Fiber-Optic Technology for Fully-Distributed Physical, Chemical, and Biological Sensing

用于全分布式物理、化学和生物传感的光纤技术

基本信息

项目摘要

The objective of the project is to develop an optical fiber sensor technology that will enable fully-distributed simultaneous measurement of physical, chemical, and biological parameters in a single fiber. This approach is based on a novel traveling long period grating (LPG), generated either acoustically or optically in a single-mode fiber. The spatially-localized traveling grating couples the guided optical mode in the fiber core to cladding modes, which then interact with functional coatings on the surface of the fiber to cause the transmitted optical spectrum to shift. Unlike traditional LPGs, which are limited to single-point measurement, the traveling LPG enables fully-distributed sensing. By partitioning of different surface coatings, each of which can have selective response to different parameters, a variety of physical, chemical, and biological parameters can be measured with a single fiber. This research will culminate in a full system demonstration for distributed measurement of various physical, chemical, and biological parameters with one fiber. Future applications of this work include pollution detection in rivers and lakes, chemical-bio terrorism agent detection for a variety of public venues, hydrogen detection in future hydrogen energy systems, and leak detection in long pipelines for various gaseous or liquid chemical delivery.
该项目的目标是开发一种光纤传感器技术,该技术将能够在一根光纤中同时测量物理、化学和生物参数。这种方法是基于一种新型的长周期光栅(LPG),在单模光纤中产生声光光栅。空间定位的行光栅将光纤芯内的导光模式与包层模式耦合,包层模式与光纤表面的功能涂层相互作用,导致传输光谱发生位移。与传统的LPG仅限于单点测量不同,移动LPG可以实现完全分布式的传感。通过分配不同的表面涂层,每一种涂层都可以对不同的参数有选择性的响应,可以用一根纤维测量各种物理、化学和生物参数。这项研究将最终完成一个完整的系统演示,用于用一根纤维进行各种物理、化学和生物参数的分布式测量。这项工作的未来应用包括河流和湖泊的污染检测,各种公共场所的化学-生物恐怖剂检测,未来氢能系统中的氢气检测,以及各种气体或液体化学品输送的长管道中的泄漏检测。

项目成果

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Development of fiber-optic sensor technology for civil engineering applications
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