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Enhanced Distributed Fiber Optic Vibration Sensing and Simultaneous Temperature Gradient Sensing Using Traditional C-OTDR and Structured Fiber with Scattering Dots

  • We present results demonstrating several beneficial effects on distributed fiber optic vibration sensing (DVS) functionality and performance resulting from utilizing standard single mode optical fiber (SMF) with femtosecond laser-inscribed equally-spaced simple scattering dots. This modification is particularly useful when using traditional single-wavelength amplitude-based coherent optical time domain reflectometry (C-OTDR) as sensing method. Local sensitivity is increased in quasi-distributed interferometric sensing zones which are formed by the fiber segments between subsequent pairs of the scattering dots. The otherwise nonlinear transfer function is overwritten with that of an ordinary two-beam interferometer. This linearizes the phase response to monotonous temperature variations. Furthermore, sensitivity fading is mitigated and the demodulation of low-frequency signals is enabled. The modification also allows for the quantitative determination of local temperature gradientsWe present results demonstrating several beneficial effects on distributed fiber optic vibration sensing (DVS) functionality and performance resulting from utilizing standard single mode optical fiber (SMF) with femtosecond laser-inscribed equally-spaced simple scattering dots. This modification is particularly useful when using traditional single-wavelength amplitude-based coherent optical time domain reflectometry (C-OTDR) as sensing method. Local sensitivity is increased in quasi-distributed interferometric sensing zones which are formed by the fiber segments between subsequent pairs of the scattering dots. The otherwise nonlinear transfer function is overwritten with that of an ordinary two-beam interferometer. This linearizes the phase response to monotonous temperature variations. Furthermore, sensitivity fading is mitigated and the demodulation of low-frequency signals is enabled. The modification also allows for the quantitative determination of local temperature gradients directly from the C-OTDR intensity traces. The dots’ reflectivities and thus the induced attenuation can be tuned via the inscription process parameters. Our approach is a simple, robust and cost-effective way to gain these sensing improvements without the need for more sophisticated interrogator technology or more complex fiber structuring, e.g., based on ultra-weak FBG arrays. Our claims are substantiated by experimental evidence.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Konstantin HickeORCiD, René Eisermann, Sebastian Chruscicki
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Sensors
Jahr der Erstveröffentlichung:2019
Organisationseinheit der BAM:8 Zerstörungsfreie Prüfung
8 Zerstörungsfreie Prüfung / 8.6 Faseroptische Sensorik
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:MDPI
Verlagsort:Basel, Switzerland
Jahrgang/Band:19
Ausgabe/Heft:19
Erste Seite:4114
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurbau
Freie Schlagwörter:C-OTDR; DTGS; DVS; Distributed temperature gradient sensing; Distributed vibration sensing; Fiber optic sensors; Fiber structuring; Fs-inscription; OTDR; Phase-sensitive
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Infrastruktur
DOI:10.3390/s19194114
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-499281
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:09.12.2019
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:09.12.2019
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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