Distributed fiber optic strain sensing for crack detection with Brillouin shift spectrum back analysis

材料科学 反射计 布里渊区 布里渊散射 光纤 光学 图像分辨率 分布式声传感 声学 光纤传感器 时域 计算机科学 物理 计算机视觉
作者
Ruonan Ou,Linqing Luo,Kenichi Soga
出处
期刊:Structural Health Monitoring-an International Journal [SAGE Publishing]
卷期号:23 (4): 2636-2649
标识
DOI:10.1177/14759217231206857
摘要

Material cracking is one of the key mechanisms contributing to structural failure. Distributed fiber optic sensing (DFOS) can measure the strain profile along optical fiber distributively. However, the conventional strain measurement using a Brillouin-DFOS system (Brillouin optical time-domain analysis/reflectometry (BOTDA/R)) has a decimeter-order spatial resolution, making it difficult to measure the highly localized strain generated by a sub-millimeter crack. This paper introduces a crack analysis method based on decomposing the Brillouin scattering spectrum to overcome the spatial resolution induced crack measurement limitation of the BOTDA/R system. The method uses the non-negative least squares algorithm to back-calculate the strain profile within the spatial resolution around each measurement point. The performance of this method is verified by a four point bending test of a brittle slag cement-cement-bentonite beam. The crack width estimation error is improved to ±0.005 mm for a crack as narrow as 0.76 mm.
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