Distributed twist sensing using frequency-scanning φ-OTDR in a spun fiber

扭转 光时域反射计 光学 光纤传感器 材料科学 反射计 干涉测量 光纤 纤维 分布式声传感 渐变折射率纤维 时域 物理 计算机科学 数学 几何学 复合材料 计算机视觉
作者
Can Chen,Zhiyong Zhao,Zhonghong Lin,Yucheng Yao,Yuxuan Xiong,Weijun Tong,Ming Tang
出处
期刊:Optics Express [Optica Publishing Group]
卷期号:31 (11): 17809-17809 被引量:4
标识
DOI:10.1364/oe.482833
摘要

In this paper, a novel distributed twist sensor based on frequency-scanning phase-sensitive optical time-domain reflectometry (φ-OTDR) in a spun fiber is proposed and demonstrated. Owing to the unique helical structure of the stress rods in the spun fiber, fiber twist gives rise to the variation of the effective refractive index of the transmitting light, which can be quantitatively retrieved through frequency shift using frequency-scanning φ-OTDR. The feasibility of distributed twist sensing has been verified by both simulation and experiment. For proof of concept, distributed twist sensing over a 136 m spun fiber with a 1 m spatial resolution is demonstrated, and the measured frequency shift shows a quadratic fitting dependence on the twist angle. In addition, the responses of both clockwise and counterclockwise twist directions have also been explored and the experiment result indicates that the twist direction can be discriminated since the frequency shift directions are opposite in the correlation spectrum. The proposed twist sensor possesses some outstanding advantages, including high sensitivity, distributed twist measurement and twist direction recognition capability, etc., which is very promising for specific applications in industry, e.g., structural health monitoring, bionic robots, etc.
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