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新型藍寶石光纖傳感器能經(jīng)受住聚變和飛行的嚴酷考驗

時間:2022-04-24 11:44:56 來源: cnBeta.COM


據(jù)了解,這項研究的核心傳感器類型為光纖布拉格光柵(FBG)傳感器,它可以用于監(jiān)測光通信系統(tǒng)中的溫度和應(yīng)變等情況。這種光纖通常以二氧化硅光纖的形式存在,但當(dāng)工作溫度低于1000°C時,這種設(shè)計就會出現(xiàn)問題。

由藍寶石纖維制成的FBG則在更高的溫度下?lián)碛懈叩姆€(wěn)定性,它已經(jīng)被證明可以在高達1900°C的溫度下使用,這將使它們可以在極端環(huán)境下使用,如監(jiān)測噴氣發(fā)動機的燃氣輪機。此外,藍寶石抗輻射,這使得它適合在核反應(yīng)堆和太空中使用。

但藍寶石FBG也有自己的問題。雖然這些纖維非常細,測量不到半毫米寬,但這仍比光的波長要厚得多,這就為注入的光在內(nèi)部以不同波長反彈創(chuàng)造了充足的機會。由于傳感器依賴特定波長的反射光來讀取溫度,如這種額外的噪聲會混淆信號,所以這會讓傳感器失效。

為了克服這個問題,牛津大學(xué)的研究小組使用飛秒激光沿著藍寶石光纖蝕刻出一條通道,以引導(dǎo)光線沿著一條直而窄的路徑行進,據(jù)悉,溝槽直徑為百分之一毫米。這使得藍寶石FBG傳感器主要反射單一波長的光。

英國原子能管理局(AEA)的Rob Skilton表示:“這些藍寶石光纖將在聚變能源發(fā)電廠的極端環(huán)境中有許多不同的潛在應(yīng)用。這項技術(shù)有潛力顯著提高該領(lǐng)域未來傳感器和機器人維護系統(tǒng)的能力,并幫助UKAEA實現(xiàn)其向電網(wǎng)提供安全、可持續(xù)、低碳聚變電力的使命。”

目前,藍寶石光纖傳感器的長度只有1厘米長,但研究人員認為,開發(fā)幾米長的版本是完全可能的。在航空航天領(lǐng)域,這將允許對整個噴氣發(fā)動機進行溫度測量,如允許在飛行過程中對發(fā)動機狀況進行調(diào)整以提高飛行效率。

羅爾斯·羅伊斯的大學(xué)研究聯(lián)絡(luò)主任Mark Jefferies表示:“這是一個令人振奮的消息,也是我們跟牛津大學(xué)長期合作取得的又一重要科學(xué)成就。這項基礎(chǔ)研究可以及時實現(xiàn)在惡劣環(huán)境中更高效、更準(zhǔn)確的多點溫度測量并提高控制、效率和安全性。我們期待著跟牛津大學(xué)合作以此探索其潛力。”


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