die Technologie Polarisationsänderungen entlang einer Sensorenkette präzise verfolgen und könnte für neue Sensortypen wie Druck, Torsion und Biegung entlang der Sensoreaser nützlich sein.

Funktionsprinzip

Der Ansatz trennt das Signal in drei 60-Grad-Polarisationen mithilfe einer kommerziellen 3-Achsen-Polarisationsfilteranordnung. Das von einer Sensoreaser zurückkehrende Licht wird in drei gleiche Teile aufgeteilt und jedes Drittel linear gefiltert, bevor es optoelektronisch umgewandelt und verstärkt wird. Die linearen Filter auf den drei Splitterausgängen sind bei 0°, 60° und 120° bezüglich des Querschnitts der aus dem Splitter austretenden Fasern positioniert. Die Information aus den drei Signalen wird verarbeitet, um ein gründliches Verständnis der doppelbrechenden Effekte über die Sensorlänge zu erhalten.

Vorteile

Diese Technik bietet dieselben Vorteile wie aktive Polarisationskontrolle mit sehr geringen Änderungen an der vorhandenen Hardware traditioneller OFDR-Systeme. Die Hardware für den neuen Ansatz ist günstiger als ein OFDR-System mit aktiver Polarisationskontrolle, da günstigere, passive, nicht-polarisierte Komponenten dieselben Ergebnisse erzielen.

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