Name: Losowy pomiar przemieszczenia poprzez połączenie skali magnetycznej i dwóch światłowodowych siatek Bragga (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-09-30T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 s
Description: Poznaj metodę pomiaru przemieszczenia z wykorzystaniem siatek Bragga i skali magnetycznej. System zapewnia niezależne od temperatury, precyzyjne pomiary zdalne, odporne na zakłócenia elektromagnetyczne w środowisku przemysłowym.

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

playerTrialDesktop

Autorzy dziękują Laboratorium Optyki za sprzęt i są wdzięczni za wsparcie finansowe za pośrednictwem Programu dla Naukowców Changjiang i Innowacyjnego Zespołu Badawczego na Uniwersytecie oraz Ministerstwa Edukacji Chin.

1. Wykonanie światłowodowej sieci Bragga
<ol>
	<li>Aby zwiększyć światłoczułość rdzenia włókna, należy umieścić standardowe włókno jednomodowe w szczelnym pojemniku z załadowanym wodorem na 1 tydzień.</li>
	<li>Wykonaj światłowodową kratkę Bragga, stosując technikę skanującej maski fazowej oraz laser argonowy w trybie ciągłym z podwojeniem częstotliwości o długości fali 244 nm.
	<ol>
		<li>Skup wiązkę lasera ultrafioletowego (UV) na włóknie optycznym za pomocą soczewki cylindrycznej. Wytraw kratkę (periodyczną modulację współczynnika załamania światła) w światłoczułym rdzeniu, używając maski fazowej (umieszczonej równolegle do osi włókna) znajdującej się przed włóknem. Wiązka światła emitowana przez laser jest kształtowana i pada prostopadle do maski fazowej. Umieść włókno w położeniu światła dyfrakcyjnego rzędu ±1 w celu naświetlania UV.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Po zapisie UV umieść dwie światłowodowe kratki Bragga w piekarniku w temperaturze 100 °C na 48 h, aby usunąć pozostałości wodoru, aż do momentu, gdy odbiciowość kratki włókna spadnie o 10%, szerokość pasma 3 dB zmniejszy się o 0.1 nm, a długość fali środkowej przesunie się o 0.8 nm. Krok ten nazywa się procesem wyżarzania. Parametry FBG nie ulegną zmianie po procesie wyżarzania. 
	UWAGA: Długości fal środkowych tych dwóch FBG wynoszą 1,555.12 nm (1#FBG) oraz 1,557.29 nm (2#FBG) przy długościach kratek wynoszącej 5 mm.</li>
</ol>
2. Przygotowanie skali magnetycznej i dopasowanego zacisku
<ol>
	<li>Wyznaczyć rozmiar magnesu trwałego zgodnie z wcześniej opisaną konstrukcją8. Opis magnesu trwałego przedstawiono w Tabeli 1.</li>
	<li>Zaprojektować gniazdo skali magnetycznej, którego wymiary odpowiadają magnesowi trwałemu, jak pokazano na Rysunku 1.
	<ol>
		<li>Potwierdzić wymiary dopasowanego zacisku i ustawić odległość 22,5 mm między dwoma gniazdami w zacisku. Aby wyeliminować zakłócenia pola magnetycznego, zacisk wykonano ze stali nierdzewnej.</li>
		<li>Ustawić skok w skali magnetycznej (τ) na 10 mm w celu rozróżnienia kierunku ruchu oraz ustawić odległość 22,5 mm ((2+1/4)·τ) między dwoma detektorami. Za pomocą dwóch detektorów można uzyskać charakterystykę przemieszczenia zgodnie z poniższymi wzorami, co pozwala osiągnąć zmienności funkcji sinusoidalnej z różnicą faz 90°, gdzie x to przemieszczenie, F1#FBG i F2#FBG to siła magnetyczna dwóch detektorów, a B to stała. Strukturę skali magnetycznej i dopasowanego do niej zacisku pokazano na Rysunku 1. 
		<img alt="Równania matematyczne funkcji sinusoidalnych; istotne w badaniach analizy fal." src="/files/ftp_upload/58182/58182eq1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 1"></li>
	</ol>
	</li>
	<li>Włożyć magnesy trwałe do gniazd zacisku, rozmieszczając bieguny N/S naprzemiennie. Cylindryczne magnesy trwałe są namagnesowane tylko w kierunku osiowym, a ich wektor namagnesowania wynosi 750 kA/m.</li>
</ol>
3. Wykonanie czujnika przemieszczeń
<ol>
	<li>Przygotuj mieszaninę utwardzanej na gorąco żywicy epoksydowej do światłowodów, dodając 100 mg utwardzacza (Komponent A) do 200 mg żywicy (Komponent B), zgodnie z rysunkiem na Rysunku 2.</li>
	<li>Zmierz odległość pigtaila światłowodowego, około 10 mm między czołem pigtaila a obszarem kratki, a następnie zaznacz to miejsce markerem o cienkiej końcówce.</li>
	<li>Użyj ściągacza do światłowodów, aby zdjąć powłokę światłowodu w miejscu zaznaczonym w poprzednim kroku.</li>
	<li>Oczyść powierzchnię z pozostałości polimeru za pomocą bezpyłowego papieru. Ustaw ostrze precyzyjnego przecinaka do światłowodów prostopadle do kabla światłowodowego i przetnij go.</li>
	<li>Umieść magnes trwały na płycie grzewczej i nad magnesem ustaw sprężynę o długości 15 mm. 
	UWAGA: Długość sprężyny jest głównym elementem determinującym siłę wstępnego naprężenia w następnym kroku.</li>
	<li>Przyklej światłowód uzyskany w kroku 3.3. Umieść pigtail światłowodu wewnątrz sprężyny, jak pokazano na Rysunku 2, i utwardzaj klej (Epoxy #1) przez 30 min w temperaturze 150 °C. 
	UWAGA: Te trzy połączone elementy nazywane są 1#P.</li>
	<li>Włóż element 1#P do stożkowej rurki i użyj taśmy klejącej, aby przymocować magnes trwały, zgodnie z Rysunkiem 3. Nałóż klej dokładnie nad magnesem trwałym i utwardzaj go (Epoxy #2 to ten sam produkt co Epoxy #1) przez 30 min w temperaturze 150 °C. Następnie ręcznie przyłóż siłę wstępnego naprężenia do światłowodowej kratki Bragga; siła wstępnego naprężenia pozwala światłowodowi pozostać w stanie niezgiętym. 
	UWAGA: Te połączone elementy nazywane są detektorem FBG. Detektor FBG odpowiada za konwersję sygnału siły magnetycznej na sygnał parametrów przemieszczenia.</li>
	<li>Usuń taśmę klejącą; produkt uzyskany w tym kroku nazywa się 2#P.</li>
	<li>Zespawaj złącze jednomodowe typu APC z końcem światłowodu 2#P za pomocą spawarki światłowodowej, zgodnie z instrukcjami producenta.</li>
	<li>Zamocuj dwa detektory FBG w szczelinie zacisku, a następnie przymocuj zacisk do platformy przemieszczenia.</li>
</ol>
4. Budowa układu testowego
<ol>
	<li>Włącz szybki interrogator długości fali za pomocą wbudowanego przełącznika optycznego.</li>
	<li>Włącz wzmocnioną emisję spontaniczną (ASE). Poprowadź światło do włókna wejściowo-wyjściowego i skieruj je do czujnika przemieszczenia opartego na FBG. Następnie widma refleksyjne modulowane przez czujnik są odbijane z powrotem do interrogatora za pomocą włókna wejściowo-wyjściowego.</li>
	<li>Połącz interrogator z komputerem za pomocą kabla ethernet, korzystając z protokołu UDP.</li>
	<li>Podłącz cyrkulator optyczny do analizatora widma optycznego (OSA) o rozdzielczości minimum 0,02 nm w celu monitorowania przesunięcia długości fali Bragga.</li>
	<li>Zasil silnik krokowy napięciem 24 V.</li>
	<li>Zmień prędkość silnika, regulując przełącznik DIP kontrolera silnika krokowego. Za pomocą zewnętrznego portu sterowania kontroler silnika krokowego może być prowadzony w trybie półkroku, normalnym oraz innych trybach sterowania, jak pokazano w Table 2, a zintegrowane układy siekaczy PWM umożliwiają sterowanie prądem w uzwojeniach w trybie przełączania na podstawie MCU.</li>
	<li>Dostosuj odległość między dwoma detektorami a skalą magnetyczną.
	<ol>
		<li>Reguluj do momentu uzyskania lepszej krzywej sinusoidalnej zależności między przemieszczeniem a polem magnetycznym.</li>
		<li>Reguluj zgodnie z opisanymi metodami stymulowania optymalnej odległości11, ponieważ cylindryczne magnesy trwałe o przeciwnych polach magnetycznych są rozmieszczone obok siebie. 
		UWAGA: Między przemieszczeniem a polem magnetycznym występuje zależność sinusoidalna, gdy zachowana jest odpowiednia odległość między skalą magnetyczną a detektorem. Siła magnetyczna jest liniowo zależna od pola magnetycznego. Zgodnie z prawem Hooke'a siła jest liniowo zależna od odkształcenia, a przesunięcie długości fali centralnej FBG jest liniowo zależne od odkształcenia przyłożonego do FBG; w ten sposób można uzyskać krzywą sinusoidalną.</li>
		<li>Rozsuń dwa detektory od siebie na odległość 22,5 mm. 
		UWAGA: (m ± 1/4)τ wynosi 22,5 mm (m jest liczbą całkowitą dodatnią, m = 2), τ to skok skali magnetycznej, a (m ± 1/4)τ ≤ całkowita długość skali magnetycznej, gdzie τ wynosi 10.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
5. Ocena zaprojektowanego czujnika przemieszczeń
<ol>
	<li>Ustaw odległość między detektorem a skalą magnetyczną na 1,5 mm, a następnie zaciśnij zacisk.</li>
	<li>Wprowadź końcówkę czujnika z konektorem typu APC do portu interogatora i uruchom oprogramowanie konfiguracyjne. Ustaw częstotliwość próbkowania interogatora na 5 kHz w celu rejestracji w czasie rzeczywistym zmian długości fali środkowej FBG w czasie. Naciskaj przycisk, aby sterować silnikiem w przyrostach 40 μm za każdym razem (typ F, jak pokazano w Tabeli 2). Różne typy reprezentują różne kroki. Jeśli silnik pracuje w typie F, może on mieć najmniejszy interwał kroku i najwyższą dokładność przemieszczenia.</li>
	<li>Wprowadź końcówkę czujnika z konektorem typu APC do portu OSA i uruchom oprogramowanie konfiguracyjne. OSA i interogator monitorują przesunięcie długości fal centralnych FBG. Zapisz dane z kalibracji w stanie statycznym.</li>
	<li>Zmieniaj naprzemiennie obrót silnika zgodnie i przeciwnie do ruchu wskazówek zegara w stanie dynamicznym. Zapisz dane w sposób opisany powyżej.</li>
	<li>Umieść czujnik na płytce grzejnej i przeprowadź eksperyment kalibracji temperatury. Zmieniaj temperaturę płytki grzejnej z 25 °C do 90 °C.</li>
	<li>Przeprowadź analizę danych.
	<ol>
		<li>Zaimportuj dane w formacie .csv z eksperymentu kalibracji statycznej do programu MATLAB. Wykorzystaj funkcję findpeaks, aby wyekstrahować długość fali środkowej światłowodowej kratki Bragga. Użyj funkcji sinusoidalnej z narzędzia curve fitting tool, aby dopasować zależność między długością fali środkowej a przemieszczeniem, jak pokazano na Rysunku 5a. Błędy rezydualne dopasowania między punktami próbek a krzywą dopasowania przedstawiono również na Rysunku 5b. Poniżej znajdują się dwie krzywe dopasowania Fouriera między przesunięciami długości fali środkowej a przemieszczeniem liniowym, z uwzględnieniem fazy początkowej: 
		<img alt="Równania równowagi statycznej; wzory λ1, λ2 z funkcjami sinus i cosinus; schemat analizy matematycznej." src="/files/ftp_upload/58182/58182eq2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 2"></li>
		<li>Zaimportuj dane do oprogramowania przetwarzającego. Używając narzędzia do dopasowywania krzywych, przetwórz dane uzyskane z dynamicznego obrotu silnika zgodnie z ruchem wskazówek zegara (ruch do przodu) oraz przeciwnie do ruchu wskazówek zegara (ruch wstecz) (Rysunek 6).</li>
		<li>Przetwórz dane uzyskane z eksperymentu kalibracji temperatury w sposób opisany powyżej (Rysunek 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>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Zademonstrowaliśmy nową metodę losowych pomiarów przemieszczeń liniowych poprzez połączenie skali magnetycznej i dwóch światłowodowych siatek Bragga. Główną zaletą tych czujników jest losowe przemieszczenie bez ograniczeń. Zastosowana tutaj skala magnetyczna generowała okresowość pola magnetycznego na poziomie 10 mm, znacznie wykraczającą poza praktyczne granice konwencjonalnych światłowodowych czujników przemieszczenia, takich jak przemieszczenie wspomniane przez Lina i wsp.7 oraz Li i <sup class...

Czujniki światłowodowe mają wielkie zalety, takie jak elastyczność, multipleksowanie z podziałem długości fali, zdalne monitorowanie, odporność na korozję i inne cechy. Dzięki temu czujnik przemieszczenia światłowodu ma szerokie zastosowanie.
Aby realizować ukierunkowane pomiary przemieszczeń liniowych w złożonych środowiskach, różne struktury światłowodu (np. interferometr Michelsona1, interferometr wnękowy Fabry'ego-Perota2, światłowodowa krata Bragga3, strata przy zginaniu4) zostały opracowane w ostatnich latach. Tłumienie przy zginaniu wymaga, aby źródło światła znajdowało się w stabilnej stacji i nie jest przystosowane do wibracji otoczenia. Qu i in. zaprojektowali interferometryczny światłowodowy czujnik nanoprzemieszczenia oparty na plastikowym dwurdzeniowym włóknie, którego jeden koniec pokryty jest srebrnym lustrem; Ma rozdzielczość 70 nm5. Zaproponowano prosty czujnik przemieszczenia oparty na wygiętej strukturze światłowodu jednomodowego, wielomodowego, jednomodowego (SMS) w celu przezwyciężenia ograniczeń w pomiarze zakresu przemieszczenia; Trzykrotnie zwiększył czułość przemieszczenia w zakresie od 0 do 520 μm6. Lin i wsp. przedstawili system czujników przemieszczenia, który łączy FBG ze sprężyną; Moc wyjściowa jest w przybliżeniu liniowa o przemieszczeniu 110-140 mm7. Światłowodowy czujnik przemieszczenia Fabry-Perot ma zakres pomiarowy 0-0,5 mm z liniowością 1,1% i rozdzielczością 3 μm8. Zhou i in. opisali szerokozakresowy czujnik przemieszczenia oparty na światłowodowym interferometrze Fabry'ego-Perota do pomiarów subnanometrowych, do 0,084 nm w zakresie dynamicznym 3 mm9. Zademonstrowano światłowodowy czujnik przemieszczenia oparty na technologii modulacji intensywności odbicia przy użyciu kolimatora światłowodowego; Miał zasięg wykrywania ponad 30 cm10. Chociaż światłowody mogą być wytwarzane w wielu rodzajach czujników przemieszczenia, te czujniki oparte na światłowodach na ogół wykorzystują granicę rozciągania samego materiału, co ogranicza ich zastosowanie w pomiarach w szerokim zakresie. W związku z tym zwykle dochodzi do kompromisów między zakresem pomiarowym a czułością. Co więcej, trudno jest określić przemieszczenie, ponieważ różne zmienne występują jednocześnie; Zwłaszcza wrażliwość krzyżowa szczepu i temperatury może zaszkodzić precyzji eksperymentu. W literaturze opisano wiele technik dyskryminacji, takich jak użycie dwóch różnych struktur detekcyjnych, użycie pojedynczego FBG połączonego w połowie różnymi klejami lub użycie specjalnych światłowodów. W związku z tym dalszy rozwój światłowodowych czujników przemieszczenia wymaga wysokiej czułości, niewielkich rozmiarów, dużej stabilności, pełnego zakresu i niezależności od temperatury.
Tutaj okresowa struktura skali magnetycznej umożliwia pomiar w pełnym zakresie. Uzyskuje się losowe przemieszczenie bez ograniczonego zakresu pomiarowego za pomocą skali magnetycznej. W połączeniu z dwoma FBG można było rozwiązać zarówno kwestię czułości krzyżowej temperatury, jak i identyfikacji kierunku ruchu. Poszczególne kroki w ramach tej metody wymagają precyzji i dbałości o szczegóły. Protokół produkcji czujnika jest szczegółowo opisany w następujący sposób.

<table><tbody><tr><td>ASE</td><td>OPtoElectronics Technology Co., Sp. z o.o.</td><td></td><td>Komputer 1525nm-1610nm</td></tr><tr><td></td><td>Tasak światłowodowy Thinkpad</td><td></td><td>win10</td></tr><tr><td>/ CT-32</td><td>Fujikura średnica</td><td></td><td>125</td></tr><tr><td>światłowodowej żywicy epoksydowej / DP420</td><td>interrogator henkel-loctite</td><td></td><td>Stosunek 2: 1</td></tr><tr><td>Częstotliwość</td> próbkowania <td>BISTU</td><td></td>: sterownik silnika <td>17 kHz</td></tr> Cyrkulator optyczny <tr><td></td><td>Zolix</td><td></td><td>PSMX25</td></tr><tr><td></td><td>Trzyportowa</td>para optyczna <td>Thorlab</td><td></td></tr> Analizator widma optycznego <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>magnes trwały</td><td>Shanghai Sichi Magnetic Industry Co., Ltd.</td><td></td><td>Rura</td></tr><tr><td>w kształcie tworzywa sztucznego</td> D5x4mm <td>Topphotonics</td><td></td><td></td></tr><tr><td>źródło zasilania</td><td>RIGOL</td><td></td><td>regulowana moc</td></tr><tr><td>światłowód jednomodowy</td><td>Corning</td><td></td><td>9 / 125um</td></tr><tr><td>Sprężyna</td><td>tengluowujin</td><td></td><td>D3x15mm</td></tr><tr><td>sterownik</td><td></td><td></td> silnika krokowego <td>JF24D03M</td></tr></tbody></table>

losowy pomiar przemieszczenia poprzez połączenie skali magnetycznej i dwóch światłowodowych siatek bragga

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

Pomiary przemieszczeń na duże odległości za pomocą światłowodów zawsze stanowiły wyzwanie zarówno w badaniach podstawowych, jak i produkcji przemysłowej. Opracowaliśmy i scharakteryzowaliśmy niezależny od temperatury czujnik losowego przemieszczenia oparty na siatce Bragga (FBG), który wykorzystuje skalę magnetyczną jako nowatorski mechanizm przenoszenia. Wykrywając przesunięcia dwóch środkowych długości fal FBG, można uzyskać pomiar w pełnym zakresie za pomocą skali magnetycznej. W celu identyfikacji kierunku obrotów silnika w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara i przeciwnie do ruchu wskazówek zegara (w rzeczywistości kierunku ruchu badanego obiektu), istnieje sinusoidalna zależność między przemieszczeniem a przesunięciem długości fali środkowej FBG; gdy ruch obrotowy w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara zmienia się, przesunięcie długości fali drugiego detektora FBG pokazuje wiodącą różnicę faz wynoszącą około 90° (+90°). Gdy obrót w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara zmienia się, przesunięcie długości fali o środku drugiego FBG wykazuje opóźnioną różnicę faz wynoszącą około 90° (-90°). Jednocześnie oba czujniki oparte na FBG są niezależne od temperatury. Jeśli istnieje pewne zapotrzebowanie na zdalny monitor bez żadnych zakłóceń elektromagnetycznych, to uderzające podejście sprawia, że są one użytecznym narzędziem do określania losowego przemieszczenia. Metodologia ta jest odpowiednia dla produkcji przemysłowej. Ponieważ konstrukcja całego systemu jest stosunkowo prosta, ten czujnik przemieszczenia może być stosowany w produkcji komercyjnej. Oprócz tego, że jest czujnikiem przemieszczenia, może być używany do pomiaru innych parametrów, takich jak prędkość i przyspieszenie.

Odległość między skalą magnetyczną a detektorem, wynosząca od 1 mm do 3 mm11, umożliwiła wykrywanie przesunięcia liniowego za pomocą funkcji sinusoidalnej. Odległość 22,5 mm między dwoma detektorami pozwoliła na zastosowanie tego podejścia do wykrywania kierunku ruchu obiektu z różnicą faz o 90°. Dwa detektory były od siebie oddalone o (m ± 1/4)τ (m jest liczbą całkowitą dodatnią), przy czym (m ± 1/4)τ ≤ całkowitej długości skali magnetyc...

Przedstawiono protokół tworzenia pełnozakresowego liniowego czujnika przemieszczenia, łączącego dwa upakowane światłowodowe detektory siatki Bragga ze skalą magnetyczną.

Losowy pomiar przemieszczenia poprzez połączenie skali magnetycznej i dwóch światłowodowych siatek Bragga

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

Sprostaliśmy wyzwaniu, jakim są pomiary przemieszczeń na duże odległości. A więc twoje światłowody. Technika może być wykorzystywana zarówno w badaniach podstawowych, jak i w produkcji przemysłowej.Przy odpowiedniej konfiguracji można zmierzyć przemieszczenie. Inne mierzone światłowodem. Ta metodologia jest odpowiednia do stosowania w warunkach przemysłowych.Użytkownik musi tylko pociągnąć wagę magnetyczną na poręczy. Metoda ta może dostarczyć informacji na temat obszaru badań nad zmysłami światłowodowymi. Może być używany do pomiaru innych parametrów, takich jak prędkość i przyspieszenie.Utwórz siatki Bragga Fiber za pomocą techniki skanowania maski fazowej. W tym celu należy użyć światłowodów jednomodowych, które przez tydzień znajdowały się w hermetycznym pojemniku załadowanym wodorem. Technika maski fazowej polega na skupieniu wiązki laserowej przez maskę fazową na światłowodzie w celu wytworzenia okresowej modulacji jego współczynnika załamania światła.Po połączeniu dwóch włókien umieść je w piekarniku o temperaturze 100 stopni Celsjusza na 48 godzin, aby usunąć resztki wodoru. Odzyskane parametry krat włóknistych nie będą się już zmieniać po etapie wyżarzania. Zrealizuj proje

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Ten artykuł pokazuje oryginalną metodologię opartą na zdalnym uruchamianiu cząstek magnetycznych osadzonych w biofilmie bakteryjnym oraz rozwoju dedykowanych pęset magnetycznych do pomiaru in situ lokalnych właściwości mechanicznych złożonego żywego materiału zbudowanego przez mikroorganizmy na granicy faz.

Zdalne uruchamianie magnetyczne sond mikrometrycznych do mapowania 3D in situ właściwości fizycznych biofilmu bakteryjnego

Referencyjna technika interferometryczna, która ma na celu usuwanie niepożądanych zakłóceń laserowych dla nanodetekcji, jest wykorzystywana do sondowania mikrownęk czynnikowych o ultra wysokiej jakości. Instrukcje dotyczące montażu, konfiguracji i pozyskiwania danych są dostarczane wraz z procesem pomiaru w celu określenia współczynnika jakości gniazda.

Implementacja interferometru referencyjnego do nanodetekcji

Pęseta magnetyczna, potężna technika manipulacji pojedynczymi cząsteczkami, może być dostosowana do bezpośrednich pomiarów skrętu (przy użyciu konfiguracji zwanej pęsetą magnetyczną swobodnie orbitującą) i momentu obrotowego (przy użyciu konfiguracji określanej jako pęseta magnetyczna) w makrocząsteczkach biologicznych. Podano wytyczne dotyczące wykonywania takich pomiarów, w tym zastosowania do badania DNA i związanych z nim włókien nukleotywo-białkowych.

Pęseta magnetyczna do pomiaru skrętu i momentu obrotowego

Opisujemy technikę wpisywania identycznych siatek Bragga w każdy rdzeń światłowodu wielordzeniowego. Osiąga się to poprzez wprowadzenie dodatkowej powierzchni do ścieżki optycznej w celu złagodzenia soczewkowania przez zakrzywioną powierzchnię okładziny włókna.

Pisanie siatek Bragga we włóknach wielordzeniowych

Technika próbkowania mory z 2-pikselowymi i wielopikselowymi metodami próbkowania do bardzo dokładnych pomiarów rozkładu odkształceń w skali mikro/nano jest tutaj prezentowana.

Pomiar rozkładu odkształceń w skali mikro/nano na podstawie pobierania próbek prążków mory

Przedstawiamy protokół do przeprowadzania trzypunktowych testów zginania na włóknach w skali submilimetrowej za pomocą specjalnie skonstruowanego urządzenia do testowania mechanicznego. Urządzenie może mierzyć siły w zakresie od 20 μN do 10 N, dzięki czemu może dostosować się do różnych rozmiarów włókien.

System do badania zginania w skali milimetrowej do pomiaru właściwości mechanicznych iglic z gąbek morskich

Ten artykuł przedstawia protokół, który umożliwia oprzyrządowanie losowo uzwojonych cewek elektrycznych z czujnikami termicznymi światłowodowej siatki Bragga (FBG) w celu rozproszonego monitorowania stanu wewnętrznych termicznych gorących punktów.

Projektowanie, oprzyrządowanie i protokoły użytkowania do rozproszonego monitorowania gorących punktów termicznych in situ w cewkach elektrycznych za pomocą multipleksowania czujników FBG

Ta praca przedstawia czujnik pomiaru odkształcenia składający się z mechanizmu wzmacniającego i mikroskopu polidimetylosiloksanowego, wykonany przy użyciu ulepszonej drukarki 3D.

Produkcja urządzenia do pomiaru odkształceń z ulepszoną drukarką 3D

Tutaj opisujemy szybki zestaw pęsety magnetycznej, który wykonuje nanomechaniczne pomiary na wrażliwych na siłę biomolekułach z maksymalną szybkością 1,2 kHz. Wprowadzamy jego zastosowanie do spinek do włosów DNA i kompleksów SNARE jako układów modelowych, ale będzie on miał również zastosowanie do innych cząsteczek biorących udział w zdarzeniach mechanobiologicznych.

Pęseta magnetyczna o dużej prędkości do pomiarów nanomechanicznych na elementach wrażliwych na siłę

Tutaj prezentujemy protokół wytwarzania swobodnie zawieszonych, mikronowych/submikronowych włókien polimerowych i "pajęczynowych" struktur generowanych przez automatyczną procedurę bezpośredniego zapisu za pomocą 3-osiowego systemu dozowania.

Zalecany bezpośredni zapis 3D zawieszonych struktur włókien w skali mikronowej/submikronowej za pomocą zrobotyzowanego systemu dozowania

Poznaj metodę pomiaru przemieszczenia z wykorzystaniem siatek Bragga i skali magnetycznej. System zapewnia niezależne od temperatury, precyzyjne pomiary zdalne, odporne na zakłócenia elektromagnetyczne w środowisku przemysłowym.

Losowy pomiar przemieszczenia poprzez połączenie skali magnetycznej i dwóch światłowodowych siatek Bragga

Przeglądaj więcej filmów