Name: 자기 눈금과 두 개의 광섬유 브래그 격자를 결합하여 무작위 변위 측정 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-09-30T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 s
Description: 배우세요 광섬유 브래그 격자와 자기 눈금을 활용한 온도 독립적 무작위 변위 측정 방법입니다. 이 기술은 장거리 정밀 측정과 산업 현장 적용에 적합하며, 전자기 간섭 환경에서도 안정적인 성능을 제공합니다.

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저자는 장비에 대한 광학 실험실에 감사하고 대학과 중국 교육부에서 창장 학자 및 혁신적인 연구 팀을위한 프로그램을 통해 재정 지원에 감사드립니다.

1. 섬유 브래그 격자의 제조
<ol><li>섬유 코어의 감광성을 향상시키기 위해 표준 단일 모드 섬유를 수소가 장착된 밀폐 캐니스터에 1주일 동안 넣습니다.</li>
	<li>스캐닝 위상 마스크 기술과 244 nm의 파장에서 주파수 두 배의 연속 파아르곤 이온 레이저를 사용하여 섬유 브래그 격자를 제작합니다.<ol>
<li>원통형 렌즈와 자외선(UV) 레이저 빔으로 광섬유에 초점을 맞춥니다. 섬유 앞에 배치된 위상 마스크(섬유 축과 평행)를 사용하여 감광성 코어에 격자(굴절률의 주기적인 변조)를 각인합니다. 레이저에 의한 광 출력은 위상 마스크에 형성되고 수직이다. 섬유를 UV 노출을 위해 ±1 차회화 광의 위치에 놓습니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>UV 비문 후, 2개의 섬유 브래그 격자를 100°C 오븐에 48시간 동안 놓고 잔류 수소를 제거하고, 섬유 격자의 반사도가 10% 감소될 때까지, 3dB 대역폭은 0.1 nm 감소하고, 중심 파장이 0.8 nm씩 이동한다. 이 단계를 어닐링 처리라고 합니다. 어닐링 처리 후 FBG의 매개 변수는 변경되지 않습니다. 참고: 이 두 FBG의 중앙 파장은 1,555.12nm(1#FBG) 및 1,557.29nm(2#FBG)이며 격자 길이는 5mm입니다.</li>
</ol>2. 자기 스케일 및 일치하는 클램프의 준비
<ol><li>앞에서 설명한 설계8에따라 영구 자석의 크기를 결정합니다. 영구 자석에 대한 설명은 표 1에나와 있습니다.</li>
	<li>그림 1과 같이 치수가 영구 자석과 일치하는 자기 눈금의 슬롯을 디자인합니다.<ol>
<li>일치하는 클램프의 치수를 확인하고 클램프의 두 슬롯 사이에 22.5mm의 거리를 설정합니다. 자기장 간섭을 제거하기 위해 클램프는 스테인레스 스틸로 만들어졌습니다.</li>
		<li>자기 눈금(θ)에서 피치의 거리를 10mm로 설정하여 이동 방향을 구별하고 두 검출기 사이에 22.5mm((2+1/4)θ)의 거리를 설정합니다. 두 검출기는 배기량, F 1#FBG 및 F2의위상 차이인 90°의 위상 차이에 의해 정현파 기능 변화를 달성할 수 있는 다음 공식에 따라 변위 특성을 얻을 수 있습니다. #FBG 두 검출기의 자력이며 B는 상수입니다. 자기 스케일과 일치하는 클램프의 구조는 그림 1에나와 있습니다. <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/58182/58182eq1.jpg">
</li>
	</ol>
</li>
	<li>영구 자석을 클램프 슬롯에 넣고 마그네틱 N/S를 교대로 배열합니다. 원통형 영구 자석은 축 방향으로만 자화되며 자기 벡터는 750 kA/m입니다.</li>
</ol>3. 변위 센서의 제작
<ol><li>도 2에나타낸 바와 같이 경화제(성분 A)를 200 mg의 수지(성분 B)에 100 mg을 첨가하여 열경화성 광섬유 에폭시(glue)의 혼합물을 준비한다.</li>
	<li>섬유 피그테일의 거리를 측정하여 섬유 피그테일의 끝 면과 격자 영역 사이에 약 10mm의 거리를 측정한 다음 미세한 점 마커로 점수를 매긴다.</li>
	<li>광섬유 스트리퍼를 사용하여 섬유 코팅을 벗기고 이전 단계의 마커 위치에서 제거하십시오.</li>
	<li>먼지가 없는 종이로 남은 폴리머의 표면을 청소하십시오. 광섬유 케이블에 수직으로 고정밀 섬유 칼날을 놓고 잘라냅니다.</li>
	<li>핫 플레이트에 영구 자석을 놓고 영구 자석 위에 길이 가 15mm의 스프링을 놓습니다. 주: 스프링의 길이는 다음 단계에서 미리 로드된 힘의 주요 요소입니다.</li>
	<li>3.3 단계에서 얻은 섬유를 붙입니다. 도 2에 나타낸바와 같이, 섬유의 피그테일을 스프링 내부에 놓고, 150°C에서 30분 동안 접착제(에폭시 #1)를 경화시킨다. 참고: 이 세 가지 결합된 부분을 1#P라고합니다.</li>
	<li>테이퍼 파이프에 1#P를 넣고 접착 테이프를 사용하여 영구 자석을 고정합니다. 그림 3에나와 있는 것처럼 . 영구 자석 위에 접착제를 놓고 150 °C의 온도에서 30 분 동안 접착제 (에폭시 #2 에폭시 #1 동일)를 경화합니다. 이어서, 미리 로드된 힘을 광섬유 브래그 격자에 손으로 인가하는; 프리 체결력은 섬유가 비굽힘 상태에 있을 수 있게 합니다. 참고: 이러한 결합된 부품을 FBG 검출기라고 합니다. FBG 검출기는 자기력의 신호를 변위 파라미터의 신호로 변환하는 것을 담당합니다.</li>
	<li>접착제 테이프를 제거; 이 단계의 생산을 2#P라고합니다.</li>
	<li>APC 형 단일 모드 커넥터를 퓨전 스플라이서를 사용하여 2#P 섬유 끝까지 스플라이스하여 제조업체의 지침에 따라 접합하십시오.</li>
	<li>두 개의 FBG 검출기를 클램프 슬롯에 고정한 다음 클램프를 변위 플랫폼에 고정합니다.</li>
</ol>4. 테스트 시스템 구축
<ol><li>내장 된 광학 스위치로 고속 파장 인터로게이터에 전원을 공급하십시오.</li>
	<li>증폭된 자발적 방출(ASE)을 켭니다. 빛을 입력 출력 섬유로 안내하고 FBG 기반 변위 센서에 전파합니다. 그런 다음 센서에 의해 변조된 반사 스펙트럼이 입력 출력 섬유를 통해 인터로게이터에 다시 반사됩니다.</li>
	<li>UDP 프로토콜을 기반으로 이더넷 케이블로 인터로게이터를 컴퓨터에 연결합니다.</li>
	<li>브래그 파장 시프트를 모니터링하기 위해 광학 순환기를 0.02 nm의 최소 해상도로 광학 스펙트럼 분석기(OSA)에 연결합니다.</li>
	<li>스테퍼 모터에 24V로 전원을 공급합니다.</li>
	<li>스테퍼 모터 컨트롤러의 DIP 스위치를 조정하여 모터의 속도를 변경합니다. 외부 제어 포트를 사용하면 표 2에표시된 대로 스테퍼 모터 컨트롤러를 반단계, 일반 및 기타 드라이브 모드로 구동할 수 있으며, 온칩 PWM 초퍼 회로는 MCU를 기반으로 하는 권선에서 전류의 스위치 모드 제어를 허용합니다.</li>
	<li>두 검출기와 자기 눈금 사이의 거리를 조정합니다.<ol>
<li>변위와 자기장 사이에 더 나은 정현파 곡선이 있을 때까지 조정합니다.</li>
		<li>반대 자기장을 가진 원통형 영구 자석이 서로 인접하여 배치되기 때문에 최적의거리(11)를 자극하는 잘 설명된 방법이 있을 때까지 조정한다. 참고: 자기 스케일과 검출기 사이에 적절한 거리가 있을 때 변위와 자기장 사이에 는 정현파 관계가 있습니다. 자기력은 자기장과 선형 관계를 가합니다. Hooke의 법칙에 따르면, 힘은 변형률과 선형 관계를 가지며 FBG의 중심 파장 이동은 FBG에 적용된 변형률과 선형입니다. 따라서, 정현파 곡선을 얻을 수 있다.</li>
		<li>두 검출기를 서로 분리하여 22.5mm. 참고:(m ±1/4)θ는 22.5 mm(m는 양수 정수, m = 2) θ는 자기 눈금의 피치이고,(m ±1/4)θ는 자기 눈금의 총 길이를 ≤입니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. 설계된 변위 센서의 평가
<ol><li>검출기와 자기 눈금 사이의 거리를 1.5mm로 조정한 다음 클램프를 고정합니다.</li>
	<li>센서의 APC 형 커넥터 끝을 인터로게이터 포트에 연결하고 구성 소프트웨어를 시작합니다. 시간에 따라 FBG 중심 파장 변화를 실시간으로 기록하기 위해 인터로게이터의 샘플링 주파수를 5kHz로 설정합니다. 버튼을 눌러 매번 40 μm씩 모터를 제어합니다(표 2와같이 F형). 다른 형식은 서로 다른 단계를 나타냅니다. 모터가 F형으로 작동하는 경우 모터는 가장 작은 스텝 간격과 가장 높은 변위 정확도를 가질 수 있습니다.</li>
	<li>센서의 APC 형 커넥터 끝을 OSA 포트에 연결하고 구성 소프트웨어를 시작합니다. OSA와 인터로게이터는 FBG의 중앙 파장 이동을 모니터링합니다.</li>
	<li>동적 상태에서 모터의 시계 방향 및 반시계 방향으로 회전을 번갈아 가며. 위와 같이 데이터를 저장합니다.</li>
	<li>센서를 핫 플레이트에 놓고 온도 교정 실험을 수행합니다. 핫 플레이트의 온도를 25°C에서 90°C로 변경합니다.</li>
	<li>데이터 분석을 수행합니다.<ol>
<li>정적 교정 실험에서 MATLAB으로.csv 형식으로 데이터를 가져옵니다. 파인피크 기능을 사용하여 광섬유 브래그 격자의 중심 파장을 추출합니다. 그림 5a와같이 곡선 피팅 도구의 정현파 함수를 사용하여 중심 파장과 변위 사이의 관계에 맞춥습니다. 샘플 점과 피팅 곡선 사이의 피팅 잔류 오차도 그림 5b에설명되어 있습니다. 원래 단계에도 불구하고 중심 파장 이동과 선형 변위 사이의 두 개의 푸리에 피팅 곡선은 다음과 같습니다. <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/58182/58182eq2.jpg">
</li>
		<li>데이터를 처리 소프트웨어로 가져옵니다. 곡선 피팅 도구를 사용하여 모터의 동적 시계 방향 회전(앞으로 이동)과 시계 반대 방향으로 회전(뒤로 이동)에서 얻은 데이터를처리합니다(그림 6).</li>
		<li>상기와 같이 온도 교정 실험으로부터 얻은 데이터를 처리한다(도7).</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>

저자는 공개 할 것이 없다.

우리는 자기 눈금과 두 개의 섬유 브래그 격자를 결합하여 무작위 선형 변위 측정을위한 새로운 방법을 입증했다. 이러한 센서의 주요 장점은 제한없이 임의 변위입니다. 여기서 사용되는 자기 스케일은 Lin et al.7 및 Li et al.8에의해 언급된 배기량과 같은 종래의 광섬유 변위 센서의 실질적인 한계를 훨씬 뛰어넘는 10 mm에서 자기장의 주기성을 생성하였다. 온도 에 따른 변위 센서는 원격 모니터링과 관련된 실험에도 적합합니다.
FBG의 사전 로드된 힘은 FBG 기반 자기 검출기의 패키징 프로토콜에서 중요한 단계입니다. 스프링이 늘어나거나 압축되면 FBG의 균일한 축 응력 분포가 얻어진다. 전체 시스템이 이동 방향을 인식하도록 두 검출기 사이의 거리(m±1/4)의 거리가 필수적입니다.
이 새로운 변위 측정 기술은 진동에 대...

광섬유 기반 센서는 유연성, 파장 분할 다중화, 원격 모니터링, 내식성 및 기타 특성과 같은 큰 장점을 가지고 있습니다. 따라서 광섬유 변위 센서는 광범위한 응용 프로그램을 가지고 있습니다.
복잡한 환경에서 표적 선형 변위 측정을 실현하기 위해, 광섬유의 다양한 구조 (예를 들어, 미켈슨 간섭계1,파브리 페로 캐비티 간섭계2,섬유 브래그 격자3, 굽힘 손실4)최근 몇 년 동안 개발되었습니다. 굽힘 손실은 안정적인 스테이션의 광원을 필요로 하며 환경 진동에 적합하지 않습니다. Qu. 외. 은 거울로 코팅 된 한쪽 끝과 플라스틱 듀얼 코어 섬유를 기반으로 간섭 광섬유 나노 배기 센서를 설계; 그것은 70 nm5의해상도를 가지고 있습니다. 구부러진 단일 모드-멀티 모드-단일 모드(SMS) 섬유 구조에 기초한 간단한 변위 센서는 변위 범위의 측정에 대한 한계를 극복하기 위해 제안되었다; 0에서 520 μm6의범위로 변위 감도를 세 배로 증가시켰습니다. Lin 등은 FBG와 스프링을 결합한 변위 센서 시스템을 선보였습니다. 출력 전력은 110-140 mm7의배위와 약 선형입니다. 섬유 Fabry-Perot 변위 센서는 0-0.5 mm의 측정 범위를 가지며 선형성은 1.1%, 해상도는 3 μm8입니다. Zhou 등은 3mm9의동적 범위에서 최대 0.084 nm의 서브 나노 미터 측정을위한 광섬유 Fabry-Perot 간섭계를 기반으로 한 광범위한 변위 센서를보고했습니다. 광섬유 콜리메이터를 사용하여 반사 강도 변위 기술을 기반으로 하는 광섬유 변위 센서가 입증되었습니다. 이것은 30cm10이상 감지 범위를 가지고 있었다. 광섬유는 여러 종류의 변위 센서로 제작될 수 있지만, 이러한 섬유 기반 센서는 일반적으로 재료 자체의 인장 한계를 사용하여 광범위한 측정에서 응용을 제한합니다. 따라서 일반적으로 측정 범위와 감도 간에 타협이 이루어집니다. 또한 다양한 변수가 동시에 발생함에 따라 변위를 결정하기가 어렵습니다. 특히, 스트레인과 온도의 교차 감도는 실험 정밀도를 손상시킬 수 있습니다. 두 개의 서로 다른 감지 구조를 사용하거나, 다른 접착제에 의해 반결합된 단일 FBG를 사용하거나, 특수 광섬유를 사용하는 등 문헌에 보고된 많은 차별 기술이 있습니다. 따라서 광섬유 변위 센서의 추가 개발은 높은 감도, 작은 크기, 큰 안정성, 전체 범위 및 온도 독립성을 요구합니다.
여기서, 자기 눈금의 주기적인 구조는 전체 범위 측정을 가능하게 한다. 자기 눈금이 있는 제한된 측정 범위가 없는 임의 변위가 달성됩니다. 두 개의 FBG와 결합하여 온도 교차 감도와 이동 방향에 대한 식별을 모두 해결할 수 있습니다. 이 방법 내의 다양한 단계는 정밀도와 세부 사항에주의를 기울여야합니다. 센서 제작의 프로토콜은 다음과 같이 상세히 설명된다.

<table><tbody><tr><td>ASE</td><td>OPtoElectronics Technology Co., Ltd. (아세옵토일렉트로닉스테크놀러지)</td><td></td><td>1525nm-1610nm</td></tr><tr><td>컴퓨터</td><td>Thinkpad</td><td></td><td>win10</td></tr><tr><td>광섬유 절단기 / CT-32</td><td>Fujikura</td><td></td><td>직경 125</td></tr><tr><td>광섬유 에폭시 / DP420</td><td>henkel-loctite</td><td></td><td>비율 2 : 1</td></tr><tr><td>인터로게이터</td><td>BISTU</td><td></td><td>샘플 속도 : 17kHz</td></tr><tr><td>모터 드라이버</td><td>Zolix</td><td></td><td>PSMX25</td></tr><tr><td>광 순환기</td><td>Thorlab</td><td></td><td>3포트</td></tr><tr><td>광 커플</td><td>Thorlab</td><td></td><td>50:50</td></tr><tr><td>광 스펙트럼 분석기/OSA</td><td>Fujikura</td><td></td><td>AQ6370D</td></tr><tr><td>영구 자석</td><td>Shanghai Sichi Magnetic Industry Co., Ltd.</td><td></td><td>D5x4mm</td></tr><tr><td>플라스틱 모양의 파이프</td><td>Topphotonics</td><td></td><td></td></tr><tr><td>전원</td><td>RIGOL</td><td></td><td>조정 가능한 전원</td></tr><tr><td>단일 모드 섬유</td><td>코닝</td><td></td><td>9/125um</td></tr><tr><td>스프링</td><td>tengluowujin</td><td></td><td>D3x15mm</td></tr><tr><td>스테퍼 모터 컨트롤러</td><td></td><td></td><td>JF24D03M</td></tr></tbody></table>

자기 눈금과 두 개의 광섬유 브래그 격자를 결합하여 무작위 변위 측정

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

광섬유를 이용한 장거리 변위 측정은 항상 기초 연구와 산업 생산 모두에서 어려운 과제였습니다. 우리는 새로운 전달 메커니즘으로 자기 스케일을 채택하는 온도 독립적 인 섬유 브래그 격자 (FBG) 기반의 무작위 변위 센서를 개발하고 특성화했습니다. 두 개의 FBG 중심 파장의 변화를 감지하여 자기 스케일로 전체 범위 측정을 얻을 수 있습니다. 모터의 시계 방향 및 반시계 방향 회전 방향의 식별을 위해 (사실, 테스트 할 물체의 이동 방향), FBG의 변위와 중심 파장 시프트 사이의 정현파 관계가 있습니다. 시계 반대 방향으로 회전하는 경우 두 번째 FBG 검출기의 중심 파장 이동은 약 90°(+90°)의 선행 위상 차이를 보여줍니다. 시계 방향 회전이 번갈아 가며 두 번째 FBG의 중심 파장 이동은 약 90° (-90°)의 지연 위상 차이를 표시합니다. 동시에 두 FBG 기반 센서는 온도독립적입니다. 전자기 간섭없이 원격 모니터가 필요한 경우이 눈에 띄는 접근 방식은 무작위 변위를 결정하는 데 유용한 도구가됩니다. 이 방법론은 산업 생산에 적합합니다. 전체 시스템의 구조가 비교적 간단하기 때문에 이 변위 센서는 상업적 생산에 사용될 수 있습니다. 변위 센서 이외에도 속도 및 가속도와 같은 다른 파라미터를 측정하는 데 사용할 수 있습니다.

자기 스케일과 검출기 사이의 거리는 1mm에서 3mm11까지이며,정현파 기능을 가진 선형 변위를 감지할 수 있었습니다. 두 검출기 사이의 거리가 22.5mm이기 때문에 위상 차가 90°인 물체의 움직임 방향을 감지할 수 있었습니다. 두 검출기는 (m±1/4)θ(m±1/4)에 대해 서로 분리하였고(m±1/4)θ 자성 스케일의 총 길이를 ≤으로, 여기서 θ = 10 mm 및 m=2는 여기서 기재된 실험에서 사용된다(도 1). 변위 검출기의 조성 및 구조는 도 2에나타내고 있다. 패키징 공정의 핵심은 FBG에 미리 로드된 힘을 적용하는 것입니다. 움직임이 있을 때 자성 스케일과 검출기 사이의 자력이 변경되고(그림3),</stro...

두 개의 패키지 된 섬유 브래그 격자 검출기를 자기 스케일과 결합한 풀 레인지 선형 변위 센서를 생성하는 프로토콜이 제공됩니다.

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

우리는 장거리 변위 측정의 과제를 해결했습니다. 당신의 다음, 광 섬유. 이 기술은 기본 연구 및 산업 생산 모두에서 사용할 수 있습니다.올바른 설정변위를 측정할 수 있습니다. 광섬유의 다른 측정. 이 메타약은 산업 환경에서 사용하기에 적합합니다.사용자는 가드 레일에서 자기 스케일을 당겨야합니다. 이 방법은 광섬유 감각의 연구 영역에 대한 통찰력을 제공 할 수 있습니다. 속도 및 가속과 같은 다른 매개 변수를 측정하는 데 사용할 수 있습니다.스캐닝 위상 마스크 기술로 파이버 브래그 격자를 만듭니다. 이를 위해 1주일 동안 수소로 적재된 공기 밀착 용기에 장착된 단일 모드 광섬유를 사용하십시오. 위상 마스크 기술은 반사 지수의 주기적인 변조를 만들기 위해 위상 마스크를 통해 광섬유에 레이저 빔을 집중하는 것을 포함한다.두 섬유가 새겨지면 잔류 수소를 제거하기 위해 섭씨 100도 오븐에 48시간 동안 놓습니다. 검색된 섬유 격자 매개변수는 어닐링 단계 이후에 더 이상 변경되지 않습니다. 적절한 자석으로 자기 스케일의 설계를 구현합니다.스케일에는 길이를 따라 원통형 자석 세트를 보유할 슬롯이 있습니다. 영구 자석의 북극과 남극은 10mm 피치로 스케일을 따라 번갈아 가며 번갈아 가며. 연구 결과의 자석은 직경 5 밀리미터이고 미터 당 750 킬로미터의 자화가 있습니다.고정 된 거리에서 설정된 2 개의 검출기가 스케일을 따라 움직일 때 다른 힘을 느낄 것입니다. 힘이 90도의 위상 차이를 가질 수 있도록 분리를 선택합니다. 이 경우 두 검출기를 22.5밀리미터 간격으로 고정하는 스테인리스 스틸 클램프를 만듭니다.센서를 조작하는 것은 열 치료 가능한 광섬유 에폭시를 제조하는 것으로 시작됩니다. 일단 에폭시가 준비되면 두 섬유 브래그 격자 중 하나를 얻을 수 있습니다. 섬유와 함께 눈자를 놓습니다.격자 를 넘어 지점에서 시작하여 섬유를 따라 약 10 밀리미터를 측정하고 거기에 마크를 놓습니다. 광섬유 스트리퍼는 격자에서 멀리 표시된 위치에서 코팅을 제거합니다. 남은 폴리머의 표면을 알코올및 먼지가 없는 종이로 청소합니다.완료되면 섬유를 고정밀 섬유 칼로 가져가 벗겨진 부위를 갈라보세요. 다음으로 센서의 다른 요소를 설정합니다. 섭씨 150도의 핫 플레이트에 영구 자석을 놓은 다음 자석 위에 15mm 스프링을 놓습니다.스프링 에폭시 내부는 제조 된 섬유의 격자 끝자석에. 에폭시가 섭씨 150도에서 30분 동안 치료하도록 허용하십시오. 자석 스프링 격자 어셈블리를 계속 가져옵니다.또한 어셈블리를 통과할 수 있는 테이퍼 및 나사 튜브가 있습니다. 테이퍼 튜브 내부에 어셈블리를 넣습니다. 자석을 밀어 스프링을 압축합니다.접착 테이프를 사용하여 자석을 제자리에 고정시하십시오. 다음으로 튜브의 열린 끝에 테이퍼 테일 파이프를 삽입합니다. 일단 제자리에 있으면, 끝에 에폭시가 있는 광섬유를 얻고 꼬리 파이프에 삽입하여 내부 섬유와 결합하십시오.온수 판에 적용된 접착제를 섭씨 150도에서 치료합니다. 뜨거운 플레이트의 표면에 평행섬유 지향을 갖는다. 30분 후 핫 플레이트에서 어셈블리를 회수합니다.이어서, 스프링이 힘을 가할 수 있도록 테이프를 제거하여 섬유를 협착시킨다. 튜브에서 나오는 섬유의 끝에 퓨전 스플라이스와 APC 스타일의 단일 모드 커넥터. 커넥터를 접합한 후 두 개의 검출기 중 하나입니다.그것은 시스템에서 사용할 준비가되어 있습니다. 두 섬유로 검출기가 만들어졌을 때 나사를 사용하여 클램프의 슬롯에 고정합니다. 검출기로 클램프를 테스트 시스템으로 가져 가라.시스템 주요 구성 요소는 자기 배율과 평행한 마이크로 변위 플랫폼입니다. 증폭된 자발적 방출을 내장한 고속 파장 인터로게이터는 나노미터 해상도의 최소 200분의 2를 가진 전원 및 광학 스펙트럼 분석기입니다. 검출기가 있는 클램프를 마이크로 변위 플랫폼에 장착합니다.자기 배율 위의 검출기의 높이를 조정하고 클램프를 고정합니다. 이 회로도는 검출기가 연결된 후 테스트 시스템에 대한 개요를 제공합니다. 심문관의 출력은 세 포트 순환기의 첫 번째 포트로 이동합니다.거기에서, 빛은 검출기로 계속됩니다. 검출기의 반사 스펙트럼은 큐큘러를 통과한 다음 순환기의 두 번째 포트로 전달합니다. 순환기의 출력은 광학 스펙트럼 분석기로 입력됩니다.위치 컨트롤러 회로를 사용하여 마이크로 변위 플랫폼의 스테퍼 모터를 제어합니다. 이 컨트롤러와 인터로게이터를 컴퓨터에 연결합니다. 검출기를 스케일을 따라 다른 위치에 배치하여 섬유의 힘을 변화시킵니다.검출기가 저척보다 적당한 높이에 있을 때, 정적 조건하에서 측정된 섬유의 변형으로 인해 배변과 중심 파장 이동 사이의 부비동성 관계가 있습니다. 부비동을 생성하는 높이에서 검출기를 수정하고 동적 측정을 위한 매개변수를 설정합니다. 스테퍼 모터를 사용하여 검출기를 한 방향으로 이동한 후 휴식을 취하면서 파장 이동을 측정합니다.그런 다음 검출기를 반대 방향으로 이동하면서 측정을 계속합니다. 다음으로 센서의 온도 보정을 수행합니다. 센서를 계측기에 연결하지만 클램프에서 제거합니다.그런 다음 센서를 핫 플레이트에 놓습니다. 25~90도의 온도에서 중앙 파도 길이 의 변화를 측정합니다. 제시된 검출기 시스템의 정적 교정 측정은 변위와 두 개의 섬유 브래그 격자 파장 시프트 사이의 관계를 드러냈습니다.파장 변화는 약 반 나노미터입니다. 잔류 오류는 10 picometer보다 적습니다. 이 플롯은 검출기가 전진 및 역동작을 식별하는 기능을 보여 줍니다.처음에는 전방 모션으로 격자 번호 2의 중심 파장이 격자 번호 1을 90도 단계로 이끕다. 그런 다음 모션이 멈추고 뒤집습니다. 이제 격자 번호 2의 중심 파장이 격자 번호 1의 90도를 지연시합니다.이러한 데이터는 검출기 격자 번호 1이 배치될 때 이루어진 여러 측정을 나타내므로 극성과 자기 스케일의 극성과 그 정도는 동일하며 극성이 반대일 때 측정됩니다. 10개의 측정 을 통해 검출기와 스케일이 동일한 극성을 갖는 측정은 더 안정적입니다. 다음은 두 검출기에 대한 온도 의 함수로서 측정 된 파장입니다.온도 간섭을 고려할 때 검출기의 온도 감도는 동일합니다. 이는 온도 보상을 허용합니다. 힘을 적재하 였고 온도가 공급되었습니다.자석으로 스프링을 압축함으로써 기술로 성공을 위해 필수적입니다. 이 기술은 자기 강도를 사용하는 유용한 도구가 될 수 있습니다. 자기력의 주기적인 변화를 직접 감지하기 때문입니다.그런 다음 변위로 변환됩니다.

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이 논문은 세균 바이오 필름과 현장에서 인터페이스에서 미생물에 의해 만들어진 복잡한 생활 소재의 로컬 기계적 특성을 측정 할 수있는 전용 자기 핀셋의 개발에 씨앗을 품고 자기 입자의 원격 작동에 따라 원래의 방법을 보여줍니다.

에 대한 마이크로 미터 프로브의 원격 자기 발동<em&gt; 현장에서</em세균 바이오 필름 물성&gt; 3D 매핑

마그네틱 핀셋, 강력한 단일 분자 조작 기술은 생물학적 거대 분자에 (자기 토크 핀셋 칭했다 구성을 사용하여) 및 토크 (자기 핀셋을 자유롭게 선회 불리는 구성을 사용하여) 꼬임의 직접적인 측정을 위해 구성 될 수있다. 이러한 측정을 수행하기위한 지침은 DNA 및 관련 nucleo 단백질 필라멘트의 연구에 응용 프로그램을 포함하여 제공됩니다.

트위스트와 토크의 측정을위한 자석 집게

우리는 다중 코어 광섬유의 각 코어에 동일한 광섬유 브래그 격자를 새기는 기술을 설명합니다. 이는 광섬유 피복의 곡면에 의한 렌즈를 완화하기 위해 광학 경로에 추가 표면을 도입함으로써 달성됩니다.

멀티 코어 섬유에 브래그 격자를 작성

평면 샘플 자성 입자를 이미지화하는 스캐너는 자기 검출 기법 혼합 평탄한 주파수를 이용하여 개발되었다. 입자의 비선형 nonhysteretic 자화에서 자기 상호 변조 응답은 두 개의 주파수 대역 여기에 기록된다. 얇은 생물학적 시료의 2 차원 영상을 위해 사용될 수있다.

평면 샘플에 자석 입자 이미징에 대한 자기 인식 스캐너를 혼합 주파수

마이크로 / 나노 스케일에서 고정밀 변형률 분포 측정을위한 2 픽셀 및 다중 픽셀 샘플링 방법을 특징으로하는 샘플링 모아레 기법이 여기에 제시됩니다.

샘플링 모아레 프린지에서의 마이크로 / 나노 스케일 변형률 측정

이 백서는 내부 열 핫스팟의 분산 상태 모니터링을 목적으로 섬유 브래그 격자(FBG) 열 센서가 있는 임의 의상처 전기 코일을 계측할 수 있는 프로토콜을 제공합니다.

FBG 센서 멀티플렉싱을 사용하여 전기 코일의 소간 핫스팟 모니터링에 분산된 설계, 계측 및 사용 프로토콜

이 작품은 증폭 메커니즘과 향상된 3D 프린터를 사용하여 제조 된 폴리 디메틸 실록산 현미경으로 구성된 변형 측정 센서를 제공합니다.

개선된 3D 프린터로 변형 측정 장치 생산

여기에서는 최대 1.2kHz의 속도로 힘에 민감한 생체 분자에 대한 나노기계적 측정을 수행하는 고속 자기 핀셋 설정에 대해 설명합니다. 우리는 모델 시스템으로 DNA 헤어핀과 SNARE 복합체에 대한 적용을 소개하지만 기계 생물학적 사건에 관여하는 다른 분자에도 적용 할 수 있습니다.

힘에 민감한 요소에 대한 나노 역학 측정을 위한 고속 자기 핀셋

이 프로토콜은 소변형 영역에서 미세구조의 기계적 특성을 정확히 측정할 수 있는 압축 시험 장치의 구성과 이 장치를 이용한 체계적인 압축 시험 방법을 제시합니다. 제안된 장치는 다양한 미세구조와 폴리머 기반 재료의 기계적 거동을 분석하는 데 사용될 수 있습니다.

소변형에서의 압축 응력-변형률 반응 측정

여기서는 3 축 분배 시스템으로 자동화 직접 기입 순서에 의해 생성 된 자유 - 부유 마이크론 / 서브 마이크론 스케일 고분자 섬유와 "웹 형상"구조를 제조하는 프로토콜을 제시한다.

일시 중단 된 마이크론 / 서브 마이크론 스케일 섬유 구조의 3 차원 직접 쓰기는 로봇 디스펜스 시스템을 통해 처방

배우세요 광섬유 브래그 격자와 자기 눈금을 활용한 온도 독립적 무작위 변위 측정 방법입니다. 이 기술은 장거리 정밀 측정과 산업 현장 적용에 적합하며, 전자기 간섭 환경에서도 안정적인 성능을 제공합니다.

자기 눈금과 두 개의 광섬유 브래그 격자를 결합하여 무작위 변위 측정

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