提出了一种将两个封装的光纤布拉格光栅探测器与磁标相结合的全范围线性位移传感器的协议。
使用光纤进行远距离位移测量一直是基础研究和工业生产中的挑战。我们研制并采用了一种基于温度的光纤布拉格光栅(FBG)随机位移传感器,采用磁垢作为一种新颖的传输机制。通过检测两个 FBG 中心波长的偏移,可以使用磁标进行全范围测量。为了识别电机的顺时针和逆时针旋转方向(事实上,要测试的物体的运动方向),FBG的位移和中心波长偏移之间存在正弦关系;当逆时针旋转交替时,第二个 FBG 探测器的中心波长偏移显示大约 90° (+90°) 的领先相位差。当顺时针旋转交替时,第二个 FBG 的中心波长偏移显示大约 90° (-90°) 的滞后相差。同时,两个基于FBG的传感器是独立的。如果需要远程监视器,无需任何电磁干扰,这种惊人的方法使其成为确定随机位移的有用工具。这种方法适用于工业生产。由于整个系统的结构相对简单,这种位移传感器可用于商业生产。除了作为位移传感器外,它还可用于测量其他参数,如速度和加速度。
基于光纤的传感器具有灵活性、波长分割多路复用、远程监控、耐腐蚀等特点。因此,光纤位移传感器具有广泛的应用价值。
为了在复杂环境中实现有针对性的线性位移测量,光纤的各种结构(例如,米歇尔森干涉仪1、法布里-佩罗腔干涉仪2、光纤布拉格光栅3、弯曲损失4)近年来已经发展出来。弯曲损耗需要稳定站中的光源,并且不适合环境振动。曲等人设计了一种基于塑料双核光纤的干涉光纤纳米位移传感器,一端涂有银镜;它的分辨率为70纳米5。提出了一种基于弯曲单模-多模式-单模(SMS)光纤结构的简单位移传感器,克服了位移范围测量的限制;它使位移灵敏度提高三倍,范围从0到520μm6。Lin等人介绍了一个位移传感器系统,该系统将FBG与弹簧结合在一起;输出功率约为线性,位移为110-140 mm7。光纤 Fabry-Perot 位移传感器的测量范围为 0-0.5 mm,线性度为 1.1%,分辨率为 3 μm8。周等人报告说,一种基于光纤Fabry-Perot干涉仪的宽距离位移传感器用于亚纳米测量,在3mm9的动态范围内高达0.084纳米。利用光纤准直器演示了一种基于反射强度调制技术的光纤位移传感器;这有一个感应范围超过30厘米10。虽然光纤可以制成多种位移传感器,但这些基于光纤的传感器通常利用材料本身的拉伸极限,这限制了其在远距离测量中的应用。因此,测量范围和灵敏度之间通常存在折衷。此外,由于各种变量同时发生,很难确定位移;特别是,应变和温度的交叉灵敏度会损害实验精度。文献中有许多鉴别技术,例如使用两种不同的传感结构、使用单个 FBG 半粘合不同胶水或使用特殊光纤。因此,光纤位移传感器的进一步发展要求灵敏度高、体积小、稳定性大、范围广、温度独立。
在这里,磁标的周期性结构使得全范围测量成为可能。实现了具有磁标的有限测量范围的随机位移。结合两个FBG,可以求解温度交叉灵敏度和运动方向的识别。此方法中的各种步骤需要精度和对细节的关注。传感器制造方案如下。
通过结合磁标和两个光纤布拉格光栅,演示了一种随机线性位移测量的新方法。这些传感器的主要优点是随机位移不受限制。这里使用的磁标产生了10毫米磁场的周期性,远远超出了传统光纤位移传感器的实际极限,如Lin等人7和Li等人提到的位移8。温度相关位移传感器也适用于远程监控实验。
FBG 上的预加载力是基于 FBG 磁性探测器封装协?…
The authors have nothing to disclose.
作者感谢光学实验室的设备,并感谢通过”长江学者与大学创新研究团队计划”和中国教育部提供的资金支持。
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 |