Investigating the coupling efficiency and attenuation of guided waves in D-shaped optical fibers
Strukturalny monitoring obiektów inżynierskich (structural health monitoring, SHM) oparty na falach mechanicznych propagujących się w ich strukturze (guided waves, GW) wzbudza w ostatnich latach duże zainteresowanie, szczególnie w odniesieniu do konstrukcji cienkościennych. Fale GW są bardzo atrakcyjne, ponieważ umożliwiają inspekcję dużych obszarów struktury przy użyciu niewielkiej liczby dyskretnych czujników oraz wykazują czułość na trudno dostrzegalne uszkodzenia mechaniczne. Wykorzystanie czujników światłowodowych z siatką Bragga (fiber Bragg grating, FBG) do detekcji fal GW zyskuje coraz większą uwagę. Czujniki FBG wykazały szereg unikalnych właściwości, takich jak możliwość budowania czujników zdalnych, sprzężenia akustycznego czy filtrowania modów. Jednak ich zastosowanie do detekcji fal GW było dotychczas ograniczone ze względu na niewystarczającą czułość i niską powtarzalność działania czujników. Powodem jest stosowanie czujnika wykonanego w cylindrycznym, standardowym jednomodowym światłowodzie telekomunikacyjnym (SMF), dla którego powierzchnia kontaktu z konstrukcją badaną jest niewielka, stąd wpływ fal mechanicznych (tzw. sprzężenie) na czujnik jest znikome. Rozwiązaniem tego problemu jest zastosowanie światłowodu typu D, z tzw. ściętym płaszczem, który umożliwia zwiększenie powierzchni kontaktu i poprawę sprzężenia, a więc i poprawę czułości. W prezentowanej pracy po raz pierwszy zbadano efektywność sprzężenia oraz tłumienie fal GW w światłowodach typu D z wykorzystaniem analizy numerycznej i eksperymentalnej. W części eksperymentalnej zastosowano skanujący laserowy wibrometr dopplerowski (scanning laser Doppler vibrometer, SLDV) oraz czujniki FBG w konfiguracji filtrowania krawędziowego (edge filtering configuration). Uzyskane wyniki wskazują, że efektywność sprzężenia dla światłowodu typu D wzrosła o 50% w porównaniu ze światłowodem SMF, podczas gdy charakterystyki tłumienia są porównywalne. Zwiększona efektywność sprzężenia może umożliwić szersze wykorzystanie światłowodów typu D w systemach monitoringu konstrukcji (SHM) opartych na falach GW.
Artykuł:
Measurement
Autorzy z PW:
Alicja Anuszkiewicz
Rok wydania: