基于相干相位敏感光时域反射技术的轻量化分布式光纤加速度传感器及其在风力涡轮机健康监测中的应用

《IEEE Photonics Journal》：Distributed Acceleration Sensing via Heterodyne Coherent OTDR with Lightweight Compact Fiber Loops

　　得益于固有的抗电磁干扰能力和耐腐蚀特性，光纤加速度计已成为结构健康监测的重要工具，尤其适用于风力涡轮机叶片和飞机蒙皮等结构。传统方案主要依赖于离散的点式配置或带有外部惯性质量的笨重机械换能器。然而，单点式光纤加速度计在捕捉加速度的空间分布方面存在局限，而额外的质量则限制了其在对轻量化设计有高度需求的蒙皮结构监测中的应用。针对这些局限，我们提出了一种基于外差相干相位敏感光时域反射技术（?-OTDR）的轻量化分布式加速度传感方案，该方案将紧凑型光纤环路嵌入到薄型环氧基体中。所制备的传感器单元具有超紧凑的外形（直径50毫米）和可忽略不计的重量（仅0.64克），可实现无缝部署。该传感蒙皮可直接将结构振动耦合为光相位变化，无需辅助惯性组件。实验结果表明，系统在50至600赫兹的带宽范围内具有稳定的线性响应，灵敏度高达4.05弧度/克。在最大4.0克的测量范围内，最小可分辨加速度估计为328微克，展示了其在风力涡轮机健康监测中检测早期结构异常的能力。此外，该系统在10公里的传感距离上实现了定量多点检测，为下一代风力涡轮机叶片和输送管道的监测提供了一种可扩展且抗电磁干扰的解决方案。