Name: Misurazione a spostamento casuale combinando una scala magnetica e due griglie in fibra Bragg (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-09-30T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 s
Description: Scopri la misurazione a spostamento casuale con scala magnetica e griglie in fibra Bragg per sensori ottici indipendenti dalla temperatura. Questo metodo consente misurazioni precise di spostamento a lunga distanza in ambienti industriali.

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Gli autori ringraziano il Laboratorio di ottica per le loro attrezzature e sono grati per il sostegno finanziario attraverso il Programma per Changjiang Scholars e Innovative Research Team in Università e il Ministero dell'Istruzione della Cina.

1. Fabbricazione della fibra Bragg grating
<ol><li>Per migliorare la fotosensibilità del nucleo in fibra, mettere una fibra standard a modalità singola in un contenitore ermetico carico di idrogeno per 1 settimana.</li>
	<li>Fabbricare la griglia in fibra Bragg utilizzando la tecnica di scansione della maschera di fase e un laser a zigonione ad onde continue con una frequenza doppiata ad una lunghezza d'onda di 244 nm.<ol>
<li>Concentrarsi sulla fibra ottica con una lente cilindrica e un fascio laser ultravioletto (UV). Imprint la grattugia (modulazione periodica dell'indice di rifrazione) nel nucleo fotosensibile utilizzando una maschera di fase (parallela con l'asse della fibra) posta davanti alla fibra. L'uscita luminosa del laser è sagomata e perpendicolare alla maschera di fase. Posizionare la fibra nella posizione della luce differenziata di ordine 1 per l'esposizione ai raggi UV.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Dopo l'iscrizione UV, inserire le due griglie Bragg in fibra in un forno a 100 gradi centigradi per 48 h per rimuovere l'idrogeno residuo, fino a quando la riflettività della griglia in fibra non viene ridotta del 10%, la larghezza di banda 3 dB viene ridotta di 0,1 nm e la lunghezza d'onda centrale viene spostata di 0,8 nm. Questo passaggio è denominato elaborazione dell'annealing. I parametri di FBG non cambieranno dopo l'elaborazione dell'annealing. NOTA: le lunghezze d'onda centrali di questi due FBG sono 1.555.12 nm (1-FBG) e 1.557.29 nm (2-FBG) con lunghezze di grata di 5 mm.</li>
</ol>2. Preparazione della scala magnetica e del morsetto corrispondente
<ol><li>Determinare la dimensione del magnete permanente in base al disegno descritto in precedenza8. La descrizione del magnete permanente è illustrata nella Tabella 1.</li>
	<li>Progettare lo slot della scala magnetica, la cui dimensione corrisponde al magnete permanente, come illustrato nella Figura 1.<ol>
<li>Confermare la quota del morsetto corrispondente e impostare una distanza di 22,5 mm tra i due slot nel morsetto. Al fine di rimuovere l'interferenza del campo magnetico, il morsetto è fatto di acciaio inossidabile.</li>
		<li>Impostare una distanza di 10 mm del passo nella scala magnetica (z) per distinguere la direzione di movimento, e impostare una distanza di 22,5 mm ((2,1/4) ) tra i due rivelatori. Due rivelatori possono ottenere la caratteristica di spostamento in base alle seguenti formule, che possono ottenere variazioni di funzione sinusoidale da una differenza di fase di 90, dove x è lo spostamento, F1-FBG e F2 #FBG sono la forza magnetica dei due rivelatori, e B è una costante. La struttura della scala magnetica e il morsetto corrispondente sono illustrati nella Figura 1. <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/58182/58182eq1.jpg">
</li>
	</ol>
</li>
	<li>Mettere magneti permanenti nelle fessure del morsetto, con il magnetico N/S disposti alternativamente. I magneti permanenti cilindrici sono magnetizzati solo nella direzione assiale e il suo vettore magnetico è di 750 kA/m.</li>
</ol>3. Fabbricazione del sensore di spostamento
<ol><li>Preparare una miscela di epossidica in fibra ottica termonica (colla) aggiungendo 100 mg di induritore (Componente A) a 200 mg di resina (Componente B), come illustrato nella Figura 2.</li>
	<li>Misurare la distanza di codino in fibra, circa 10 mm tra la faccia finale della coda di maiale in fibra e la regione di grata, quindi, segnarlo con un marcatore punto fine.</li>
	<li>Utilizzare una spogliarellista in fibra ottica per sbucciare il rivestimento in fibra e spogliarlo dalla posizione del marcatore del passo precedente.</li>
	<li>Pulire la superficie di qualsiasi polimero rimanente con carta priva di polvere. Posizionare la lama di una mannaia in fibra ad alta precisione perpendicolare al cavo in fibra ottica e tagliarla.</li>
	<li>Mettere un magnete permanente sulla piastra calda e mettere una molla con una lunghezza di 15 mm sopra il magnete permanente. NOTA: la lunghezza della molla è l'elemento principale della forza precaricata nel passaggio successivo.</li>
	<li>Incollare la fibra ottenuta dal passaggio 3.3. Posizionare il codino della fibra all'interno della molla, come mostrato nella Figura 2, e curare l'adesivo (Epoxy #1) per 30 min a 150 gradi centigradi. NOTA: queste tre parti combinate sono denominate 1 .</li>
	<li>Mettete 1/P nel tubo affusolato e usate del nastro adesivo per fissare il magnete permanente. come illustrato nella Figura 3. Posizionare l'adesivo esattamente sopra il magnete permanente e curare l'adesivo (Epoxy #2 è lo stesso di Epoxy #1) per 30 min ad una temperatura di 150 gradi centigradi. Quindi, applicare la forza precaricata a mano alla griglia in fibra Bragg; la forza di preinserzione permette alla fibra di essere in uno stato non pieghente. NOTA: Queste parti combinate sono chiamate rilevatore FBG. Il rilevatore FBG è responsabile della conversione del segnale della forza magnetica nel segnale dei parametri di spostamento.</li>
	<li>Rimuovere il nastro adesivo; la produzione di questo passaggio è chiamata 2 -P.</li>
	<li>Agcidere un connettore monomodalmente di tipo APC alla fine della fibra 2-P utilizzando una giunzione di fusione, seguendo le istruzioni del produttore.</li>
	<li>Fissare due rilevatori FBG nello slot del morsetto, quindi fissare il morsetto alla piattaforma di spostamento.</li>
</ol>4. Costruire il sistema di test
<ol><li>Potenzia l'interrogante ad alta velocità con l'interruttore ottico integrato.</li>
	<li>Accendere l'emissione spontanea amplificata (ASE). Guidare la luce nella fibra di uscita e propagarla al sensore di spostamento basato su FBG. Quindi, gli spettri di riflessione modulati dal sensore lo riflettono all'interrogante tramite la fibra di ingresso-output.</li>
	<li>Collegare l'interrogante al computer con un cavo ethernet, basato sul protocollo UDP.</li>
	<li>Collegare il circolatore ottico all'analizzatore di spettro ottico (OSA) con una risoluzione minima di 0,02 nm, per monitorare lo spostamento della lunghezza d'onda di Bragg.</li>
	<li>Alimentare il motore stepper con 24 V.</li>
	<li>Cambiare la velocità del motore regolando l'interruttore DIP del controller del motore stepper. Con la porta di controllo esterna, il controller motore stepper può essere azionato in modalità a metà passo, normale e in altre modalità di azionamento, come mostrato nella tabella 2,e i circuiti chopper PWM su chip consentono il controllo della modalità di commutazione della corrente negli avvolgimenti basati su una MCU.</li>
	<li>Regolare la distanza tra i due rivelatori e la scala magnetica.<ol>
<li>Regolare fino a quando non c'è una migliore curva sinusoidale tra lo spostamento e il campo magnetico.</li>
		<li>Regolare fino a quando non ci sono metodi ben descritti per stimolare la migliore distanza11 perché magneti permanenti cilindrici con campi magnetici opposti sono disposti adiacenti l'uno all'altro. NOTA: C'è una relazione sinusoidale tra lo spostamento e il campo magnetico quando c'è una distanza adeguata tra la scala magnetica e il rivelatore. La forza magnetica ha una relazione lineare con il campo magnetico. Secondo la legge di Hooke, la forza ha una relazione lineare con la deformazione, e lo spostamento della lunghezza d'onda centrale di FBG è lineare con la deformazione applicata sull'FBG; così, si può ottenere una curva sinusoidale.</li>
		<li>Separare i due rivelatori l'uno dall'altro per 22,5 mm. NOTA: (m - 1/4)) è uguale a 22,5 mm(m è un numero intero positivo, m - 2), è il passo della scala magnetica, e (m - 1/4) - la lunghezza totale della scala magnetica, dove il segno s è pari a 10.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. Valutazione del sensore di spostamento progettato
<ol><li>Regolare la distanza tra il rivelatore e la scala magnetica in modo che sia di 1,5 mm e, quindi, fissare il morsetto.</li>
	<li>Collegare l'estremità del connettore aPC del sensore alla porta dell'interrogante e avviare il software di configurazione. Impostare la frequenza di campionamento dell'interrogante a 5 kHz per una registrazione in tempo reale del cambiamento della lunghezza d'onda del centro FBG nel tempo. Premere ogni volta il pulsante per controllare il motore di un incremento di 40 m (tipo F, come mostrato nella tabella 2). Tipi diversi rappresentano passaggi diversi. Se il motore funziona con il tipo F, il motore può avere l'intervallo di gradino più piccolo e la massima precisione di spostamento.</li>
	<li>Collegare l'estremità del connettore aPC del sensore alla porta OSA e avviare il software di configurazione. Un OSA e un interrogante monitorano lo spostamento delle lunghezze d'onda centrali degli FBG. Salva i dati dalla calibrazione dello stato statico.</li>
	<li>Alternare la rotazione in senso orario e antiorario del motore in uno stato dinamico. Salvare i dati come sopra.</li>
	<li>Posizionare il sensore sulla piastra calda e condurre un esperimento di calibrazione della temperatura. Modificare la temperatura della piastra calda da 25 a 90 gradi centigradi.</li>
	<li>Eseguire l'analisi dei dati.<ol>
<li>Importare i dati in formato .csv dall'esperimento di calibrazione statica in MATLAB. Impiegare la funzione findpeaks per estrarre la lunghezza d'onda centrale della fibra Bragg grating. Utilizzare la funzione sinusoidale dello strumento curva di adattamento per adattare la relazione tra la lunghezza d'onda centrale e lo spostamento, come illustrato nella Figura 5a. Gli errori residui di adattamento tra i punti campione e la curva di raccordo sono illustrati anche nella figura 5b. Le due curve di raccordo di Fourier tra gli spostamenti della lunghezza d'onda centrale e lo spostamento lineare nonostante la fase originale sono qui: <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/58182/58182eq2.jpg">
</li>
		<li>Importare i dati nel software di elaborazione. Utilizzando lo strumento di raccordo curva, elaborare i dati ottenuti da una rotazione dinamica in senso orario (movimento in avanti) e una rotazione in senso antiorario (movimento all'indietro) del motore(Figura 6).</li>
		<li>Elaborare i dati ottenuti dall'esperimento di calibrazione della temperatura come sopra (Figura 7).</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol><li>Salcedadelgado, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adaptable+Optical+Fiber+Displacement-Curvature+Sensor+Based+on+a+Modal+Michelson+Interferometer+with+a+Tapered+Single+Mode+Fiber%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors%22%5BJournal%5D)">Adaptable Optical Fiber Displacement-Curvature Sensor Based on a Modal Michelson Interferometer with a Tapered Single Mode Fiber.</a> Sensors. 17 (6), 1259(2017).</li>
<li>Milewska, D., Karpienko, K., Jędrzejewska-Szczerska, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Application+of+thin+diamond+films+in+low-coherence+fiber-optic+Fabry+P%C3%A9rot+displacement+sensor%5BTitle%5D)+AND+%22Diamond+and+Related+Materials%22%5BJournal%5D)">Application of thin diamond films in low-coherence fiber-optic Fabry Pérot displacement sensor.</a> Diamond and Related Materials. 64, 169-176 (2016).</li>
<li>Zou, Y., Dong, X., Lin, G., Adhami, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wide+Range+FBG+Displacement+Sensor+Based+on+Twin-Core+Fiber+Filter%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Lightwave+Technology%22%5BJournal%5D)">Wide Range FBG Displacement Sensor Based on Twin-Core Fiber Filter.</a> Journal of Lightwave Technology. 30 (3), 337-343 (2012).</li>
<li>Zhao, J., Bao, T., Kundu, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wide+Range+Fiber+Displacement+Sensor+Based+on+Bending+Loss%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Sensors%22%5BJournal%5D)">Wide Range Fiber Displacement Sensor Based on Bending Loss.</a> Journal of Sensors. 2016 (2016-1-27), 1-5 (2016).</li>
<li>Qu, H., Yan, G., Skorobogatiy, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interferometric+fiber-optic+bending%2Fnano-displacement+sensor+using+plastic+dual-core+fiber%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Interferometric fiber-optic bending/nano-displacement sensor using plastic dual-core fiber.</a> Optics Letters. 39 (16), 4835-4838 (2014).</li>
<li>Wu, Q., Semenova, Y., Wang, P., Muhamad Hatta, A., Farrell, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+demonstration+of+a+simple+displacement+sensor+based+on+a+bent+single-mode-multimode-single-mode+fiber+structure%5BTitle%5D)+AND+%22Measurement+Science+%26+Technology%22%5BJournal%5D)">Experimental demonstration of a simple displacement sensor based on a bent single-mode-multimode-single-mode fiber structure.</a> Measurement Science & Technology. 22 (2), 025203(2011).</li>
<li>Lin, G., Adhami, R., Dong, X., Zou, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wide+range+FBG+displacement+sensor+based+on+twin-core+fiber+filter%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Lightwave+Technology%22%5BJournal%5D)">Wide range FBG displacement sensor based on twin-core fiber filter.</a> Journal of Lightwave Technology. 30 (3), 337-343 (2012).</li>
<li>Li, M., Guo, J., Tong, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+double-fiber+F-P+displacement+sensor+based+on+direct+phase+demodulation%5BTitle%5D)+AND+%22The+International+Conference+on+Optical+Fibre+Sensors%22%5BJournal%5D)">A double-fiber F-P displacement sensor based on direct phase demodulation.</a> The International Conference on Optical Fibre Sensors. 8421, 84212R(2012).</li>
<li>Zhou, X., Yu, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wide-range+displacement+sensor+based+on+fiber-Optic+Fabry-Perot+Interferometer+for+Subnanometer+Measurement%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Sensors+Journal%22%5BJournal%5D)">Wide-range displacement sensor based on fiber-Optic Fabry-Perot Interferometer for Subnanometer Measurement.</a> IEEE Sensors Journal. 11, 1602-1606 (2011).</li>
<li>Shen, W., Wu, X., Meng, H., Huang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long+distance+fiber-optic+displacement+sensor+based+on+fiber+collimator%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">Long distance fiber-optic displacement sensor based on fiber collimator.</a> Review of Scientific Instruments. 81 (12), 123104-1-23104-4 (2010).</li>
<li>Zhu, L., Lu, L., Zhuang, W., Zeng, Z., Dong, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-contact+temperature-independent+random-displacement+sensor+using+two+fiber+bragg+gratings%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Optics%22%5BJournal%5D)">Non-contact temperature-independent random-displacement sensor using two fiber bragg gratings.</a> Applied Optics. 57 (3), 447(2018).</li>
<li>Yu, H., Yang, X., Tong, Z., Cao, Y., Zhang, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Temperature-independent+rotational+angle+sensor+based+on+fiber+Bragg+grating%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Sensors+Journal%22%5BJournal%5D)">Temperature-independent rotational angle sensor based on fiber Bragg grating.</a> IEEE Sensors Journal. 11 (5), 1233-1235 (2011).</li>
<li>Liu, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Wide-Range+Displacement+Sensor+Based+on+Plastic+Fiber+Macro-Bend+Coupling%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors%22%5BJournal%5D)">A Wide-Range Displacement Sensor Based on Plastic Fiber Macro-Bend Coupling.</a> Sensors. 17 (1), 196(2017).</li>
</ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Abbiamo dimostrato un nuovo metodo per le misurazioni di spostamento lineare casuale combinando una scala magnetica e due griglie in fibra Bragg. Il vantaggio principale di questi sensori è lo spostamento casuale senza limitazioni. La scala magnetica qui utilizzata ha generato una periodicità del campo magnetico a 10 mm, ben oltre i limiti pratici dei tradizionali sensori di spostamento delle fibre ottiche, come lo spostamento menzionato da Lin et al.7 e Li et al.8. Il sens...

I sensori ottici a base di fibra presentano grandi vantaggi, come flessibilità, multiplexing di divisione della lunghezza d'onda, monitoraggio remoto, resistenza alla corrosione e altre caratteristiche. Pertanto, il sensore di spostamento della fibra ottica ha ampie applicazioni.
Per realizzare misurazioni mirate di spostamento lineare in ambienti complessi, varie strutture della fibra ottica (ad esempio, l'interferometro Michelson1, l'interferometro della cavità Fabry-Perot2, la griglia in fibra Bragg3, il negli ultimi anni sono state sviluppate perdite di flessione4). La perdita di piegatura richiede la sorgente luminosa in una stazione stabile ed è inadatta per le vibrazioni ambientali. Qu et al. hanno progettato un sensore nanodisplacement in fibra ottica interferometrica basato su una fibra a doppio nucleo in plastica con un'estremità rivestita con uno specchio d'argento; ha una risoluzione di 70 nm5. Un semplice sensore di spostamento basato su una struttura in fibra a modalità singola-multimode-mode (SMS) piegata è stato proposto per superare i limiti sulla misurazione della gamma di spostamento; ha aumentato la sensibilità di spostamento triplicato con un intervallo da 0 a 520 m6. Lin et al. ha presentato un sistema di sensori di spostamento che combina l'FBG con una molla; la potenza di uscita è approssimativamente lineare con la cilindrata di 110-140 mm7. Un sensore di spostamento Fabry-Perot in fibra ha un intervallo di misura di 0-0,5 mm con una linearità dell'1,1% e una risoluzione di 3 m8. Un sensore di spostamento ad ampio raggio basato su un interferometro Fabry-Perot in fibra ottica per le misurazioni dei subnanometri, fino a 0,084 nm su un intervallo dinamico di 3 mm9. Un sensore di spostamento in fibra ottica basato sulla tecnologia modulata di intensità riflettente è stato dimostrato utilizzando un collimatore a fibra; questo aveva una gamma di rilevamento superiore a 30 cm10. Anche se le fibre ottiche possono essere fabbricate in molti tipi di sensori di spostamento, questi sensori basati su fibre generalmente fanno uso del limite di tensile del materiale stesso, che limita la loro applicazione nelle misurazioni a grande raggio. Pertanto, di solito vengono fatti compromessi tra l'intervallo di misurazione e la sensibilità. Inoltre, è difficile determinare lo spostamento poiché varie variabili si verificano contemporaneamente; in particolare, la sensibilità incrociata della tensione e della temperatura potrebbe danneggiare la precisione sperimentale. Ci sono molte tecniche di discriminazione riportate in letteratura, come l'utilizzo di due diverse strutture di rilevamento, utilizzando un singolo FBG mezzo legato da colla diverse, o utilizzando speciali fibre ottiche. Pertanto, l'ulteriore sviluppo dei sensori di spostamento della fibra ottica richiede un'elevata sensibilità, una piccola dimensione, grande stabilità, gamma completa e indipendenza della temperatura.
In questo caso, la struttura periodica della scala magnetica rende possibile una misurazione a tutta gamma. Si ottiene uno spostamento casuale senza un intervallo di misurazione limitato con una scala magnetica. In combinazione con due FBG, sia la sensibilità alla temperatura che l'identificazione per la direzione di movimento potrebbero essere risolti. Vari passaggi all'interno di questo metodo richiedono precisione e attenzione ai dettagli. Il protocollo di fabbricazione del sensore è descritto in dettaglio come segue.

<table><tbody><tr>Fornitore verificato - <td>ASE</td><td>OPtoElectronics Technology Co., Ltd.</td><td></td><td>1525nm-1610nm</td></tr><tr><td>computer</td><td>Thinkpad</td><td></td><td>win10</td></tr><tr><td>fibra mannaia / CT-32</td><td>Fujikura</td><td></td><td>il diametro di 125</td></tr><tr><td>fibra epossidica ottica / DP420</td><td>henkel-loctite</td><td></td><td>Rapporto 2:1</td></tr><tr><td>interrogatore</td><td>BISTU</td><td></td><td>frequenza di campionamento: 17kHz</td></tr><tr><td>driver motore</td><td>Zolix</td><td></td><td>PSMX25</td></tr><tr><td>circolatore ottico</td><td>Coppia ottica Thorlab</td><td></td><td>a tre porte</td></tr> Analizzatore di spettro ottico <tr><td></td><td>Thorlab</td><td></td><td>50:50</td></tr><tr><td>/OSA</td><td>Fujikura</td><td></td><td>AQ6370D</td></tr><tr><td>a magneti permanenti</td><td>Shanghai Sichi Magnetic Industry Co., Ltd.</td><td></td> Tubo a forma di plastica <td>D5x4mm</td></tr><tr><td></td><td>Fonte di alimentazione Topphotonics</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td>RIGOL</td><td></td><td>potenza regolabile</td></tr><tr><td>fibra monomodale</td><td>Corning</td><td></td><td>9/125um</td></tr><tr><td>Molla</td><td>tengluowujin</td><td></td><td>D3x15mm</td></tr><tr><td>controller</td><td></td><td></td> motore passo-passo <td>JF24D03M</td></tr></tbody></table>

misurazione a spostamento casuale combinando una scala magnetica e due griglie in fibra bragg

A Random-displacement Measurement by Combining a Magnetic Scale and Two Fiber Bragg Gratings

Le misurazioni dello spostamento a lunga distanza con fibre ottiche sono sempre state una sfida sia nella ricerca di base che nella produzione industriale. Abbiamo sviluppato e caratterizzato un sensore di spostamento casuale basato sulla griglia a fibra Bragg (FBG) indipendente dalla temperatura che adotta una scala magnetica come nuovo meccanismo di trasferimento. Rilevando gli spostamenti di due lunghezze d'onda del centro FBG, è possibile ottenere una misurazione a tutto campo con una scala magnetica. Per l'identificazione della direzione di rotazione in senso orario e antiorario del motore (in realtà, la direzione di movimento dell'oggetto da testare), c'è una relazione sinusoidale tra lo spostamento e lo spostamento della lunghezza d'onda centrale dell'FBG; man mano che la rotazione in senso antiorario si alterna, lo spostamento della lunghezza d'onda centrale del secondo rivelatore FBG mostra una differenza di fase iniziale di circa 90 gradi (90 gradi). Man mano che la rotazione in senso orario si alterna, lo spostamento della lunghezza d'onda centrale del secondo FBG mostra una differenza di fase in ritardo di circa 90 gradi (-90o). Allo stesso tempo, i due sensori basati su FBG sono indipendenti dalla temperatura. Se c'è bisogno di un monitor remoto senza alcuna interferenza elettromagnetica, questo approccio sorprendente li rende uno strumento utile per determinare lo spostamento casuale. Questa metodologia è appropriata per la produzione industriale. Poiché la struttura dell'intero sistema è relativamente semplice, questo sensore di spostamento può essere utilizzato nella produzione commerciale. Oltre ad essere un sensore di spostamento, può essere utilizzato per misurare altri parametri, come la velocità e l'accelerazione.

La distanza, che va da 1 mm a 3 mm11, tra la scala magnetica e il rivelatore ha permesso il rilevamento della cilindrata lineare con una funzione sinusoidale. Una distanza di 22,5 mm tra due rilevatori ha permesso a questo approccio di realizzare il rilevamento della direzione del movimento di un oggetto con una differenza di fase di 90 . I due rivelatori sono stati separati l'uno dall'altro per (m - 1/4) -m è un numero intero positivo) e (m</...

Viene presentato un protocollo per creare un sensore di spostamento lineare a tutta gamma, combinando due rilevatori di griglia Bragg in fibra confezionati con una scala magnetica.

Misurazione a spostamento casuale combinando una scala magnetica e due griglie in fibra Bragg

Long-distance displacement measurements using optical fibers have always been a challenge in both basic research and industrial production. We developed ...

Abbiamo affrontato la sfida delle misurazioni dello spostamento a lunga distanza. Allora, fibre ottiche. Il tecnico può essere utilizzato sia nella ricerca di base che nella produzione industriale.Con il giusto set up è possibile misurare lo spostamento. Altro misurato della fibra ottica. Questa metologia è appropriata per l'uso in ambienti industriali.L'utente deve solo tirare la scala magnetica sul guard rail. Questo metodo potrebbe fornire informazioni sull'area di ricerca dei sensi della fibra ottica. Può essere usato per misurare altri parametri come velocità e accelerazione.Create le griglie Fiber Bragg con la tecnica della maschera di fase di scansione. Per questo, utilizzare fibre ottiche monomodale che sono state in un contenitore ermetico caricato a idrogeno per una settimana. La tecnica della maschera di fase prevede la messa a fuoco di un raggio laser attraverso una maschera di fase su una fibra ottica per creare una modulazione periodica del suo indice di rifrazione.Una volta incise due fibre, posizionarle in un forno a 100 gradi celsius per 48 ore per rimuovere l'idrogeno residuo. I parametri delle griglie in fibra recuperate non cambieranno più dopo la fase di ricottura. Implementare il design della scala magnetica con i magneti appropriati.La scala ha fessure per contenere un insieme di magneti cilindrici lungo la sua lunghezza. I poli nord e sud dei magneti permanenti si alternano lungo la scala con un passo di 10 millimetri. I magneti nello studio hanno un diametro di 5 millimetri e hanno una magnetizzazione di 750 kiloampere per metro.2 rivelatori impostati a una distanza fissa l'uno dall'altro sentiranno forze diverse mentre si muovono lungo la scala. Scegli la separazione in modo che le forze abbiano una differenza di fase di 90 gradi. In questo caso creare un morsetto in acciaio inossidabile per tenere separati i due rivelatori a 22,5 millimetri di distanza.Per fabbricare il sensore iniziare preparando la fibra ottica polimerizzabile termicamente epossidica. Una volta che l'epossidico è pronto, prendi una delle due griglie Fiber Bragg. Posizionare un righello accanto alla fibra.Partendo da un punto appena oltre la griglia, misurare circa 10 millimetri lungo la fibra e posizionare un segno lì. La spogliarellista in fibra ottica, rimuovere il rivestimento dalla posizione contrassegnata lontano dalla griglia. Pulire la superficie di qualsiasi polimero rimanente con carta priva di alcol e polvere.Al termine, portare la fibra in una mannaia in fibra di alta precisione per scindere la regione spogliata. Impostare quindi altri elementi del sensore. Mettere un magnete permanente su una piastra calda a 150 gradi celsius, quindi posizionare una molla di 15 millimetri sopra il magnete.All'interno della molla epossidica l'estremità della griglia della fibra preparata al magnete. Lasciare che l'epossidico curi a 150 gradi Celsius per 30 minuti. Per continuare a ottenere l'assemblaggio della griglia a molla del magnete.Inoltre, avere un tubo affusolato e filettato che può andare oltre l'assieme. Mettere l'assieme all'interno del tubo affusolato. Spingere il magnete per comprimere la molla.Utilizzare il nastro adesivo per fissare il magnete in posizione. Quindi, inserire un tubo di coda affusolato all'estremità aperta del tubo. Una volta in posizione, ottenere la fibra ottica con epossidica alla sua estremità e inserirla nel tubo di coda per legare con la fibra interna.Polimerizza l'adesivo applicato su una piastra calda, a 150 gradi celsius. Avere la fibra orientata parallela alla superficie della piastra calda. Dopo 30 minuti recuperate l'assieme dalla piastra calda.Quindi, rimuovere il nastro per consentire alla molla di applicare una forza, per straiten la fibra. Giunzione fusion e connettore mono modalità stile APC fino all'estremità della fibra proveniente dal tubo. Questo è uno dei due rilevatori dopo aver giunzione il connettore.È pronto per l'uso nel sistema. Quando i rivelatori sono stati fatti di entrambe le fibre, fissarle nello slot del morsetto usando una vite. Portare il morsetto con i rilevatori al sistema di test.I componenti principali dei sistemi sono una piattaforma a micro cilindrata parallela alla scala magnetica. Un interrogatore di lunghezza d'onda ad alta velocità con emissione spontanea amplificata ed è una fonte di energia e un analizzatore di spettro ottico con un minimo di 200 ° di risoluzione nanometrica. Montare il morsetto con i rilevatori sulla piattaforma di micro cilindrata.Regolare l'altezza dei rivelatori al di sopra della scala magnetica e fissare il morsetto. Questo schema fornisce una panoramica del sistema di test dopo che i rilevatori sono stati collegati. L'uscita dell'interrogante va nel primo porto di un circolatore a tre porte.Da lì, la luce passa ai rivelatori. Gli spettri di riflessione dai rivelatori passano attraverso un cupulare, e poi alla seconda porta del circolatore. L'uscita dal circolatore viene immessa nell'analizzatore dello spettro ottico.Utilizzare un circuito del controller di posizione per controllare il motore stepper della piattaforma di micro cilindrata. Collegare questo controller e l'interrogante a un computer. Posizionare i rivelatori in diverse posizioni lungo la scala per variare la forza sulle fibre.Quando i rivelatori si trovano ad un'altezza adeguata al di sopra della scala, c'è una relazione sinusoidale tra lo spostamento lungo la scala e le lunghezze d'onda del centro si sposta a causa dello sforzo nelle fibre misurate in condizioni statiche. Fissare i rivelatori all'altezza che produce un sinusoide e impostare un parametro per le misurazioni dinamiche. Misurare i cambiamenti di lunghezza d'onda durante l'utilizzo del motore stepper per spostare i rivelatori in una direzione per una distanza prima di portarli a riposo.Quindi continuare le misurazioni mentre si spostano i rivelatori nella direzione opposta. Eseguire quindi la calibrazione della temperatura dei sensori. Tenere i sensori collegati agli strumenti ma rimuoverli dal morsetto.Quindi posizionare i sensori su una piastra calda. Misurare il cambiamento della lunghezza centrale delle onde a temperature da 25 a 90 gradi celsius. Misurazioni statiche di calibrazione del sistema di rivelatore presentato, hanno rivelato la relazione tra lo spostamento e lo spostamento della lunghezza d'onda delle griglie di Bragg in fibra.Gli spostamenti della lunghezza d'onda sono di circa mezzo nanometro. Gli errori residui sono meno di 10 picometri. Questo grafico dimostra la capacità dei rivelatori di identificare il movimento in avanti e inverso.Inizialmente con il movimento in avanti, la lunghezza d'onda centrale del numero di griglia 2 conduce quella della griglia numero 1 con una fase di 90 gradi. Quindi, il movimento si ferma e si inverte. Ora, la lunghezza d'onda centrale del numero di grattugiatura 2 è in ritardo rispetto alla grattugiatura numero 1 per 90 gradi.Questi dati rappresentano più misurazioni effettuate quando il rivelatore grattugiato numero 1 è posizionato in modo che la sua polarità e quella della scala magnetica siano le stesse e le misurazioni effettuate quando le polarità sono opposte. Nel corso di dieci misurazioni, quelle in cui il rivelatore e la scala hanno la stessa polarità sono più stabili. Ecco la lunghezza d'onda misurata in funzione della temperatura per i due rivelatori.Quando si tiene conto dell'interferenza della temperatura, la sensibilità alla temperatura dei rivelatori è la stessa. Il che consente la compensazione della temperatura. Stavano caricando la forza e la temperatura era di alimentazione.Comprimere la molla con un magnete è essenziale per il successo con la tecnica. Questa tecnica può essere uno strumento utile per impiegare i punti di forza magnetici. Perché rileverà direttamente la variazione periodica della forza magnetica.Che viene poi trasformato in spostamento.

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