Eine Zufällige Verschiebungsmessung durch Kombination einer magnetischen Skala und zwei Faser-Bragg-Gitter

Summary

Ein Protokoll zur Erstellung eines linearen Verdrängungssensors mit vollem Umfang, das zwei verpackte Faser-Bragg-Gitterdetektoren mit einer magnetischen Skala kombiniert, wird vorgestellt.

Abstract

Fernverschiebungsmessungen mit optischen Fasern waren schon immer eine Herausforderung sowohl in der Grundlagenforschung als auch in der industriellen Produktion. Wir entwickelten und charakterisierten einen temperaturunabhängigen Faser-Bragg-Gittersensor (FBG) basierenden Zufallsverschiebungssensor, der eine magnetische Skala als neuartigen Übertragungsmechanismus annimmt. Durch die Detektion von Verschiebungen von zwei FBG-Mittelwellenlängen kann eine Vollbereichsmessung mit einer magnetischen Skala erreicht werden. Zur Identifizierung der Drehrichtung des Motors im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn (in der Tat die Bewegungsrichtung des zu prüfenden Objekts) besteht eine sinusförmige Beziehung zwischen der Verschiebung und der mittleren Wellenlängenverschiebung des FBG; Wenn sich die Drehung gegen den Uhrzeigersinn abwechselt, zeigt die mittlere Wellenlängenverschiebung des zweiten FBG-Detektors eine führende Phasendifferenz von etwa 90° (+90°). Wenn sich die Drehung im Uhrzeigersinn abwechselt, zeigt die mittlere Wellenlängenverschiebung der zweiten FBG eine Verzögerungsphasendifferenz von etwa 90° (-90°) an. Gleichzeitig sind die beiden FBG-basierten Sensoren temperaturunabhängig. Wenn ein Fernmonitor ohne elektromagnetische Störungen benötigt wird, macht dieser auffällige Ansatz sie zu einem nützlichen Werkzeug zur Bestimmung der zufälligen Verschiebung. Diese Methode ist für die industrielle Produktion geeignet. Da die Struktur des gesamten Systems relativ einfach ist, kann dieser Verdrängungssensor in der kommerziellen Produktion eingesetzt werden. Darüber hinaus ist es ein Verschiebungssensor, kann es verwendet werden, um andere Parameter zu messen, wie Geschwindigkeit und Beschleunigung.

Introduction

Optische faserbasierte Sensoren haben große Vorteile, wie Flexibilität, Wellenlängenteilungsmultiplexing, Fernüberwachung, Korrosionsbeständigkeit und andere Eigenschaften. Somit hat der optische Faserverschiebungssensor breite Anwendungen.

Zur Realisierung gezielter linearer Verschiebungsmessungen in komplexen Umgebungen werden verschiedene Strukturen der optischen Faser (z.B. das Michelson Interferometer¹, das Fabry-Perot Hohlrauminterferometer², das Faser-Bragg-Gitter³, Biegeverlust⁴) wurden in den letzten Jahren entwickelt. Der Biegeverlust erfordert die Lichtquelle in einer stabilen Station und ist für Umweltschwingungen ungeeignet. Qu et al. haben einen interferometrischen faseroptischen Nanoverschiebungssensor entwickelt, der auf einer Kunststoff-Doppelkernfaser basiert, deren Ende mit einem silbernen Spiegel beschichtet ist; es hat eine Auflösung von 70 nm⁵. Ein einfacher Verschiebungssensor, der auf einer gebogenen Singlemode-Multimode-Singlemode-Faserstruktur (SMS) basiert, wurde vorgeschlagen, um die Einschränkungen bei der Messung des Verschiebungsbereichs zu überwinden. es erhöhte die Verdrängungsempfindlichkeit um drei Fachen mit einem Bereich von 0 bis 520 m⁶. Lin et al. präsentierten ein Verdrängungssensorsystem, das die FBG mit einer Feder kombiniert; die Ausgangsleistung ist mit der Verschiebung von 110-140 mm⁷ungefähr linear. Ein Faser-Fabry-Perot-Verschiebungssensor hat einen Messbereich von 0-0,5 mm mit einer Linearität von 1,1% und einer Auflösung von 3 m⁸. Zhou et al. berichteten über einen weiträumigen Verdrängungssensor, der auf einem faseroptischen Fabry-Perot-Interferometer für Subnanometermessungen basiert, bis zu 0,084 nm über einen Dynamikbereich von 3 mm⁹. Ein Faseroptik-Verschiebungssensor auf Basis der reflexiven Intensitätsmodul-Technologie wurde mit einem Faserkollimator demonstriert; dieser hatte einen Erfassungsbereich von über 30 cm¹⁰. Obwohl optische Fasern in vielen Arten von Verdrängungssensoren hergestellt werden können, nutzen diese faserbasierten Sensoren in der Regel die Zuggrenze des Materials selbst, was ihre Anwendung bei Weitbereichsmessungen einschränkt. So werden in der Regel Kompromisse zwischen messbereich und Sensitivität gemacht. Darüber hinaus ist es schwierig, die Verschiebung zu bestimmen, da verschiedene Variablen gleichzeitig auftreten; insbesondere die Kreuzempfindlichkeit der Dehnung und Temperatur kann die experimentelle Präzision beschädigen. Es gibt viele Diskriminierungstechniken, die in der Literatur berichtet werden, wie die Verwendung von zwei verschiedenen Sensorstrukturen, die Verwendung einer einzigen FBG, die durch verschiedene Klebstoffe halb gebunden ist, oder die Verwendung spezieller glasfaserverstärkung. Daher erfordert die Weiterentwicklung von optischen Faserverschiebungssensoren eine hohe Empfindlichkeit, eine geringe Größe, eine große Stabilität, volle Reichweite und Temperaturunabhängigkeit.

Hier ermöglicht die periodische Struktur der Magnetskala eine Vollbereichsmessung. Es wird eine zufällige Verschiebung ohne begrenzten Messbereich mit einer magnetischen Skala erreicht. In Kombination mit zwei FBGs konnten sowohl die Temperaturquerempfindlichkeit als auch die Identifikation für die Bewegungsrichtung gelöst werden. Verschiedene Schritte innerhalb dieser Methode erfordern Präzision und Liebe zum Detail. Das Protokoll der Sensorfertigung wird im Detail wie folgt beschrieben.

Protocol

1. Herstellung des Faser-Bragg-Gitters

1. Um die Lichtempfindlichkeit des Faserkerns zu verbessern, legen Sie eine Standard-Single-Mode-Faser für 1 Woche in einen wasserstoffbelasteten luftdichten Kanister.
2. Fertigen Sie das Faser-Bragg-Gitter mit der Scanning-Phase-Masken-Technik und einem frequenzverdoppelten, kontinuierlichen Wellen-Argon-Ionen-Laser bei einer Wellenlänge von 244 nm.
   1. Konzentrieren Sie sich auf die optische Faser mit einer zylindrischen Linse und einem ultravioletten (UV) Laserstrahl. Bedrucken Sie das Gitter (periodische Modulation des Brechungsindex) im lichtempfindlichen Kern mit einer Phasenmaske (parallel zur Faserachse), die vor der Faser platziert ist. Die Lichtleistung des Lasers ist geformt und senkrecht zur Phasenmaske. Platzieren Sie die Faser an der Position des s1-Auftrags diffracted Licht für UV-Belichtung.
3. Nach der UV-Inschrift legen Sie die beiden Faser-Bragg-Gitter in einen 100 °C-Ofen für 48 h, um restliche Wasserstoff zu entfernen, bis die Reflektivität des Fasergitters um 10 % reduziert wird, die 3 dB Bandbreite um 0,1 nm reduziert wird und die mittlere Wellenlänge um 0,8 nm verschoben wird. Dieser Schritt wird als Glühverarbeitung bezeichnet. Die Parameter der FBG ändern sich nach der Glühverarbeitung nicht.
   HINWEIS: Die zentralen Wellenlängen dieser beiden FBGs sind 1.555,12 nm (1,FBG) und 1.557,29 nm (2-FBG) mit Gitterlängen von 5 mm.

2. Vorbereitung der Magnetskala und der passenden Klemme

1. Bestimmen Sie die Größe des Permanentmagneten gemäß dem zuvor beschriebenen Entwurf⁸. Die Beschreibung des Permanentmagneten ist in Tabelle 1dargestellt.
2. Entwerfen Sie den Schlitz der magnetischen Skala, dessen Dimension dem Permanentmagneten entspricht, wie in Abbildung 1dargestellt.
   1. Bestätigen Sie die Abmessung der passenden Klemme und stellen Sie einen Abstand von 22,5 mm zwischen den beiden Schlitzen in der Klemme ein. Um Magnetfeldstörungen zu entfernen, besteht die Klemme aus Edelstahl.
   2. Stellen Sie einen Abstand von 10 mm der Steigung in der magnetischen Skala () ein, um die Bewegungsrichtung zu unterscheiden, und legen Sie einen Abstand von 22,5 mm ((2+1/4)- zwischen den beiden Detektoren fest. Zwei Detektoren können die Verschiebungscharakteristik nach den folgenden Formeln erhalten, die sinusförmige Funktionsschwankungen durch eine Phasendifferenz von 90° erreichen können, wobei x die Verschiebung ist, F_1-FBG und F2 _#FBG sind die magnetische Kraft der beiden Detektoren, und B ist eine Konstante. Die Struktur der Magnetskala und ihre passende Klemme sind in Abbildung 1dargestellt.
      
3. Setzen Sie Permanentmagnete in die Schlitze der Klemme, wobei das magnetische N/S abwechselnd angeordnet ist. Zylindrische Permanentmagnete werden nur in axialer Richtung magnetisiert, und sein magnetischer Vektor beträgt 750 kA/m.

3. Herstellung des Verdrängungssensors

1. Bereiten Sie eine Mischung aus wärmehärtebarem Faseroptikepoxid (Klebstoff) vor, indem Sie 100 mg Härter (Komponente A) zu 200 mg Harz (Komponente B) hinzufügen, wie in Abbildung 2dargestellt.
2. Messen Sie den Abstand des Faser-Pigtails, etwa 10 mm zwischen der Stirnfläche des Faser-Pigtails und dem Gitterbereich, und dann, punkten Sie es mit einem Feinpunkt-Marker.
3. Verwenden Sie einen Faseroptik-Stripper, um die Faserbeschichtung zu schälen und sie aus der Markerposition des vorherigen Schritts zu entfernen.
4. Reinigen Sie die Oberfläche des verbleibenden Polymers mit staubfreiem Papier. Positionieren Sie die Klinge eines hochpräzisen Faserspalters senkrecht zum Glasfaserkabel und schneiden Sie es.
5. Legen Sie einen Permanentmagneten auf die Kochplatte und legen Sie eine Feder mit einer Länge von 15 mm über dem Permanentmagneten.
   HINWEIS: Die Länge der Feder ist das Hauptelement der vorgespannten Kraft im nächsten Schritt.
6. Kleben Sie die Faser aus Schritt 3.3 erhalten. Legen Sie den Pigtail der Faser in die Feder, wie in Abbildung 2dargestellt, und härten Sie den Klebstoff (Epoxy #1) 30 min bei 150 °C aus.
   HINWEIS: Diese drei kombinierten Teile werden als 1-Pbezeichnet.
7. Setzen Sie 1-P in das kondienerte Rohr und verwenden Sie Klebeband, um den Permanentmagneten zu fixieren. wie in Abbildung 3dargestellt . Legen Sie den Klebstoff genau über dem Permanentmagneten und härten Sie den Klebstoff (Epoxy #2 ist der gleiche wie Epoxy #1) 30 min bei einer Temperatur von 150 °C aus. Dann tragen Sie die vorgespannte Kraft von Hand auf das Faser-Bragg-Gitter auf; Die Vorspannkraft ermöglicht es, dass sich die Faser in einem nicht biegenden Zustand befindet.
   HINWEIS: Diese kombinierten Teile werden als FBG-Detektor bezeichnet. Der FBG-Detektor ist verantwortlich für die Umwandlung des Signals der magnetischen Kraft in das Signal der Verschiebungsparameter.
8. Entfernen Sie das Klebeband; die Produktion dieses Schritts wird als 2-Pbezeichnet.
9. Spleißen Sie einen Einmodus-Singlemode-Steckverbinder vom Typ APC mit einem Fusionsspleißer nach den Anweisungen des Herstellers an das Ende der 2-P-Faser.
10. Befestigen Sie zwei FBG-Detektoren in den Schlitz der Klemme, und fixieren Sie dann die Klemme an der Verdrängungsplattform.

4. Aufbau des Prüfsystems

1. Schalten Sie den Hochgeschwindigkeits-Wellenlängen-Verhörturm mit dem eingebauten optischen Schalter aus.
2. Schalten Sie die verstärkte spontane Emission (ASE) ein. Führen Sie das Licht in die Eingangs-Ausgangsfaser und propagieren Sie es an den FBG-basierten Verschiebungssensor. Dann reflektiert das vom Sensor modulierte Reflexionsspektren es über die Eingangs-Ausgangsfaser wieder zum Verhörer.
3. Schließen Sie den Verhörer mit einem Ethernet-Kabel, das auf dem UDP-Protokoll basiert, mit dem Computer an den Computer an.
4. Schließen Sie den optischen Zirkulator mit einer Mindestauflösung von 0,02 nm an den optischen Spektrumanalysator (OSA) an, um die Bragg-Wellenlängenverschiebung zu überwachen.
5. Schalten Sie den Schrittmotor mit 24 V ein.
6. Ändern Sie die Drehzahl des Motors, indem Sie den DIP-Schalter des Schrittmotorreglers einstellen. Mit dem externen Steueranschluss kann der Schrittmotorregler in Halbschritt-, Normal- und anderen Antriebsmodi angetrieben werden, wie in Tabelle 2dargestellt, und PWM-Chopperschaltungen ermöglichen eine Schaltmodussteuerung des Stroms in den Wicklungen auf Basis einer MCU.
7. Passen Sie den Abstand zwischen den beiden Detektoren und der magnetischen Skala an.
   1. Stellen Sie ein, bis es eine bessere sinusförmige Kurve zwischen der Verschiebung und dem Magnetfeld gibt.
   2. Passen Sie so lange an, bis es gut beschriebene Methoden gibt, um den besten Abstand¹¹ zu stimulieren, da zylindrische Permanentmagnete mit entgegengesetzten Magnetfeldern nebeneinander angeordnet sind.
      HINWEIS: Es besteht eine sinusförmige Beziehung zwischen der Verschiebung und dem Magnetfeld, wenn ein geeigneter Abstand zwischen der magnetischen Skala und dem Detektor besteht. Die magnetische Kraft hat eine lineare Beziehung zum Magnetfeld. Nach Hookes Gesetz hat Kraft eine lineare Beziehung mit der Dehnung, und die mittlere Wellenlängenverschiebung der FBG ist linear mit der Dehnung, die auf die FBG angewendet wird; somit kann eine sinusförmige Kurve erhalten werden.
   3. Trennen Sie die beiden Detektoren für 22,5 mm voneinander.
      ANMERKUNG:(m x 1/4) entspricht 22,5 mm(m ist eine positive ganze Zahl, m = 2), n ist die Steigung der magnetischen Skala und (m x 1/4) - die Gesamtlänge der magnetischen Skala, wobei n 10 entspricht.

5. Auswertung des entworfenen Verdrängungssensors

1. Stellen Sie den Abstand zwischen dem Detektor und der magnetischen Skala auf 1,5 mm ein und fixieren Sie dann die Klemme.
2. Schließen Sie das APC-Steckerende des Sensors an den Verhördienstanschluss an, und starten Sie die Konfigurationssoftware. Stellen Sie die Abtastfrequenz des Interrogators auf 5 kHz für eine Echtzeitaufzeichnung der FBG-Mittelwellenlänge im Laufe der Zeit. Drücken Sie die Taste, um den Motor jedes Mal in einem Inkrement von 40 m zu steuern (Typ F, wie in Tabelle 2dargestellt). Verschiedene Typen stellen unterschiedliche Schritte dar. Wenn der Motor mit Typ F arbeitet, kann der Motor das kleinste Schrittintervall und die höchste Verdrängungsgenauigkeit aufweisen.
3. Schließen Sie das APC-Anschlussende des Sensors an den OSA-Port an, und starten Sie die Konfigurationssoftware. Ein OSA und ein Vernehmungsbeamter überwachen die zentrale Wellenlängenverschiebung von FBGs. Speichern Sie die Daten aus der statischen Zustandskalibrierung.
4. Wechseln Sie die Drehung des Motors im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn in einem dynamischen Zustand ab. Speichern Sie die Daten wie oben.
5. Setzen Sie den Sensor auf die Kochplatte und führen Sie ein Temperaturkalibrierungsexperiment durch. Ändern Sie die Temperatur der Kochplatte von 25 °C auf 90 °C.
6. Führen Sie eine Datenanalyse durch.
   1. Importieren Sie die Daten im CSV-Format aus dem statischen Kalibrierungsexperiment in MATLAB. Verwenden Sie die Findpeaks-Funktion, um die mittlere Wellenlänge des Faser-Bragg-Gitters zu extrahieren. Verwenden Sie die sinusförmige Funktion aus dem Kurvenanpassungswerkzeug, um die Beziehung zwischen der mittleren Wellenlänge und der Verschiebung anzupassen, wie in Abbildung 5adargestellt. Die passenden Restfehler zwischen den Probenpunkten und der Fitting-Kurve sind ebenfalls in Abbildung 5bdargestellt. Die beiden Fourier-Fitting-Kurven zwischen den mittleren Wellenlängenverschiebungen und der linearen Verschiebung trotz der ursprünglichen Phase sind hier:
      
   2. Importieren Sie die Daten in die Verarbeitungssoftware. Verarbeiten Sie mit dem Kurvenanpassungswerkzeug die Daten aus einer dynamischen Drehung im Uhrzeigersinn (Vorwärtsbewegung) und einer Drehung gegen den Uhrzeigersinn (Rückwärtsbewegung) des Motors (Abbildung 6).
   3. Verarbeiten Sie die Daten aus dem Temperaturkalibrierungsexperiment wie oben (Abbildung 7).

Representative Results

Der Abstand von 1 mm bis 3 mm¹¹zwischen der magnetischen Skala und dem Detektor ermöglichte die Erfassung der linearen Verschiebung mit einer sinusförmigen Funktion. Ein Abstand von 22,5 mm zwischen zwei Detektoren ermöglichte es diesem Ansatz, die Richtung der Bewegung eines Objekts mit einer Phasendifferenz von 90° zu erkennen. Die beiden Detektoren wurden voneinander getrennt für (m x 1/4) (m ist eine positive ganze Zahl) und (m x 1/4) - die Gesamtlänge der magnetischen Skala, wobei in dem hier beschriebenen Experiment n = 10 mm und m = 2 verwendet wird (Abbildung 1). Die Zusammensetzung und Struktur des Verschiebungsdetektors sind in Abbildung 2dargestellt. Der Schlüssel des Verpackungsprozesses besteht darin, eine vorgespannte Kraft auf die FBG anzuwenden; Wenn es eine Bewegung gab, würde sich die magnetische Kraft zwischen der magnetischen Skala und dem Detektor ändern (Abbildung 3), und die Achsspannungsverteilung der FBG wäre gleichmäßig, wenn die Feder gestreckt oder komprimiert würde. Das Messsystem basiert auf der ASE, dem Verhörverarbeiter und dem OSA, die die zentrale Wellenlängensignatur des Sensors charakterisiert(Abbildung 4). Die OSA war mit einer Mindestauflösung von 0,02 nm genauer als der Verhörer, wenn sie das Spektrum statisch misst. OSA hat eine hohe Auflösung; es ist besser geeignet als der Vernehmungsbeamte in statischen Kalibrierexperimenten.

Die Ergebnisse der statischen Kalibrierung (Abbildung 5a) und der entsprechenden Restfehler (Abbildung 5b) zeigten, dass der entworfene Detektor die Untersuchung der zufälligen Verschiebungsposition von seiner besten Seite ermöglicht. Zur Identifikation der Vorwärts- und Inversenbewegungsrichtung des Motors, wie die Vorwärtsbewegung sich ausweicht, weist die mittlere Wellenlängenverschiebung des 2-FBG-Detektors eine führende Phasendifferenz von etwa 90° (+90°) auf. Während sich die inverse Verschiebung abwechselt, zeigte die mittlere Wellenlängenverschiebung der 2-FBG die sinusförmigen Funktionsvariationen durch eine verzögerungsweise Phasendifferenz von etwa 90° (-90°)(Abbildung 6). Die Temperatur-Kreuzempfindlichkeit auf dem vorgeschlagenen Sensor könnte durch eine Differentialsinusfunktion eliminiert werden. Eine positive oder negative Veränderung des Phasenwinkels konnte erzielt werden. Die Richtung der Verschiebung konnte leicht gelöst werden, wie bereits erwähnt¹². Kurz gesagt, die daten aus dem Temperaturkalibrierungsexperiment sind in Abbildung 7dargestellt. Es ist bekannt, dass die Temperaturempfindlichkeit (K_T) beider FBG-Detektoren gleich ist, wenn die Temperaturinterferenz in diesem System nicht ignoriert wird. Die Beziehung zwischen der Verschiebung und den Wellenlängenverschiebungen kann wie folgt ausgedrückt werden; Temperaturkompensation ist daher das Verdienst dieses Systems.

Die Unsicherheit aus der Datenanpassung zeigt, dass die maximale Unsicherheit fast parallel zur maximalen Amplitude der sinusförmigen Anpassungskurve ist. Es kann einige Verbesserungen geben, um die Unsicherheit zu verkleinern, so dass die Unsicherheit die Eigenschaft des Sensors darstellt. Wir nahmen den symmetrischen Punkt (5 mm, eine Position, in der der Detektor in der Polarität der magnetischen Skala gegenübersteht) und die maximale Amplitude (2,5 mm, eine Position, in der der Detektor Polarität zur magnetischen Skala hat) von 1'FBG als Beispiel (siehe Abbildung 5b) ), und die Wiederholbarkeit der Messung (10 Zählungen) ist in Abbildung 8dargestellt. Es ist klar, dass der symmetrische Punkt (5 mm) stabiler war als die maximale Amplitude (2,5 mm), und der maximale Restfehler (7,5 pm) trat bei der maximalen Amplitude (2,5 mm) von 1-FBG auf. Die Genauigkeit der Verschiebungsmessung beträgt 0,69 m.

Automatische Steuerung und Produktion, insbesondere für die Maschinenüberwachung unter schweren ölverseuchten Umständen, benötigen eine glasfaserbasierte lange Verschiebung. So kann der entworfene Optische Fasersensor im Stahl- und Eisenprozess eingesetzt werden.

Abbildung 1: Die magnetische Skala und die passende Klemme. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 2: Zusammensetzung und Struktur des Verschiebungsdetektors. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 3: Methode der angewendeten vorgespannten Kraft während des Verpackens. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 4: Versuchseinstellungen für Verschiebungsmessungen. Das System basiert auf der ASE, dem Verhörverarbeiter und dem OSA, die die zentrale Wellenlängensignatur des Sensors charakterisieren. Diese Figur wird mit Genehmigung von Zhu et al.¹¹nachgedruckt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 5: Statische Kalibrierung und Restfehler. (a) Die Beziehung zwischen der Verschiebung und den beiden FBGs Wellenlängenverschiebung. (b) Der Restfehler der Anpassungskurve zwischen den ursprünglichen Daten und der sinusförmigen Kurve. Diese Figur wird mit Genehmigung von Zhu et al.¹¹nachgedruckt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 6: Identifikation der Drehrichtung des Motors im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn. Diese Figur wird mit Genehmigung von Zhu et al.¹¹nachgedruckt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 7: Die Beziehung zwischen der mittleren Wellenlänge und der Temperatur. Diese Figur wird mit Genehmigung von Zhu et al.¹¹nachgedruckt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 8: Die Wiederholbarkeit der Messung. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

name	rahmen
Magnetischer Grad	N35
Magnetmaterial	Ndfeb
Oberfläche & Beschichtung	nickel
Magnetisierungsrichtung	N/S-Pol auf beiden Seiten des Flugzeugs
größe	D5 x 4 mm
M(Magnetisierung)	750 [kA/m]

Tabelle 1:Beschreibung des Permanentmagneten. Diese Tabelle wird mit Genehmigung von Zhu et al.¹¹nachgedruckt.

drucktype	Schritte	Verdrängung/Schritt (m)
pro	1,600	312
B	2,000	250
c	3,200	156
D	4,000	125
E	6,400	78
f	12,800	40

Tabelle 2: Beschreibung des Microstep-Treibers.

Discussion

Wir haben eine neue Methode für zufällige lineare Verschiebungsmessungen demonstriert, indem wir eine magnetische Skala und zwei Faser-Bragg-Gitter kombiniert haben. Der Hauptvorteil dieser Sensoren ist die zufällige Verschiebung ohne Einschränkung. Die hier verwendete magnetische Skala erzeugte eine Periodizität des Magnetfeldes bei 10 mm, weit über die praktischen Grenzen herkömmlicher optischer Lichtwellenleiter-Verschiebungssensoren, wie die von Lin et al.⁷ und Li et al.⁸erwähnte Verschiebung. Der temperaturabhängige Verdrängungssensor eignet sich auch für Experimente im Bereich der Fernüberwachung.

Die vorgespannte Kraft auf die FBG ist der entscheidende Schritt im Verpackungsprotokoll des FBG-basierten Magnetdetektors. Wenn die Feder gedehnt oder verdichtet wird, wird eine gleichmäßige Achsspannungsverteilung der FBG erreicht. Ein Abstand von(m x 1/4) zwischen zwei Detektoren ist unerlässlich, um sicherzustellen, dass das gesamte System die Bewegungsrichtung erkennt.

Diese neue Verdrängungsmesstechnik erfordert eine reduzierte Vibrationsanfälligkeit. Die Sensoren können auch verbessert werden, indem ihre Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeitsänderungen, die durch die Feder im Detektor beeinflusst werden, reduziert wird. Zukünftige Arbeiten könnten sich auf die Entwicklung von Softwarealgorithmen konzentrieren, um Schwingungszuneigung zu eliminieren. Dieses Verdrängungssensorsystem kann kommerziell verfügbar werden, wenn die Steigung der magnetischen Skala als kommerzielle elektronische magnetische Skala verringert werden kann.

Dieser Sensor kann verwendet werden, um zufällige Verschiebungen ohne Bereichsbeschränkung in Bezug auf bestehende Methoden zu messen. Obwohl sich das Protokoll hier als effektiv als Verdrängungssensor erwiesen hat, kann es auch verwendet werden, um andere Parameter wie Geschwindigkeit und Beschleunigung zu messen.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
ASE	OPtoElectronics Technology Co., Ltd.		1525nm-1610nm
computer	Thinkpad		win10
fiber cleaver/ CT-32	Fujikura		the diameter of 125
fiber optic epoxy /DP420	henkel-loctite		Ratio 2:1
interrogator	BISTU		sample rate:17kHz
motor driver	Zolix		PSMX25
optical circulator	Thorlab		three ports
optical couple	Thorlab		50:50
optical spectrum analyzer/OSA	Fujikura		AQ6370D
permanent magnet	Shanghai Sichi Magnetic Industry Co., Ltd.		D5x4mm
plastic shaped pipe	Topphotonics
power source	RIGOL		adjustable power
single mode fiber	Corning		9/125um
Spring	tengluowujin		D3x15mm
stepper motor controller			JF24D03M