Summary
يتم تقديم بروتوكول لإنشاء جهاز استشعار الازاحه الخطية كامل المدى ، والجمع بين اثنين من ألياف المعلبة براج صريف كاشفات مع مقياس مغناطيسي.
Abstract
وكانت قياسات النزوح لمسافات طويلة باستخدام ألياف البصرية تشكل دائما تحديا في كل من البحوث الاساسيه والإنتاج الصناعي. وضعنا وتتميز درجه الحرارة المستقلة براج ألياف صريف (FBG)-القائم علي الازاحه العشوائية الاستشعار الذي يتبنى مقياس المغناطيسي كاليه نقل الرواية. من خلال الكشف عن نوبات من اثنين من الأطوال الموجية للمركز FBG ، يمكن الحصول علي قياس كامل المدى بمقياس مغناطيسي. لتحديد اتجاه دوران عقارب الساعة وعكس العقارب للمحرك (في الواقع ، اتجاه حركه الكائن الذي سيتم اختباره) ، هناك علاقة جيبيه بين الازاحه وتحول الطول الموجي للمركز من FBG. كما المناوبين عكس اتجاه عقارب الدورة ، والتحول الطول الموجي مركز الكاشف FBG الثاني يظهر فرق المرحلة الرائدة من حوالي 90 درجه (+ 90 °). بما ان ال [كلوركايشن] دوران مناوبات, المركز طول موجه تغير من الثاني [فبغ] يعرض فرق متاخره طور من حوالي 90 ° (-90 °). وفي الوقت نفسه ، فان اثنين من أجهزه الاستشعار المستندة إلى FBG هي درجه الحرارة المستقلة. إذا كان هناك بعض الحاجة لجهاز العرض عن بعد دون اي تدخل كهرومغناطيسي ، هذا النهج الملفت للنظر يجعلها أداه مفيده لتحديد الازاحه العشوائية. وهذه المنهجية مناسبه للإنتاج الصناعي. وبما ان هيكل النظام بأكمله بسيط نسبيا ، فانه يمكن استخدام مستشعر الازاحه هذا في الإنتاج التجاري. بالاضافه إلى كونه جهاز استشعار الازاحه ، يمكن استخدامه لقياس المعلمات الأخرى ، مثل السرعة والتسارع.
Introduction
أجهزه الاستشعار البصرية المستندة إلى ألياف لها مزايا كبيره ، مثل المرونة ، والطول الموجي تقسيم الموجه ، والرصد عن بعد ، ومقاومه التاكل ، وغيرها من الخصائص. التالي ، فان استشعار الازاحه ألياف البصرية لديها تطبيقات واسعه.
لتحقيق القياسات المستهدفة الازاحه الخطية في بيئات معقده ، وهياكل مختلفه من ألياف البصرية (علي سبيل المثال ، مقياس التداخل ميميشسون1، والتداخل تجويف فابري بيرو2، وألياف براج صريف3، و وقد وضعت الانحناء خسارة4) علي مدي السنوات الاخيره. فقدان الانحناء يتطلب مصدر الضوء في محطه مستقره وغير صالحه للاهتزاز البيئية. وقد صممت كو وآخرون جهاز استشعار التداخل ألياف البصرية الضوئية التي تعتمد علي ألياف البلاستيكية ثنائيه النواة مع نهاية واحده مغلفه مع مراه فضية. لديها قرار من 70 nm5. واقترح جهاز استشعار الازاحه بسيطه استنادا إلى بنيه واحده عازمه-وضع متعددة-وضع واحد (SMS) ألياف للتغلب علي القيود المفروضة علي قياس نطاق النزوح ؛ هو زاد الازاحه حساسية ثلاثه مع مدي من 0 إلى 520 μm6. وقدم لين وآخرون نظام استشعار النزوح الذي يجمع بين FBG جنبا إلى جنب مع الربيع. الإنتاج قوه تقريبا خطيه مع الازاحه من 110-140 [م]7. A ألياف Fabry-بيرو النزوح الاستشعار لديه مجموعه قياس من 0-0.5 ملم مع الخطية من 1.1 ٪ وقرار من 3 μm8. وابلغ تشو وآخرون عن جهاز استشعار واسع النطاق للتشرد يستند إلى مقياس التداخل بين ألياف البصرية فابري-بيرو لقياسات المقياس الفرعي ، بما يصل إلى 0.084 نانومتر علي مدي دينامية تبلغ 3 مم9. وقد ثبت استشعار الازاحه ألياف البصرية علي أساس التكنولوجيا التضمين كثافة عاكسه باستخدام ألياف الليفية; كان هذا الاستشعار مدي أكثر من 30 سم10. علي الرغم من ان ألياف البصرية يمكن ان تكون ملفقه في أنواع كثيره من أجهزه الاستشعار الازاحه ، وهذه المستشعرات المستندة إلى ألياف عموما الاستفادة من الحد الشد من المواد نفسها ، والتي تحد من تطبيقها في قياسات واسعه النطاق. التالي ، فان الحلول التوفيقية تجري عاده بين نطاق القياس والحساسية. وعلاوة علي ذلك ، من الصعب تحديد النزوح بالنظر إلى ان المتغيرات المختلفة تحدث في وقت واحد ؛ خصوصا ، والحساسية المتبادلة للضغط ودرجه الحرارة يمكن ان تضر الدقة التجريبية. هناك العديد من تقنيات التمييز المبلغ عنها في الأدبيات ، مثل استخدام اثنين من هياكل الاستشعار المختلفة ، وذلك باستخدام واحده FBG نصف المستعبدين من قبل الغراء مختلفه ، أو استخدام ألياف البصرية الخاصة. وهكذا ، فان زيادة تطوير أجهزه استشعار الازاحه ألياف البصرية يتطلب حساسية عاليه ، وحجم صغير ، والاستقرار الكبير ، ومجموعه كامله ، ودرجه الحرارة الاستقلال.
هنا ، الهيكل الدوري للنطاق المغناطيسي يجعل قياس كامل المدى ممكن. ويتحقق النزوح العشوائي دون نطاق قياس محدود مع مقياس مغناطيسي. ويمكن حل كل من الحساسية المزاجية وتحديد اتجاه الحركة بالاقتران مع اثنين من الحروف المتوسطة. خطوات مختلفه ضمن هذه الطريقة تتطلب الدقة والاهتمام بالتفاصيل. يتم وصف بروتوكول تصنيع أجهزه الاستشعار بالتفصيل علي النحو التالي.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. تصنيع ألياف براج صريف
- لتعزيز حساسية للضوء من ألياف الاساسيه ، وضع معيار ألياف وضع واحد في علبه محكم الهيدروجين محمله لمده أسبوع 1.
- افتعال ألياف براج صريف باستخدام تقنيه المسح المرحلة قناع وتردد-تضاعف ، موجه مستمرة ليزر الارجون أيون في الطول الموجي من 244 نانومتر.
- التركيز علي ألياف البصرية مع عدسه اسطوانيه والاشعه فوق البنفسجية (UV) شعاع الليزر. بصمه صريف (التحوير الدوري لمؤشر الانكسار) في النواة الحساسة باستخدام قناع المرحلة (موازيه مع محور ألياف) وضعت امام ألياف. يتم تشكيل ضوء الإخراج بواسطة الليزر وعمودي علي قناع المرحلة. ضع ألياف في موضع الأمر ± 1 الخفيف للتعرض للاشعه فوق البنفسجية.
- بعد الاشعه فوق البنفسجية نقش ، ووضع اثنين من ألياف براج حواجز شبكيه في فرن 100 درجه مئوية ل 48 h لأزاله اي الهيدروجين المتبقية ، حتى يتم تخفيض انعكاسيه من صريف ألياف بنسبه 10 ٪ ، يتم تقليل عرض النطاق الترددي 3 ديسيبل ب0.1 نانومتر ، ويتم تحويل الطول الموجي المركز بواسطة 0.8 نانومتر. وتسمي هذه الخطوة معالجه الصلب. لن تتغير معلمات FBG بعد معالجه الصلب.
ملاحظه: الأطوال الموجية المركزية لهذين الرقمين هي 1,555.12 نانومتر (1 # FBG) و 1,557.29 نانومتر (2 # FBG) مع أطوال صريف من 5 ملم.
2. اعداد المقياس المغناطيسي والمشبك مطابقه
- تحديد حجم المغناطيس الدائم وفقا للتصميم الموصوف سابقا8. ويرد وصف المغناطيس الدائم في الجدول 1.
- تصميم فتحه المقياس المغناطيسي ، الذي يطابق بعده المغناطيس الدائم ، كما هو موضح في الشكل 1.
- تاكيد البعد من المشبك مطابقه وتعيين مسافة 22.5 مم بين فتحات اثنين في المشبك. من أجل أزاله التداخل المجال المغناطيسي ، يرصد المشبك من الفولاذ المقاوم للصدا.
- تعيين مسافة 10 ملم من الملعب في مقياس المغناطيسي (τ) للتمييز بين اتجاه الحركة ، وتعيين مسافة 22.5 mm ((2 + 1/4) · τ) بين اثنين من أجهزه الكشف. اثنين من كاشفات يمكن الحصول علي خاصيه الازاحه وفقا لصيغ التالية ، والتي يمكن ان تحقق الاختلافات وظيفة الجيب بفارق المرحلة من 90 درجه ، حيث x هو الازاحه ، f1 # fbg و f2 #FBG هي القوه المغناطيسية للكشف عن اثنين ، و B هو ثابت. ويظهر هيكل المقياس المغناطيسي والمشبك مطابقه في الشكل 1.
- وضع المغناطيس الدائم في فتحات من المشبك ، مع N/S المغناطيسي ترتيب بالتناوب. مغناطيس دائم أسطواني فقط ممغنطة في الاتجاه المحوري ، ومتجهة المغناطيسي هو 750 kA/m.
3. تصنيع مستشعر الازاحه
- اعداد خليط من ألياف البصرية للشفاء الحرارة الايبوكسي (الغراء) عن طريق أضافه 100 ملغ من مقوي (العنصر A) إلى 200 ملغ من الراتنج (العنصر B) ، كما هو مبين في الشكل 2.
- قياس المسافة من ضفيرة ألياف ، ما يقرب من 10 ملم بين الوجه النهائي لضفيرة ألياف والمنطقة صريف ، ومن ثم ، يسجل ذلك مع علامة غرامه نقطه.
- استخدام متجرد ألياف البصرية لقشر طلاء ألياف وتجريده من موقف علامة من الخطوة السابقة.
- تنظيف سطح اي البوليمر المتبقية مع ورقه خاليه من الغبار. ضع شفره الساطور عاليه الدقة ألياف عمودي علي كابل ألياف البصرية وقطع عليه.
- وضع مغناطيس دائم علي لوحه الساخنة ووضع الربيع مع طول 15 ملم فوق المغناطيس الدائم.
ملاحظه: طول الربيع هو العنصر الرئيسي للقوه المحملة مسبقا في الخطوة التالية. - الغراء ألياف التي تم الحصول عليها من الخطوة 3.3. وضع ضفيرة من ألياف داخل الربيع ، كما هو مبين في الشكل 2، وعلاج لاصقه (الايبوكسي #1) لمده 30 دقيقه في 150 درجه مئوية.
ملاحظه: تسمي هذه الأجزاء الثلاثة مجتمعه 1 # P. - وضع 1 # P في الأنابيب مدبب واستخدام شريط لاصق لإصلاح المغناطيس الدائم. كما هو مبين في الشكل 3. مكان لاصق بالبالضبط فوق المغناطيس الدائم ، وعلاج لاصقه (الايبوكسي #2 هو نفس الايبوكسي #1) لمده 30 دقيقه في درجه حرارة 150 درجه مئوية. ثم ، تطبيق القوه المحملة مسبقا باليد إلى ألياف براج صريف. قوه الشد تسمح للألياف ان تكون في حاله عدم الانحناء.
ملاحظه: تسمي هذه الأجزاء مجتمعه كاشف FBG. كاشف FBG هو المسؤول عن تحويل اشاره القوه المغناطيسية إلى اشاره معلمات الازاحه. - أزاله شريط لاصق. ويسمي إنتاج هذه الخطوة 2 # P.
- لصق موصل النمط الواحد APC إلى نهاية ألياف 2 # P باستخدام الانصهار الربط ، واتباع تعليمات الشركة المصنعة.
- إصلاح اثنين من كاشفات FBG في فتحه من المشبك ، ومن ثم ، إصلاح المشبك إلى منصة النزوح.
4. بناء نظام الاختبار
- قوه المحقق الموجه عاليه السرعة مع المدمج في التبديل البصرية.
- قم بتشغيل البث التلقائي المضخم (ASE). توجيه الضوء في ألياف المدخلات والمخرجات ونشرها إلى مستشعر الازاحه القائم علي FBG. بعد ذلك ، يعكس أطياف الانعكاس التي تم تضمينها بواسطة جهاز الاستشعار ذلك للمحقق عبر ألياف المدخلة والمخرجات مره أخرى.
- قم بتوصيل المحقق بالكمبيوتر باستخدام كبل ethernet ، استنادا إلى بروتوكول UDP.
- توصيل دائري بصري إلى محلل الطيف البصري (OSA) مع الحد الأدنى من القرار من 0.02 نانومتر ، لرصد التحول الطول الموجي براج.
- السلطة المحركات السائر مع 24 فولت.
- تغيير سرعه المحرك عن طريق ضبط التبديل DIP من وحده تحكم المحرك السائر. مع منفذ التحكم الخارجي ، يمكن ان تكون مدفوعة وحده تحكم المحركات السائر في نصف خطوه ، عادي ، وغيرها من وسائط محرك الاقراص ، كما هو مبين في الجدول 2، وعلي رقاقه المروحية PWM الدوائر تسمح التبديل وضع السيطرة علي التيار في اللفات استنادا إلى MCU.
- اضبط المسافة بين جهازي الكشف والمقياس المغناطيسي.
- ضبط حتى يكون هناك منحني الجيب أفضل بين النزوح والمجال المغناطيسي.
- ضبط حتى هناك طرق وصفها جيدا لتحفيز أفضل مسافة11 لان المغناطيس الدائم أسطواني مع المجالات المغناطيسية المعاكسة يتم ترتيب المتاخمة لبعضها البعض.
ملاحظه: هناك علاقة جيبيه بين الازاحه والمجال المغناطيسي عندما يكون هناك مسافة مناسبه بين المقياس المغناطيسي والكاشف. القوه المغناطيسية لديها علاقة خطيه مع المجال المغناطيسي. وفقا ل [هوك] قانون, يتلقى قوه علاقة خطيه مع سلاله, والمركز طول موجي تغير من [فبغ] خطيه مع سلاله يطبق علي ال [فبغ]; التالي ، يمكن الحصول علي منحني الجيب. - فصل كاشفات اثنين من بعضها البعض ل 22.5 مم.
ملاحظه: (m ± 1/4) τ يساوي 22.5 مم (m هو عدد صحيح موجب ، m = 2) ، τ هو الملعب من المقياس المغناطيسي ، و (م ± 1/4) τ ≤ الطول الإجمالي للجدول المغناطيسي ، حيث τ يساوي 10.
5. تقييم مستشعر الازاحه المصمم
- ضبط المسافة بين الكاشف والمقياس المغناطيسي ليكون 1.5 مم و ، ثم ، إصلاح المشبك.
- قم بتوصيل طرف الموصل من نوع APC بالمستشعر إلى منفذ المحقق وأبدا برنامج التكوين. تعيين تردد أخذ العينات من المحقق إلى 5 كيلوهرتز لتسجيل في الوقت الحقيقي من الطول الموجي مركز FBG تغير مع مرور الوقت. اضغط علي الزر للتحكم في المحرك بزيادة قدرها 40 μm في كل مره (النوع F ، كما هو موضح في الجدول 2). تمثل الأنواع المختلفة خطوات مختلفه. إذا كان المحرك يعمل مع نوع F ، يمكن ان يكون المحرك أصغر الفاصل الزمني الخطوة واعلي دقه النزوح.
- قم بتوصيل طرف الموصل من نوع APC بالمستشعر إلى منفذ OSA وأبدا برنامج التكوين. يراقب المحقق OSA والمستجوب التحول الموجي المركزي لل Ffgs. حفظ البيانات من معايره الحالة الثابتة.
- بالتناوب في اتجاه عقارب السيارة وعكس اتجاه عقارب الدورة للمحرك في حاله ديناميكية. حفظ البيانات علي النحو الوارد أعلاه.
- وضع الاستشعار علي لوحه الساخنة واجراء تجربه معايره درجه الحرارة. تغيير درجه حرارة الصفيحة الساخنة من 25 درجه مئوية إلى 90 درجه مئوية.
- اجراء تحليل البيانات.
- استيراد البيانات بتنسيق .csv من تجربه المعايرة الثابتة إلى Matlab. توظيف الدالة findpeaks لاستخراج الطول الموجي مركز ألياف براج صريف. استخدم الوظيفة الحلقية من أداه تركيب المنحني لتناسب العلاقة بين الطول الموجي للمركز والازاحه ، كما هو موضح في الشكل 5a. كما ان الأخطاء المتبقية المناسبة بين نقاط العينة ومنحني التركيب مبينه في الشكل 5 باء. الاثنان [فورير] تركيب منحنيات بين المركز طول موجه نوبات والازاحه خطيه علي الرغم من الطور أصليه هنا:
- استيراد البيانات إلى برنامج المعالجة. باستخدام أداه تركيب المنحني ، ومعالجه البيانات التي تم الحصول عليها من دوران ديناميكية في اتجاه عقارب الدورة (الحركة إلى الامام) ودوران عكس اتجاه عقارب السيارة (الحركة الخلفية) من المحرك (الشكل 6).
- معالجه البيانات التي تم الحصول عليها من تجربه معايره درجه الحرارة علي النحو الوارد أعلاه (الشكل 7).
- استيراد البيانات بتنسيق .csv من تجربه المعايرة الثابتة إلى Matlab. توظيف الدالة findpeaks لاستخراج الطول الموجي مركز ألياف براج صريف. استخدم الوظيفة الحلقية من أداه تركيب المنحني لتناسب العلاقة بين الطول الموجي للمركز والازاحه ، كما هو موضح في الشكل 5a. كما ان الأخطاء المتبقية المناسبة بين نقاط العينة ومنحني التركيب مبينه في الشكل 5 باء. الاثنان [فورير] تركيب منحنيات بين المركز طول موجه نوبات والازاحه خطيه علي الرغم من الطور أصليه هنا:
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
المسافة ، تتراوح بين 1 مم إلى 3 مم11، بين المقياس المغناطيسي وكاشف تمكين الكشف عن النزوح الخطي مع وظيفة الجيب. مكنت مسافة 22.5 مم بين كاشفين هذا النهج من تحقيق الكشف عن اتجاه حركه الكائن مع فارق المرحلة من 90 °. تم فصل كاشفات اثنين عن بعضها البعض ل (م ± 1/4) τ (m هو عدد صحيح موجب) و (م ± 1/4) τ ≤ الطول الإجمالي للجدول المغناطيسي ، حيث τ = 10 ملم و m = 2 تستخدم في التجربة الموصوفة هنا (الشكل 1). ويبين الشكل 2تكوين وهيكل كاشف الازاحه. مفتاح عمليه التعبئة والتغليف هو تطبيق القوه المحملة مسبقا علي FBG; عندما كان هناك حركه ، فان القوه المغناطيسية بين المقياس المغناطيسي وكاشف تغيير (الشكل 3) ، وتوزيع الإجهاد محور من fbg سيكون موحدا كما الربيع امتدت أو مضغوط. ويستند نظام القياس إلى بورصة عمان ، والمستجوب ، وال OSA ، الذي يميز البصمة الموجية لمركز المستشعر (الشكل 4). كانت OSA ، مع الحد الأدنى من القرار 0.02 نانومتر ، أكثر دقه من المستجوب عند قياس الطيف بشكل ثابت. OSA لديه دقه عاليه; وهو أكثر ملاءمة من المستجوب في تجارب المعايرة الساكنة.
وكشفت نتائج المعايرة الساكنة (الشكل 5 ا) والأخطاء المتبقية المناظرة (الشكل 5 ب) ان الكاشف المصمم يسمح باستكشاف موقع الازاحه العشوائية في أفضل صوره. لتحديد اتجاه الحركة إلى الامام والعكس من المحرك ، كما movementalternates إلى الامام ، ومركز الطول الموجي التحول من 2 # FBG كاشف لديه الفرق المرحلة الرائدة من حوالي 90 درجه (+ 90 °). بما ان الازاحه معكوسه مناوبات, المركز طول موجه تغير من ال 2 # [فبغ] عرض ال [سنسوجيب] عمل تغيرات بمتخلفه طور فرق من حوالي 90 ° (-90 °) (شكل 6). ويمكن القضاء علي الحساسية التبادلية لدرجه الحرارة علي جهاز الاستشعار المقترح من خلال وظيفة الجيب التفاضلي. ويمكن الحصول علي تغيير إيجابي أو سلبي في زاوية المرحلة. الاتجاه من الازاحه استطاع بسهوله كنت حللت, بما ان يذكر سابقا12. وباختصار ، فان البيانات المجمعة من تجربه معايره درجه الحرارة مبينه في الشكل 7. ويمكن ان يكون معروفا ان حساسية درجه الحرارة (KT) من كل من كاشفات fbg هو نفسه عندما لا يتم تجاهل التدخل في درجه الحرارة في هذا النظام. ويمكن التعبير عن العلاقة بين النزوح والطول الموجي علي النحو التالي ؛ التالي ، التعويض درجه الحرارة هو الجدارة لهذا النظام.
وتبين الشكوك التي تكتنف تركيب البيانات ان الحد الأقصى لعدم التيقن يكاد يكون متوازيا مع السعه القصوى لمنحني تركيب الجيب الحلقي. يمكن ان يكون هناك بعض التحسن لجعل عدم اليقين أصغر بحيث يمثل عدم اليقين ملكا للاستشعار. أخذنا نقطه متوازنة (5 ملم ، وهو الموقف الذي الكاشف هو عكس في القطبية إلى النطاق المغناطيسي) والسعه القصوى (2.5 ملم ، وهو الموقف الذي الكاشف لديه قطبيه لمقياس المغناطيسي) من 1 # FBG كمثال (يصور في الشكل 5b ) ، والتكرارية للقياس (10 التهم) هو مبين في الشكل 8. ومن الواضح ان نقطه متوازنة (5 ملم) كان أكثر استقرارا من السعه القصوى (2.5 مم) ، والخطا المتبقي الحد الأقصى (7.5 م) وقعت علي السعه القصوى (2.5 مم) من 1 # FBG. دقه قياس الازاحه هو 0.69 μm.
التحكم الألى والإنتاج ، وخاصه لرصد الجهاز في الظروف الملوثة بالنفط خطيره ، تحتاج البصرية القائمة علي ألياف النزوح الطويل. التالي ، يمكن استخدام استشعار ألياف البصرية المصممة في عمليه الصلب والحديد.
الشكل 1: النطاق المغناطيسي والمشبك مطابقه. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: تكوين وهيكل كاشف الازاحه. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: طريقه تطبيق القوه المحملة مسبقا اثناء التعبئة. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4: اعداد التجربة لقياسات الازاحه. ويستند النظام إلى بورصة عمان ، والمستجوب ، وال OSA ، التي تميز البصمة الموجية لمركز المستشعر. ويعاد طبع هذا الرقم باذن من تشو وآخرون11. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
الشكل 5: المعايرة الساكنة والأخطاء المتبقية. (ا) العلاقة بين النزوح والتحول الموجي الاثنين (ب) الخطا المتبقي لمنحني التركيب بين البيانات الاصليه ومنحني الجيب الحلقي. ويعاد طبع هذا الرقم باذن من تشو وآخرون11. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
الشكل 6: التعرف علي اتجاه دوران عقارب السيارة وعكس اتجاهه. ويعاد طبع هذا الرقم باذن من تشو وآخرون11. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
الشكل 7: العلاقة بين الطول الموجي للمركز ودرجه الحرارة. ويعاد طبع هذا الرقم باذن من تشو وآخرون11. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
الشكل 8: قابليه تكرار القياس. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
| اسم | معلمات |
| المغناطيسي الصف | N35 |
| مغناطيس المواد | ندفيب |
| سطح & طلاء | النيكل |
| الاتجاه المغناطيسي | N/S القطب علي كلا الجانبين من الطائرة |
| حجم | D5 × 4 مم |
| M (المغناطيسية) | 750 [كا/م] |
الجدول 1:وصف المغناطيس الدائم. أعيد طبع هذا الجدول باذن من تشو وآخرون11.
| نوع | الخطوات | الازاحه/الخطوة (μm) |
| علي | 1,600 | 312 |
| ب | 2,000 | 250 |
| ج | 3,200 | 156 |
| د | 4,000 | 125 |
| ه | 6,400 | 78 |
| و | 12,800 | 40 |
الجدول 2: وصف لبرنامج التشغيل microstep.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
لقد أظهرنا طريقه جديده لقياسات الازاحه الخطية العشوائية من خلال الجمع بين مقياس مغناطيسي واثنين من ألياف الشبكية براج. والميزة الرئيسية لهذه المستشعرات هي الازاحه العشوائية دون حصر. وقد ولد المقياس المغناطيسي المستخدم هنا وتيره للمجال المغنطيسي بمقدار 10 ملم ، وهو ما يتجاوز بكثير الحدود العملية لأجهزه الاستشعار التقليدية لأزاحه ألياف البصرية ، مثل التشريد الذي ذكره لين وآخرون7 ولي وآخرون8. كما ان مستشعر الازاحه المعتمد علي درجه الحرارة مناسب أيضا للتجارب المتعلقة بالرصد عن بعد.
القوه المحملة مسبقا علي FBG هي الخطوة الحاسمة في بروتوكول التعبئة والتغليف للكشف المغناطيسي القائم علي FBG. عندما يتم تمديد الربيع أو ضغط ، يتم الحصول علي توزيع الإجهاد محور موحد لل FBG. مسافة (m ± 1/4) τ بين كاشفين ضرورية لضمان ان النظام بأكمله يعترف باتجاه الحركة.
تتطلب هذه التقنية الجديدة لقياس الازاحه تقليل القابلية للاهتزاز. ويمكن أيضا تحسين أجهزه الاستشعار عن طريق الحد من حساسيتها للتغيرات الرطوبة ، والتي تتاثر بالربيع في الكاشف. العمل في المستقبل يمكن ان تركز علي تطوير خوارزميات البرمجيات للقضاء علي العاطفة الاهتزاز. هذا النظام استشعار النزوح يمكن ان تصبح متاحه تجاريا إذا كان الملعب من النطاق المغناطيسي يمكن ان تنخفض كما التجارية المغناطيسية الكترونيه النطاق.
ويمكن استخدام هذا المستشعر لقياس الازاحه العشوائية دون الحد من النطاق فيما يتعلق بالأساليب الموجودة. وعلي الرغم من ان البروتوكول هنا اثبت فعاليته كجهاز استشعار للتشرد ، فانه يمكن أيضا استخدامه لقياس البارامترات الأخرى ، مثل السرعة والتسارع.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
وليس لدي المؤلفين ما يفصحون عنه.
Acknowledgments
ويشكر المؤلفون مختبر البصريات علي معداتهم ، وهم شاكرون للدعم المالي من خلال برنامج الباحثين في تشانغجيانغ وفريق البحوث المبتكرة في الجامعة ووزارة التربية والتعليم في الصين.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| ASE | OPtoElectronics Technology Co., Ltd. | 1525nm-1610nm | |
| computer | Thinkpad | win10 | |
| fiber cleaver/ CT-32 | Fujikura | the diameter of 125 | |
| fiber optic epoxy /DP420 | henkel-loctite | Ratio 2:1 | |
| interrogator | BISTU | sample rate:17kHz | |
| motor driver | Zolix | PSMX25 | |
| optical circulator | Thorlab | three ports | |
| optical couple | Thorlab | 50:50 | |
| optical spectrum analyzer/OSA | Fujikura | AQ6370D | |
| permanent magnet | Shanghai Sichi Magnetic Industry Co., Ltd. | D5x4mm | |
| plastic shaped pipe | Topphotonics | ||
| power source | RIGOL | adjustable power | |
| single mode fiber | Corning | 9/125um | |
| Spring | tengluowujin | D3x15mm | |
| stepper motor controller | JF24D03M |
References
- Salcedadelgado, G., et al. Adaptable Optical Fiber Displacement-Curvature Sensor Based on a Modal Michelson Interferometer with a Tapered Single Mode Fiber. Sensors. 17 (6), 1259 (2017).
- Milewska, D., Karpienko, K., Jędrzejewska-Szczerska, M. Application of thin diamond films in low-coherence fiber-optic Fabry Pérot displacement sensor. Diamond and Related Materials. 64, 169-176 (2016).
- Zou, Y., Dong, X., Lin, G., Adhami, R. Wide Range FBG Displacement Sensor Based on Twin-Core Fiber Filter. Journal of Lightwave Technology. 30 (3), 337-343 (2012).
- Zhao, J., Bao, T., Kundu, T. Wide Range Fiber Displacement Sensor Based on Bending Loss. Journal of Sensors. 2016 (2016-1-27), 1-5 (2016).
- Qu, H., Yan, G., Skorobogatiy, M. Interferometric fiber-optic bending/nano-displacement sensor using plastic dual-core fiber. Optics Letters. 39 (16), 4835-4838 (2014).
- Wu, Q., Semenova, Y., Wang, P., Muhamad Hatta, A., Farrell, G. Experimental demonstration of a simple displacement sensor based on a bent single-mode-multimode-single-mode fiber structure. Measurement Science & Technology. 22 (2), 025203 (2011).
- Lin, G., Adhami, R., Dong, X., Zou, Y. Wide range FBG displacement sensor based on twin-core fiber filter. Journal of Lightwave Technology. 30 (3), 337-343 (2012).
- Li, M., Guo, J., Tong, B. A double-fiber F-P displacement sensor based on direct phase demodulation. The International Conference on Optical Fibre Sensors. 8421, 84212R (2012).
- Zhou, X., Yu, Q. Wide-range displacement sensor based on fiber-Optic Fabry-Perot Interferometer for Subnanometer Measurement. IEEE Sensors Journal. 11, 1602-1606 (2011).
- Shen, W., Wu, X., Meng, H., Huang, X. Long distance fiber-optic displacement sensor based on fiber collimator. Review of Scientific Instruments. 81 (12), 123104-1-23104-4 (2010).
- Zhu, L., Lu, L., Zhuang, W., Zeng, Z., Dong, M. Non-contact temperature-independent random-displacement sensor using two fiber bragg gratings. Applied Optics. 57 (3), 447 (2018).
- Yu, H., Yang, X., Tong, Z., Cao, Y., Zhang, A. Temperature-independent rotational angle sensor based on fiber Bragg grating. IEEE Sensors Journal. 11 (5), 1233-1235 (2011).
- Liu, J., et al. A Wide-Range Displacement Sensor Based on Plastic Fiber Macro-Bend Coupling. Sensors. 17 (1), 196 (2017).
