Name: Een meting van willekeurige verplaatsing door het combineren van een magnetische schaal en twee Gratingen van vezel Bragg (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-09-30T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 s
Description: Leer een temperatuuronafhankelijke verplaatsingssensor met Fiber Bragg Gratings en een magnetische schaal voor precieze metingen op afstand. Deze methode biedt robuuste oplossingen voor industriële toepassingen.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

De auteurs danken het optiek laboratorium voor hun apparatuur en zijn dankbaar voor financiële steun via het programma voor Changjiang geleerden en innovatief onderzoeksteam in de Universiteit en het ministerie van onderwijs van China.

1. fabricage van de Fiber Bragg rooster
<ol><li>Om de lichtgevoeligheid van de vezel kern te verbeteren, zet u een standaard single-mode glasvezel in een luchtdichte busje met waterstof voor 1 week.</li>
	<li>Fabriceren de Fiber Bragg roosters met behulp van de Scanning Phase-Mask techniek en een frequentie-verdubbelde, continue Wave argon-Ion laser met een golflengte van 244 nm.<ol>
<li>Focus op de optische vezel met een cilindrische lens en een ultraviolette (UV) laserstraal. Opdruk van het rooster (periodieke modulatie van de brekingsindex) in de lichtgevoelige kern met behulp van een fase masker (parallel met de vezel as) geplaatst voor de vezel. De lichtopbrengst door de laser is gevormd en loodrecht op het fase masker. Plaats de vezel op de positie van de ± 1 orde verstrooide Light voor blootstelling aan UV-straling.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Plaats na UV-inscriptie de twee vezel Bragg-roosters in een 100 °C-oven voor 48 uur om eventuele rest waterstof te verwijderen, totdat de reflectie van de vezel roosters met 10% is verminderd, de 3 dB-bandbreedte wordt verlaagd met 0,1 nm en de middelste golflengte wordt verschoven met 0,8 nm. Deze stap wordt de gloeien verwerking genoemd. De parameters van FBG worden niet gewijzigd na het gloeien van de verwerking. NB: de centrale golflengten van deze twee FBGs zijn 1.555,12 nm (1 # FBG) en 1.557,29 nm (2 # FBG) met een rooster lengte van 5 mm.</li>
</ol>2. bereiding van de magnetische weegschaal en de bijpassende klem
<ol><li>Bepaal de grootte van de permanente magneet volgens het eerder beschreven ontwerp8. De beschrijving van de permanente magneet wordt weergegeven in tabel 1.</li>
	<li>Ontwerp de sleuf van de magnetische schaal, waarvan de afmeting overeenkomt met de permanente magneet, zoals weergegeven in Figuur 1.<ol>
<li>Bevestig de afmeting van de bijpassende klem en stel een afstand van 22,5 mm in tussen de twee sleuven in de klem. Om magnetische veld interferentie te verwijderen, is de klem gemaakt van roestvrijstaal.</li>
		<li>Stel een afstand van 10 mm van het veld in op de magnetische schaal (τ) om de bewegingsrichting te onderscheiden en stel een afstand van 22,5 mm ((2 + 1/4) · τ) tussen de twee detectoren in. Twee detectoren kunnen de verschuivings karakteristiek verkrijgen volgens de volgende formules, die sinusvormige functie variaties kunnen bereiken met een faseverschil van 90 °, waarbij x de verplaatsing is, f1 # FBG en f2 #FBG zijn de magnetische kracht van de twee detectoren, en B is een constante. De structuur van de magnetische schaal en de bijbehorende klem worden weergegeven in Figuur 1. <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/58182/58182eq1.jpg">
</li>
	</ol>
</li>
	<li>Zet permanente magneten in de sleuven van de klem, met de magnetische N/S afwisselend gerangschikt. Cilindrische permanente magneten zijn alleen gemagnetiseerd in de axiale richting, en de magnetische vector is 750 kA/m.</li>
</ol>3. fabricage van de verplaatsingssensor
<ol><li>Bereid een mengsel van hitte-curable Fiber Optic epoxy (lijm) door toevoeging van 100 mg verharder (component A) aan 200 mg hars (component B), zoals weergegeven in Figuur 2.</li>
	<li>Meet de afstand van vezel staartje, ongeveer 10 mm tussen het eind vlak van vezel staartje en het rooster, en scoor het vervolgens met een fijnpuntsmarkering.</li>
	<li>Gebruik een glasvezel-stripper om de vezel coating te schillen en uit de markerings positie van de vorige stap te strippen.</li>
	<li>Reinig het oppervlak van het overgebleven polymeer met stofvrij papier. Plaats het blad van een hoge precisie Fiber Cleaver loodrecht op de glasvezelkabel en snijd het.</li>
	<li>Zet een permanente magneet op de hete plaat en plaats een veer met een lengte van 15 mm boven de permanente magneet. Opmerking: de lengte van de veer is het belangrijkste element van de vooraf geladen kracht in de volgende stap.</li>
	<li>Lijm de vezel die is verkregen uit stap 3,3. Plaats de staartje van de vezel in de veer, zoals afgebeeld in Figuur 2, en genees de lijm (epoxy #1) gedurende 30 minuten bij 150 °c. Opmerking: deze drie gecombineerde onderdelen worden 1 # Pgenoemd.</li>
	<li>Zet 1 # P in de taps toelopende buis en gebruik plakband om de permanente magneet te bevestigen. zoals weergegeven in Figuur 3. Plaats de lijm precies boven de permanente magneet en genees de lijm (epoxy #2 is hetzelfde als epoxy #1) gedurende 30 minuten bij een temperatuur van 150 °C. Pas vervolgens de vooraf geladen kracht met de hand toe op de Fiber Bragg roosters; de voorgevormde kracht zorgt ervoor dat de vezels in een niet-buigbare toestand zijn. Opmerking: deze gecombineerde onderdelen worden de FBG-detector genoemd. De FBG-detector is verantwoordelijk voor het omzetten van het signaal van de magnetische kracht in het signaal van de verplaatsings parameters.</li>
	<li>Verwijder de plakband; de productie van deze stap heet 2 # P.</li>
	<li>Splice een APC-type single-mode connector aan het einde van de 2 # P Fiber met behulp van een Fusion Splicer, volgens de instructies van de fabrikant.</li>
	<li>Bevestig twee FBG-detectoren in de sleuf van de klem en bevestig vervolgens de klem aan het verplaatsings platform.</li>
</ol>4. het testsysteem opbouwen
<ol><li>Zet de High-Speed golflengte ondervrager aan met de ingebouwde optische schakelaar.</li>
	<li>Schakel de versterkte spontane emissie (ASE) in. Leid het licht in de input-output fiber en propageren het naar de op FBG gebaseerde verplaatsingssensor. Vervolgens weerspiegelt de reflectie spectra die door de sensor is gemoduleerd, deze weer aan de ondervrager via de input-output fiber.</li>
	<li>Verbind de ondervrachter met de computer met een Ethernet-kabel, op basis van het UDP-protocol.</li>
	<li>Sluit de optische circulatiepomp aan op de optische spectrum analyzer (OSA) met een minimale resolutie van 0,02 nm, voor het bewaken van de golflengte van de Bragg.</li>
	<li>Zet de stepper motor met 24 V aan.</li>
	<li>Verander de snelheid van de motor door de DIP-schakelaar van de stappenmotor controller aan te passen. Met de externe controlepoort kan de stappenmotor controller worden gereden in half-Step, Normal, en andere aandrijf modi, zoals weergegeven in tabel 2, en op-chip PWM Chopper circuits toestaan schakelmodus controle van de stroom in de wikkelingen op basis van een MCU.</li>
	<li>Pas de afstand tussen de twee detectoren en de magnetische weegschaal aan.<ol>
<li>Pas aan tot er een betere sinusoïdale curve is tussen de verplaatsing en het magnetische veld.</li>
		<li>Pas aan totdat er goed beschreven methoden zijn om de beste afstand11 te stimuleren, omdat cilindrische permanente magneten met tegengestelde magnetische velden naast elkaar zijn gerangschikt. Opmerking: er is een sinusvormige relatie tussen de verplaatsing en het magnetische veld wanneer er een geschikte afstand is tussen de magnetische schaal en de detector. De magnetische kracht heeft een lineaire relatie met het magnetische veld. Volgens Hooke's wet, kracht heeft een lineaire relatie met stam, en de middelste golflengte verschuiving van FBG is lineair met stam toegepast op de FBG; Zo kan een sinusoïdale curve worden verkregen.</li>
		<li>Scheid de twee detectoren van elkaar voor 22,5 mm. Noot: (m ± 1/4) τ is gelijk aan 22,5 mm (m is een positief geheel getal, m = 2), τ is de toonhoogte van de magnetische schaal en (m ± 1/4) τ ≤ de totale lengte van de magnetische schaal, waarbij τ gelijk is aan 10.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. evaluatie van de ontworpen verplaatsingssensor
<ol><li>Stel de afstand tussen de detector en de magnetische schaal in op 1,5 mm en bevestig de klem.</li>
	<li>Sluit het APC-type connector uiteinde van de sensor aan op de ondervrager poort en start de configuratiesoftware. Stel de bemonsteringsfrequentie van de ondervrager in op 5 kHz voor een real-time opname van de golflengte van het FBG Center in de loop van de tijd. Druk op de knop om de motor te bedienen met een increment van 40 μm per keer (type F, zoals weergegeven in tabel 2). Verschillende typen vertegenwoordigen verschillende stappen. Als de motor met type F werkt, kan de motor het kleinste stap-interval en de hoogste verplaatsings nauwkeurigheid hebben.</li>
	<li>Sluit het APC-type connector uiteinde van de sensor aan op de OSA-poort en start de configuratiesoftware. Een OSA en ondervrager bewaken de centrale golflengten verschuiving van FBGs. Sla de gegevens op uit de statische status kalibratie.</li>
	<li>Wissel rechtsom en linksom rotatie van de motor in een dynamische toestand. Sla de gegevens op zoals hierboven.</li>
	<li>Plaats de sensor op de verwarmingsplaat en voer een experiment voor temperatuur kalibratie uit. Verander de temperatuur van de verwarmingsplaat van 25 °C tot 90 °C.</li>
	<li>Voer gegevensanalyse uit.<ol>
<li>Importeer de gegevens in een CSV-indeling van het experiment voor statische kalibratie in MATLAB. Gebruik de functie findpeaks om de middengolf lengte van de Fiber Bragg roosters uit te pakken. Gebruik de sinusoïdale functie van de curve fitting tool om de relatie tussen de middelste golflengte en de verplaatsing te passen, zoals weergegeven in figuur 5a. De passende rest fouten tussen de monsterpunten en de montage curve worden ook afgebeeld in Figuur 5b. De twee Fourier fitting curven tussen de middelste golflengte verschuivingen en de lineaire verplaatsing ondanks de oorspronkelijke fase zijn hier: <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/58182/58182eq2.jpg">
</li>
		<li>Importeer de gegevens in de Verwerkingssoftware. Gebruik de curve fitting tool om de gegevens te verwerken die zijn verkregen uit een dynamische rotatie met de klok mee (voorwaartse beweging) en een linksdraaiende rotatie (achteruit beweging) van de motor (Figuur 6).</li>
		<li>Verwerken van de gegevens die zijn verkregen van het experiment voor temperatuur kalibratie zoals hierboven beschreven (Figuur 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>

De auteurs hebben niets te onthullen.

We hebben een nieuwe methode voor willekeurige lineaire verplaatsings metingen gedemonstreerd door het combineren van een magnetische schaal en twee vezel Bragg roosters. Het belangrijkste voordeel van deze sensoren is willekeurige verplaatsing zonder beperking. De magnetische schaal die hier wordt gebruikt, genereert een periodefrequentie van het magnetische veld op 10 mm, tot ver buiten de praktische grenzen van conventionele optische vezel verdringings sensoren, zoals de verplaatsing genoemd door Lin et al.<sup class=...

Optische vezel sensoren hebben grote voordelen, zoals flexibiliteit, golflengte divisie multiplexing, bewaking op afstand, corrosiebestendigheid en andere kenmerken. Zo heeft de optische vezel verdringings sensor brede toepassingen.
Om gerichte lineaire verplaatsings metingen te realiseren in complexe omgevingen, verschillende structuren van de optische vezel (bijv. de Michelson interferometer1, de Fabry-Perot holte interferometer2, de Fiber Bragg rooster3, de Buig verlies4) zijn ontwikkeld in de afgelopen jaren. Het buig verlies vereist de lichtbron in een stabiel station en is ongeschikt voor omgevings trillingen. Qu et al. hebben een interferometrische Fiber-Optic nano verplaatsingssensor ontworpen op basis van een plastic Dual-Core vezel met één uiteinde bekleed met een zilveren spiegel; het heeft een resolutie van 70 nm5. Een eenvoudige verplaatsingssensor op basis van een gebogen single-mode-multimode-single-mode (SMS) vezelstructuur werd voorgesteld om de beperkingen op de meting van het verplaatsings bereik te overwinnen; het verhoogde de verplaatsing gevoeligheid drievoudig met een bereik van 0 tot 520 μm6. Lin et al. presenteerde een verplaatsingssensor systeem dat de FBG samen met een veer combineert; het uitgangsvermogen is ongeveer lineair met de verplaatsing van 110-140 mm7. Een Fiber Fabry-Perot verplaatsingssensor heeft een meetbereik van 0-0,5 mm met een lineariteit van 1,1% en een resolutie van 3 μm8. Zhou et al. rapporteerde een wide-range verplaatsingssensor op basis van een Fiber-Optic Fabry-Perot interferometer voor subnanometer metingen, tot 0,084 nm over een dynamisch bereik van 3 mm9. Een fiber-optische verplaatsingssensor op basis van reflecterende intensiteit gemoduleerde technologie werd aangetoond met behulp van een vezel collimator; Dit had een schakelbereik van meer dan 30 cm10. Hoewel optische vezels kunnen worden gefabriceerd in vele soorten verplaatsings sensoren, maken deze op vezels gebaseerde sensoren in het algemeen gebruik van de Trek grens van het materiaal zelf, wat de toepassing ervan beperkt in breedbereik metingen. Er worden dus meestal compromissen gesloten tussen het meetbereik en de gevoeligheid. Bovendien is het moeilijk om de verplaatsing te bepalen, aangezien verschillende variabelen gelijktijdig optreden; vooral, kruisgevoeligheid van de stam en temperatuur kan de experimentele precisie beschadigen. Er zijn veel discriminatie technieken gerapporteerd in de literatuur, zoals het gebruik van twee verschillende sensing structuren, met behulp van een enkele FBG half gebonden door verschillende lijmen, of met behulp van speciale optische vezels. De verdere ontwikkeling van optische vezel verdringings sensoren vereist dus een hoge gevoeligheid, een klein formaat, grote stabiliteit, volledig bereik en onafhankelijkheid van de temperatuur.
Hier maakt de periodieke structuur van de magnetische weegschaal een full-range meting mogelijk. Een willekeurige verplaatsing zonder een beperkt meetbereik met een magnetische schaal wordt bereikt. In combinatie met twee FBGs kunnen zowel temperaturecross-gevoeligheid als de identificatie voor de bewegingsrichting worden opgelost. Verschillende stappen binnen deze methode vereisen precisie en aandacht voor detail. Het Protocol van de fabricage van de sensor wordt in detail beschreven als volgt.

<table><tbody><tr><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>fiber cleaver/ CT-32</td><td>Fujikura</td><td></td><td>de diameter van 125</td></tr><tr><td>fiber optic epoxy /DP420</td><td>henkel-loctite</td><td></td><td>Verhouding 2:1</td></tr><tr><td>interrogator</td><td>BISTU</td><td></td><td>monsterfrequentie:17kHz</td></tr><tr><td>motor driver</td><td>Zolix</td><td></td><td>PSMX25</td></tr><tr><td>optical circulator</td><td>Thorlab</td><td></td><td>drie poorten</td></tr><tr><td>optical couple</td><td>Thorlab</td><td></td><td>50:50</td></tr><tr><td>optical spectrum analyzer/OSA</td><td>Fujikura</td><td></td><td>AQ6370D</td></tr><tr><td>permanent magnet</td><td>Shanghai Sichi Magnetic Industry Co., Ltd.</td><td></td><td>D5x4mm</td></tr><tr><td>plastic shaped pipe</td><td>Topphotonics</td><td></td><td></td></tr><tr><td>power source</td><td>RIGOL</td><td></td><td>instelbaar vermogen</td></tr><tr><td>single mode fiber</td><td>Corning</td><td></td><td>9/125um</td></tr><tr><td>Spring</td><td>tengluowujin</td><td></td><td>D3x15mm</td></tr><tr><td>stepper motor controller</td><td></td><td></td><td>JF24D03M</td></tr></tbody></table>

een meting van willekeurige verplaatsing door het combineren van een magnetische schaal en twee gratingen van vezel bragg

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

Metingen over de verplaatsing van lange afstanden met behulp van optische vezels zijn altijd een uitdaging geweest in zowel fundamenteel onderzoek als industriële productie. We ontwikkelden en kenmerkten een temperatuur onafhankelijke Fiber Bragg rooster (FBG)-gebaseerde Random-verplaatsingssensor die een magnetische schaal aanneemt als een roman Transfer mechanisme. Door verschuivingen van twee FBG Center golflengten te detecteren, kan een full-range meting worden verkregen met een magnetische weegschaal. Voor de identificatie van de rechtsom en linksom rotatierichting van de motor (in feite de bewegingsrichting van het te testen object), is er een sinus verhouding tussen de verplaatsing en de middelste golflengte verschuiving van de FBG; Als de linksom rotatie wisselt, toont de middelste golflengte verschuiving van de tweede FBG-detector een leidend faseverschil van ongeveer 90 ° (+ 90 °). Als de rechtsom rotatie afwisselend, de middelste golflengte verschuiving van de tweede FBG geeft een achterblijvende faseverschil van rond 90 ° (-90 °). Tegelijkertijd zijn de twee op FBG gebaseerde sensoren temperatuur onafhankelijk. Als er een externe monitor nodig is zonder elektromagnetische interferentie, maakt deze opvallende benadering ze een handig hulpmiddel om de willekeurige verplaatsing te bepalen. Deze methodologie is geschikt voor industriële productie. Omdat de structuur van het hele systeem relatief eenvoudig is, kan deze verplaatsingssensor worden gebruikt in de commerciële productie. Naast het feit dat het een verplaatsingssensor is, kan het worden gebruikt om andere parameters te meten, zoals snelheid en versnelling.

De afstand, variërend van 1 mm tot 3 mm11, tussen de magnetische schaal en de detector, stelde de detectie van de lineaire verplaatsing met een sinusoïdale functie in staat. Een afstand van 22,5 mm tussen twee detectoren stelde deze benadering in staat om detectie van de richting van de beweging van een object te realiseren met een faseverschil van 90 °. De twee detectoren werden van elkaar gescheiden voor (m ± 1/4) τ (m is een positief geheel get...

Een protocol om een full-range lineaire verplaatsingssensor te creëren, die twee verpakte Fiber Bragg-rooster detectoren met een magnetische weegschaal combineert, wordt gepresenteerd.

Een meting van willekeurige verplaatsing door het combineren van een magnetische schaal en twee Gratingen van vezel Bragg

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

We hebben de uitdaging van lange afstandsverplaatsingsmetingen aangepakt. Je dan, optische vezels. De technische kan worden gebruikt in zowel fundamenteel onderzoek als industriële productie.Met de juiste opstelling kan de verplaatsing worden gemeten. Andere gemeten van de optische vezel. Deze metrologie is geschikt voor gebruik in industriële omgevingen.De gebruiker hoeft alleen maar de magnetische weegschaal op de vangrail te trekken. Deze methode kan inzicht geven in het onderzoeksgebied van optische vezels. Het kan worden gebruikt om andere parameters te meten, zoals snelheid en versnelling.Maak de Fiber Bragg roosters met de scanfase-masker techniek. Gebruik hiervoor single mode optische vezels die al een week in een luchtdichte container met waterstof zijn belast. De fase-masker techniek omvat het scherpstellen van een laserstraal door middel van een fase-masker op een optische vezel om periodieke modulatie van de brekingsindex te creëren.Zodra twee vezels zijn ingeschreven, plaats ze in een 100 graden Celsius oven voor 48 uur om eventuele resterende waterstof te verwijderen. De opgehaalde vezel roosters parameters zal niet meer veranderen na de annealing stap. Implementeer het ontwerp van de magnetische weegschaal met de juiste magneten.De weegschaal heeft sleuven om een set cilindrische magneten over de lengte te houden. De noord- en zuidpool van de permanente magneten wisselen langs de schaal af met een 10 millimeter toonhoogte. De magneten in de studie hebben een diameter van 5 millimeter en hebben een magnetisatie van 750 kiloamperes per meter.2 detectoren op een vaste afstand uit elkaar zullen verschillende krachten voelen als ze langs de schaal bewegen. Kies de scheiding zodat de krachten een faseverschil van 90 graden hebben. In dit geval maak een roestvrijstalen klem om de twee detectoren 22,5 millimeter uit elkaar te houden.Om de sensor te fabriceren beginnen met het voorbereiden van warmte te genezen glasvezel epoxy. Zodra de epoxy klaar is krijg een van de twee Fiber Bragg roosters. Plaats een liniaal naast de vezel.Vanaf een punt net voorbij het rooster, meet ongeveer 10 millimeter langs de vezel en plaats een merk daar. De glasvezel stripper, verwijder de coating uit de gemarkeerde positie uit de buurt van het rooster. Reinig het oppervlak van een resterende polymeer met alcohol- en stofvrij papier.Wanneer gedaan, neem de vezel naar een hoge precisie vezel hakmes te klijpen de gestripte regio. Stel vervolgens andere elementen van de sensor in. Zet een permanente magneet op een hete plaat op 150 graden Celsius, plaats dan een 15 millimeter veer op de top van de magneet.Binnen de veer epoxy het rooster einde van de bereide vezel aan de magneet. Laat de epoxy 30 minuten op 150 graden celsius genezen. Om door te gaan met de magneet veer rooster montage.Bovendien, hebben een taps toelopende en schroefdraad buis die kan gaan over de montage. Plaats de montage in de taps toelopende buis. Druk op de magneet om de veer te comprimeren.Gebruik plakband om de magneet op zijn plaats te bevestigen. Plaats vervolgens een taps toelopende uitlaat aan de open kant van de buis. Zodra het op zijn plaats is, krijgt optische vezel met epoxy aan het eind en steek het in de staartpijp om met de interne vezel te verbinden.Genees de aangebrachte lijm op een hete plaat, op 150 graden Celsius. Hebben de vezel georiënteerd parallel aan het oppervlak van de hete plaat. Haal na 30 minuten de montage van de kookplaat.Verwijder vervolgens de tape zodat de veer een kracht kan toepassen, om de vezel te sijden. Fusion splice en APC stijl single mode connector aan het einde van de vezel afkomstig van de buis. Dit is een van de twee detectoren na het splitsen van de connector.Het is klaar voor gebruik in het systeem. Wanneer detectoren zijn gemaakt van beide vezels vast te stellen in de sleuf van de klem met behulp van een schroef. Breng de klem met de detectoren naar het testsysteem.De belangrijkste componenten van de systemen zijn een microverplaatsingsplatform dat parallel loopt aan de magnetische schaal. Een hoge snelheid golf lengte ondervrager met ingebouwde versterkte spontane emissie en is krachtbron en een optische spectrum analyser met een minimum 200ste van een nanometer resolutie. Monteer de klem met de detectoren op het microverplaatsingsplatform.Pas de hoogte van de detectoren boven de magnetische weegschaal aan en bevestig de klem. Dit schema geeft een overzicht van het testsysteem nadat de detectoren zijn aangesloten. De output van de ondervrager gaat naar de eerste haven van een driepoort circulatie.Vanaf daar gaat het licht door naar de detectoren. Reflectie spectra van de detectoren passeren een kopje, en vervolgens in de tweede poort van de circulatiepomp. De output van de circulatiepomp wordt ingevoerd in de optische spectrumanalyser.Gebruik een positieregelaarcircuit om de steppermotor van het microverplaatsingsplatform te bedienen. Sluit deze controller en de ondervrager aan op een computer. Plaats de detectoren op verschillende posities langs de weegschaal om de kracht op de vezels te variëren.Wanneer de detectoren zich op een geschikte hoogte boven de schaal bevinden, is er een sinusoïdale relatie tussen de verplaatsing langs de schaal en de middengolflengten verschuift als gevolg van spanning in de vezels gemeten onder statische omstandigheden. Bevestig de detectoren op de hoogte die een sinusoïde produceert en stel de parameter in voor dynamische metingen. Meet de golflengte verschuivingen tijdens het gebruik van de stepper motor om de detectoren te verplaatsen in een richting voor een afstand alvorens ze te rusten.Ga vervolgens door met metingen terwijl u de detectoren in de tegenovergestelde richting beweegt. Voer vervolgens temperatuurkalibratie van de sensoren uit. Houd de sensoren aangesloten op de instrumenten, maar verwijder ze uit de klem.Plaats vervolgens de sensoren op een kookplaat. Meet hun centrale golf lengte verandering bij temperaturen van 25 tot 90 graden Celsius. Statische kalibratie metingen van de gepresenteerde detector systeem, bleek de relatie tussen de verplaatsing en de twee Fiber Bragg roosters golflengte verschuiving.De golflengte verschuivingen zijn ongeveer een halve nanometer. De restfouten zijn minder dan 10 picometers. Deze plot toont de detectoren vermogen om voorwaartse en omgekeerde beweging te identificeren.Aanvankelijk met voorwaartse beweging, leidt de centrumgolflengte van rooster nummer 2 dat van rooster nummer 1 door een fase van 90 graden. Dan, beweging stopt en keert. Nu, de middelste golflengte van rasnummer 2 blijft die van rasp nummer 1 bij 90 graden.Deze gegevens vertegenwoordigen meerdere metingen die worden gedaan wanneer detector rooster nummer 1 is gepositioneerd, zodat de polariteit en die van de magnetische schaal zijn hetzelfde en metingen gedaan wanneer de polariteiten tegenover. In de loop van tien metingen zijn die waar de detector en de schaal dezelfde polariteit hebben stabieler. Hier is de gemeten golflengte als functie van de temperatuur voor de twee detectoren.Bij temperatuurinterferentie is de temperatuurgevoeligheid van de detectoren gelijk. Dat zorgt voor temperatuurcompensatie. Waren het laden van de kracht en de temperatuur was levering.Door het comprimeren van de veer met een magneet is essentieel voor succes met de techniek. Deze techniek kan een nuttig hulpmiddel zijn gebruik maken van de magnetische sterke punten. Omdat het de periodieke variatie van de magnetische kracht direct detecteert.Die vervolgens wordt omgezet in verplaatsing.

a-random-displacement-measurement-combining-magnetic-scale-two-fiber

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

Dit document toont een originele methode gebaseerd op de afstandsbedieningsinrichting van magnetische deeltjes geënt in een bacteriële biofilm en de ontwikkeling van specifieke magnetische pincet meten in situ lokale mechanische eigenschappen van het complex levend materiaal gebouwd door micro-organismen aan grensvlakken.

Remote Magnetische Aansturing van Micrometrische Probes voor<em&gt; In situ</em&gt; 3D Mapping van bacteriële biofilm Fysische eigenschappen

Magnetische pincet, een krachtige single-molecule manipulatie techniek kan worden aangepast voor de directe metingen van de twist (met een configuratie genoemd vrij-baan magnetische pincet) en koppel (met een configuratie genoemd magnetisch koppelpincet) in biologische macromoleculen. Richtlijnen voor het uitvoeren van dergelijke metingen worden gegeven, met inbegrip van toepassingen aan de studie van DNA en bijbehorende nucleo-eiwit filamenten.

Magnetische pincet voor het meten van Twist en Torque

We beschrijven een techniek voor het inschrijven van identieke fiber Bragg-gratings in elke kern van een multicore-vezel. Dit wordt bereikt door een extra oppervlak in de optische baan te introduceren om lenzen door het gebogen oppervlak van de vezelmantel te verminderen.

Het schrijven van Bragg Roosters in Multicore Fibers

Een scanner voor beeldvorming magnetische deeltjes in vlakke monsters werd ontwikkeld met vlakke frequentie mengen magnetische detectietechniek. De magnetische intermodulatieproduct reactie van de lineaire nonhysteretic magnetisatie van de deeltjes wordt opgenomen op een twee-frequentie excitatie. Het kan worden gebruikt om 2D beelden dunne biologische monsters.

Frequentie mengen Magnetic Detection Scanner voor de beeldvorming van magnetische deeltjes in Planar Samples

Hier wordt een monstername moiré-techniek met 2-pixel- en multi-pixel bemonsteringsmethoden voor nauwkeurige strainverdelingsmetingen op de micro / nano-schaal weergegeven.

Micro / Nano-schaal Distributiemeting van Steekproef Moiré Fringes

Dit document presenteert een protocol dat instrumentatie van willekeurige wond elektrische spoelen met vezel Bragg rooster (FBG) thermische sensoren met het oog op gedistribueerde conditie monitoring van interne thermische hot spots mogelijk maakt.

Ontwerp-, instrumentatie- en gebruiksprotocollen voor gedistribueerde in situ thermische hotspots monitoring in elektrische spoelen met behulp van FBG Sensor Multiplexing

Dit werk presenteert een stam meetsensor bestaande uit een versterkingmechanisme en een polydimethylsiloxane microscoop vervaardigd met behulp van een verbeterde 3D-printer.

Productie van een stammeetapparaat met een verbeterde 3D-printer

Hier beschrijven we een snelle magnetische pincetopstelling die nanomechanische metingen uitvoert op krachtgevoelige biomoleculen met de maximale snelheid van 1,2 kHz. We introduceren de toepassing ervan op DNA-haarspelden en SNARE-complexen als modelsystemen, maar het zal ook van toepassing zijn op andere moleculen die betrokken zijn bij mechanobiologische gebeurtenissen.

High-speed magnetisch pincet voor nanomechanische metingen aan krachtgevoelige elementen

Dit protocol biedt de configuratie van een compressietestapparaat dat in staat is de mechanische eigenschappen van microstructuren in het klein-rekgebied nauwkeurig te meten, samen met een systematische methode voor compressietesten met dit apparaat. Het voorgestelde apparaat kan worden gebruikt om verschillende microstructuren en het mechanisch gedrag van polymeergebaseerde materialen te analyseren.

Meting van de compressieve spanning-rekrespons bij kleine rekken

Hier presenteren we een protocol om vrij-zwevende, micron / sub-micron schaal polymeer vezels en "web-achtige" structuren gegenereerd via geautomatiseerde direct schriftelijk procedure door middel van een 3-assige doseersysteem fabriceren.

Voorgeschreven 3-D Direct Schrijven van Suspended Micron / Sub-micron schaal Fiber Structures via een Robotic doseersysteem

Leer een temperatuuronafhankelijke verplaatsingssensor met Fiber Bragg Gratings en een magnetische schaal voor precieze metingen op afstand. Deze methode biedt robuuste oplossingen voor industriële toepassingen.

Een meting van willekeurige verplaatsing door het combineren van een magnetische schaal en twee Gratingen van vezel Bragg

Meer video's verkennen