Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

מדידת הזחה אקראית על-ידי שילוב סולם מגנטי ושני בראג בלגים

Published: September 30, 2019 doi: 10.3791/58182
Automatic Translation
1,2, 3,4, 2,5, 3,4, 1,2
1School of Instrument Science and Opto-electronics Engineering, Beijing Information Science and Technology University, 2Beijing Engineering Research Center of Optoelectronic Information and Instruments, Beijing Key Laboratory for Optoelectronics Measurement Technology, 3School of Precision Instrument & Opto-electronics Engineering, Tianjin University of Science and Technology, 4School of Precision Instrument and Opto-electronics Engineering, State Key Laboratory of Precision Measuring Technology and Instruments, Tianjin University, 5School of Instrument and Opto-electronics Engineering, Hefei University of Technology

Summary

פרוטוקול ליצירת חיישן הזחה ליניארי בטווח מלא, המשלב בין שני גלאים בראג ' עם קנה מידה מגנטי, מוצג.

Abstract

מדידות התזוזה ארוכת הטווח באמצעות סיבים אופטיים תמיד היה אתגר הן מחקר בסיסי הייצור התעשייתי. פיתחנו והתאפיין סיבים עצמאיים בראג פומפיה (FBG) מבוססי חיישן העקירה אקראי המבצע סולם מגנטי כמו מנגנון העברת רומן. על ידי גילוי שינויים של שני אורכי גל FBG מרכז, מדידה בטווח מלא ניתן להשיג בקנה מידה מגנטי. לזיהוי בכיוון השעון וכיוון השעון הסיבוב של המנוע (למעשה, הכיוון של התנועה של האובייקט להיבדק), יש קשר sinusoidal בין העקירה ואת מרכז אורך הגל של FBG; כמו הסבב הטיפולי של האנטילווקייז, שינוי אורך הגל המרכזי של הגלאי FBG השני מראה הפרש שלב מוביל של סביב 90 ° (+ 90 °). כיוון החלופות לסיבוב בכיוון השעון, שינוי אורך הגל המרכזי של FBG השני מציג הפרש שלב בפיגור של כ-90 ° (-90 °). במקביל, שני חיישנים מבוססי FBG הם טמפרטורה עצמאית. אם יש צורך בצג מרוחק ללא כל התערבות אלקטרומגנטית, גישה מרשימה זו הופכת אותם לכלי שימושי לקביעת התזוזה האקראית. מתודולוגיה זו מתאימה לייצור תעשייתי. כמו מבנה של המערכת כולה היא פשוטה יחסית, זה חיישן העקירה ניתן להשתמש בייצור מסחרי. בנוסף להיותו חיישן עקירה, ניתן להשתמש בו כדי למדוד פרמטרים אחרים, כגון מהירות ותאוצה.

Introduction

לחיישנים אופטיים מבוססי סיבים יש יתרונות גדולים, כגון גמישות, ריבוב חלוקה של אורך הגל, ניטור מרחוק, עמידות בפני קורוזיה ומאפיינים אחרים. לפיכך, חיישן העקירה של סיבים אופטיים יש יישומים רחבים.

כדי להגשים את מדידות התזוזה הליניארית בסביבות מורכבות, מבנים שונים של סיבים אופטיים (למשל, אינטריימסון מייקלסון1, מכלול החלל של fabry-perot2, סיבי בראג '3, ה אובדן כיפוף4) פותחו במהלך השנים האחרונות. אובדן הכיפוף דורש את מקור האור בתחנה יציבה ואינו מתאים לתנודות סביבתיות. Qu et אל. עיצבו חיישן ננו אופטי סיבים אופטיים מבוסס על סיבים פלסטיק ליבה כפולה עם קצה אחד מצופה במראה כסופה; יש לו רזולוציה של 70 ננומטר5. חיישן הזחה פשוטה המבוססת על מבנה מכופף במצב יחיד מרובה-מצב-במצב יחיד (SMS) במבנה סיבים הוצע כדי להתגבר על המגבלות על המדידה של טווח העקירה; זה הגביר את רגישות העקירה משולשת עם טווח בין 0 כדי 520 יקרומטר6. לין ואח ' הציגה מערכת חיישן עקירה המשלבת את FBG יחד עם קפיץ; כוח הפלט הוא ליניארי בקירוב עם עקירה של 110-140 מ"מ7. חיישן fabry-perot סיבים הזחה יש טווח מדידה של 0-0.5 מ"מ עם יניאריות של 1.1% ורזולוציה של 3 יקרומטר8. ז'או ואח ' דיווח על חיישן הזחה בטווח רחב המבוסס על מדידת פברי סיבים אופטיים למדידות תת-מרחביות, עד 0.084 ננומטר מעל טווח דינמי של 3 מ ל9. חיישן העקירה סיבים אופטיים מבוסס על עוצמה רפלקטיבית הטכנולוגיה מודנן הוכחו באמצעות מקוליסיבים תזונתיים; זה היה טווח חישה מעל 30 ס"מ10. למרות סיבים אופטיים יכול להיות מפוברק לסוגים רבים של חיישנים העקירה, אלה סיבים מבוססי חיישנים בדרך כלל לעשות שימוש במגבלת מתיחה של החומר עצמו, אשר מגביל את היישום שלהם במדידות לטווח רחב. לפיכך, הפשרות עשויות לרוב בין טווח המדידה לבין הרגישות. כמו-כן, קשה לקבוע את ההזחה כאשר משתנים שונים מתרחשים בו זמנית; במיוחד, רגישות מקושרת של המתח והטמפרטורה עלולה לגרום נזק לדיוק הנסיוני. ישנן טכניקות אפליה רבות שדווחו בספרות, כגון שימוש בשני מבני חישה שונים, באמצעות FBG בודד חצי בונדד על ידי דבקים שונים, או באמצעות סיבים אופטיים מיוחדים. כך, התפתחות נוספת של חיישנים אופטיים הזחה הסיבים דורש רגישות גבוהה, גודל קטן, יציבות גדולה, מגוון מלא, ועצמאות טמפרטורה.

כאן, המבנה התקופתי של הסולם המגנטי הופך את המדידה לטווח מלא אפשרית. תזוזה אקראית ללא טווח מדידה מוגבל עם קנה מידה מגנטי מושגת. בשילוב עם שני FBGs, הן רגישות האקלים והזיהוי לכיוון התנועה יכול להיפתר. צעדים שונים בשיטה זו דורשים דיוק ותשומת לב לפרטים. פרוטוקול ייצור החיישנים מתואר בפרוטרוט כדלקמן.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. ייצור סיבי בראג

  1. כדי לשפר את הרגישות של ליבת סיבים, לשים סיבים במצב אחד סטנדרטי לתוך מימן מטען אטום במשך שבוע אחד.
  2. להרכיבו את הסיבים בראג באמצעות הטכניקה מסכת שלב הסריקה ואת התדר הוכפל, גל רציף לייזר ארגון-יון באורך גל של 244 ננומטר.
    1. התמקד סיבים אופטיים עם עדשה גלילי ו אולטרה סגול (UV) קרן לייזר. הטבעה של הפומפיה (אפנון תקופתי של מדד השבירה) בליבה הרגישים לאור באמצעות מסכת פאזה (במקביל לציר הסיבים) הממוקמת מול הסיבים. הפלט האור על ידי הלייזר מעוצב ומאונך למסכת הפאזה. מניחים את הסיבים במיקום של ± 1 הסדר הפצת אור לחשיפה UV.
  3. לאחר כתובת UV, מניחים את שני בראג סיבים להגרנגס בתנור 100 ° c עבור 48 h כדי להסיר את כל המימן השאריות, עד השתקפות של פומפיה סיבים מופחת 10%, the 3 רוחב פס dB מופחת על ידי 0.1 nm, ואת הגל המרכזי מוזז על ידי 0.8 nm. שלב זה נקרא עיבוד הריפוי. הפרמטרים של FBG לא ישתנו לאחר עיבוד הריפוי.
    הערה: אורכי גל מרכזיים של שני FBGs אלה הם 1,555.12 ננומטר (1 FBG) ו 1,557.29 nm (2 FBG) עם אורכי פומפיה של 5 מ"מ.

2. הכנת הסולם המגנטי ומהדק התואם

  1. לקבוע את גודל מגנט קבוע על פי העיצוב תיאר בעבר8. התיאור של מגנט קבוע מוצג בטבלה 1.
  2. עצב את החריץ של הסולם המגנטי, שהמימד שלו תואם למגנט הקבוע, כפי שמוצג באיור 1.
    1. אשר את הממד של התפס התאמה ולקבוע מרחק של 22.5 מ"מ בין שני חריצים במלחציים. כדי להסיר הפרעה שדה מגנטי, המלחציים עשוי נירוסטה.
    2. להגדיר מרחק של 10 מ"מ של המגרש בקנה מידה מגנטי (τ) כדי להבדיל את כיוון התנועה, ולקבוע מרחק של 22.5 מ"מ ((2 + 1/4) · τ) בין שני הגלאים. שני גלאים יכולים להשיג את מאפיין העקירה בהתאם לנוסחאות הבאות, אשר יכולים להשיג sinusoidal פונקציה וריאציות על ידי הבדל שלב של 90 °, כאשר x הוא העקירה, F1 fbg ו- F2 #FBG הם הכוח המגנטי של שני הגלאים, ו- B הוא קבוע. מבנה הסולם המגנטי והמלחציים התואמים שלו מוצגים באיור 1.
      Equation 1
  3. שים מגנטים קבועים לתוך חריצי המלחציים, עם N מגנטי מסודרים לסירוגין. גלילי מגנטים קבועים ממוגנטים רק בכיוון הצירי, והווקטור המגנטי שלו הוא 750 kA/m.

3. הייצור של חיישן התזוזה

  1. להכין תערובת של אפוקסי לריפוי סיבים אופטיים (דבק) על ידי הוספת 100 מ"ג של הררנר (רכיב A) כדי 200 mg של שרף (רכיב B), כפי שמוצג באיור 2.
  2. למדוד את המרחק של סיבי הזנב סיבים, כ 10 מ"מ בין הפנים הקצה של הזנב הסיבים והאזור סורגים, ולאחר מכן, ציון זה עם סמן נקודה יפה.
  3. להשתמש בחשפנית סיבים אופטיים כדי לקלף את ציפוי סיבים להסיר אותו מהמיקום סמן של השלב הקודם.
  4. נקו את פני השטח של כל פולימר שנותר עם נייר ללא אבק. הצב את הלהב של קליבר בעל דיוק גבוה בניצב לכבל סיבים אופטיים וגזור אותו.
  5. לשים מגנט קבוע על הצלחת חם ומניחים באביב עם אורך של 15 מ"מ מעל מגנט קבוע.
    הערה: אורך המעיין הוא המרכיב העיקרי של הכוח הטעון מראש בשלב הבא.
  6. הדבק את סיבים שהתקבלו משלב 3.3. מניחים את הזנב הפיגמי של הסיבים בתוך המעיין, כפי שמוצג באיור 2, ומרפאים את הדבק (#1 אפוקסי) במשך 30 דקות ב-150 ° c.
    הערה: שלושת החלקים המשולבים האלה נקראים 1 P.
  7. שים 1 P לתוך הצינור מחודדות ולהשתמש דבק קלטת כדי לתקן את המגנט קבוע. כפי שמוצג באיור 3. המקום דבק בדיוק מעל מגנט קבוע, ולרפא את הדבק (אפוקסי #2 זהה ל#1 אפוקסי) עבור 30 דקות בטמפרטורה של 150 ° c. לאחר מכן, החילו את הכוח שנטען מטעון על ידי הסיבים בראג. הכוח המהדק מאפשר לסיבים להיות במצב שאינו כפוף.
    הערה: חלקים משולבים אלה נקראים גלאי FBG. גלאי ה-FBG אחראי להמרת אות הכוח המגנטי לאות של פרמטרי ההזחה.
  8. הסר את הדבק; הייצור של שלב זה נקרא 2 P.
  9. אחוי מחבר במצב יחיד של APC לסוף 2 P סיבים באמצעות מיזוג פיוז'ן, בעקבות הוראות היצרן.
  10. תקן שני גלאי FBG לחריץ של התפס ולאחר מכן תקן את התפס בפלטפורמת ההזחה.

4. בניית מערכת הבדיקות

  1. הפעל את החוקר בעל הגל המהיר עם המתג האופטי המובנה.
  2. הפעל את הפליטה הספונטנית מוגברת (ASE). הנחה את האור לתוך סיבי פלט הקלט והפץ אותו לחיישן התזוזה המבוסס על FBG. לאחר מכן, ספקטרום ההשתקפות מאופנן על-ידי החיישן משקף אותו לחוקר דרך סיבי פלט הקלט שוב.
  3. חבר את החוקר למחשב באמצעות כבל ethernet, בהתבסס על פרוטוקול UDP.
  4. חבר את מנוע אופטי למנתח ספקטרום אופטי (OSA) עם רזולוציה מינימלית של 0.02 ננומטר, עבור ניטור משמרת בראג אורך הגל.
  5. כוח מנוע stepper עם 24 V.
  6. לשנות את מהירות המנוע על ידי התאמת מתג DIP של בקר מנוע stepper. עם יציאת בקרה חיצונית, בקר מנוע stepper יכול להיות מונע בחצי צעד, רגיל, ומצבי כונן אחרים, כפי שמוצג בטבלה 2, ועל-ידי שבב מעגלים המסוק pwm להתיר לשלוט במצב של הנוכחי של עוטפי על בסיס mcu.
  7. כוונן את המרחק בין שני הגלאים לבין הסולם המגנטי.
    1. כוונן עד שיהיה עיקול sinusoidal טוב יותר בין ההזחה לשדה המגנטי.
    2. כוונן עד שיש שיטות מתוארות היטב כדי לעורר את המרחק הטוב ביותר11 מכיוון גלילי מגנטים קבועים עם שדות מגנטיים מנוגדים מסודרים סמוכים זה לזה.
      הערה: יש קשר sinusoidal בין העקירה לבין השדה המגנטי כאשר יש מרחק מתאים בין הסולם המגנטי לבין הגלאי. לכוח המגנטי יש קשר. לינארי עם השדה המגנטי לפי חוק של הוק, כוח יש קשר ליניארי עם המתח, ואת מרכז אורך הגל של FBG הוא ליניארי עם זן מוחל על FBG; לפיכך, עקומת sinusoidal ניתן להשיג.
    3. הפרד בין שני הגלאים אחד מהשני עבור 22.5 מ"מ.
      הערה: (m ± 1/4) τ שווה 22.5 מ"מ (m הוא מספר שלם חיובי, m = 2), τ הוא הגובה של הסולם המגנטי, ו (m ± 1/4) τ ≤ אורך הכולל של הסולם המגנטי, כאשר τ שווה 10.

5. הערכה של חיישן העקירה המתוכנן

  1. כוונן את המרחק בין הגלאי לבין הסולם המגנטי כדי להיות 1.5 מ"מ ולאחר מכן תקן את התפס.
  2. חבר את קצה מחבר הנגמ-סוג של החיישן לתוך יציאת החוקר והפעל את תוכנת התצורה. הגדר את תדירות הדגימה של החוקר ל-5 kHz עבור הקלטה בזמן אמת של מרכז FBG שינוי אורך הגל במשך הזמן. לחץ על הכפתור כדי לשלוט על המנוע על ידי תוספת של 40 יקרומטר בכל פעם (סוג F, כפי שמוצג בטבלה 2). סוגים שונים מייצגים שלבים שונים. אם המנוע עובד עם סוג F, המנוע יכול להיות מרווח הצעד הקטן ביותר ודיוק ההזחה הגבוהה ביותר.
  3. חבר את קצה מחבר הנגמ-סוג של החיישן לתוך יציאת OSA והפעל את תוכנת התצורה. OSA וחוקר מפקחים על אורכי הגל המרכזי של FBGs. שמור את הנתונים מכיול המצב הסטטי.
  4. החלפת מנוע בכיוון השעון והאנטילווקייז של המנוע במצב דינמי. שמור את הנתונים כמעל.
  5. שים את החיישן על הצלחת החם ולבצע ניסוי כיול טמפרטורה. שינוי הטמפרטורה של הצלחת החמה מ-25 ° צ' עד 90 ° c.
  6. בצע ניתוח נתונים.
    1. יבא את הנתונים בתבנית. csv מניסוי הכיול הסטטי לתוך MATLAB. השתמש בפונקציה findpeaks כדי לחלץ את אורך הגל המרכזי של מרכז הסיבים בראג. השתמש בפונקציה sinusoidal מכלי ההתאמה של העקומה כדי להתאים את הקשר בין אורך הגל המרכזי לבין ההזחה, כפי שמוצג באיור 5a. ההתאמה שיורית בין נקודות לדוגמה לבין עקומת ההתאמה מתוארים גם באיור 5b. שתי מדידות פורייה משתנה בין משמרות אורך הגל לבין התזוזה הליניארית למרות השלב המקורי הם כאן:
      Equation 2
    2. יבא את הנתונים לתוך תוכנת העיבוד. באמצעות כלי המדידה העקומה, עבד את הנתונים המתקבלים מסיבוב בכיוון השעון הדינמי (תנועה קדימה) וסיבוב אנטילומטר (תנועה לאחור) של המנוע (איור 6).
    3. עבד את הנתונים שהושגו מניסוי כיול הטמפרטורה לעיל (איור 7).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

המרחק, החל 1 מ"מ עד 3 מ"מ11, בין הסולם המגנטי לבין הגלאי אפשרה זיהוי של העקירה הליניארית עם פונקציה sinusoidal. מרחק של 22.5 מ"מ בין שני גלאים אפשרה גישה זו כדי להגשים את הגילוי של הכיוון של תנועת האובייקט עם הבדל פאזה של 90 °. שני הגלאים הופרדו זה מזה (m ± 1/4) τ (m הוא מספר שלם חיובי) ו (m ± 1/4) τ ≤ אורך כולל של הסולם המגנטי, שם τ = 10 מ"מ ו- m = 2 משמשים בניסוי המתואר כאן (איור 1). ההרכב והמבנה של גלאי התזוזה מוצגים באיור 2. המפתח של תהליך האריזה הוא להחיל כוח טעון מראש על FBG; כאשר הייתה תנועה, הכוח המגנטי בין הסולם המגנטי לבין הגלאי היה משתנה (איור 3), ופיזור המתח של ה-fbg יהיה אחיד ככל שהאביב נמתח או נדחס. מערכת המדידה מבוססת על ה-ASE, החוקר והאוסה, המאפיינת את חתימת הגל המרכזי של החיישן (איור 4). OSA, ברזולוציה מינימלית של 0.02 ננומטר, היה מדויק יותר מהחוקר בעת מדידת הספקטרום באופן סטטי. ל-OSA יש רזולוציה גבוהה; הוא מתאים יותר מהחוקר בניסויי כיול סטטי.

התוצאות של כיול סטטי (איור 5a) ו שרידים שיורית המקביל (איור 5a) חשף כי הגלאי מעוצב מאפשר את החקירה של מיקום העקירה אקראית במיטבה. לזיהוי כיוון התנועה הקדמי וההופכי של המנוע, כאשר התזוזה קדימה, משמרת אורך הגל של הגלאי 2 FBG יש הפרש שלב מוביל סביב 90 ° (+ 90 °). בתור חלופות היפוך הופכי, אורך הגל המרכזי של 2 FBG הציג את וריאציות הפונקציה sinusoidal על ידי הפרש שלב בפיגור של סביב 90 ° (-90 °) (איור 6). ניתן לחסל את הטמפרטורה הצולבת המקושרת על החיישן המוצע באמצעות פונקציית סינוס דיפרנציאלית. ניתן להשיג שינוי חיובי או שלילי בזווית הפאזה. הכיוון של העקירה ניתן בקלות להיפתר, כפי שהוזכר קודם לכן12. בקצרה, הנתונים הנאספים מניסוי כיול הטמפרטורה מוצגים באיור 7. ניתן לדעת כי רגישות הטמפרטורה (KT) של שני גלאים fbg זהה כאשר הפרעות בטמפרטורה אינה מתעלמת במערכת זו. הקשר בין העקירה לבין אורך הגל יכול להתבטא כדלקמן; לכן, פיצוי הטמפרטורה הוא הכשרון של מערכת זו.
Equation 3

חוסר הוודאות מהתאמת הנתונים מראה שחוסר הוודאות המקסימלי מקביל כמעט עם משרעת המקסימום של עקומת ההתאמה הsinusoidal. יכול להיות שיפור מסוים כדי להפוך את חוסר הוודאות לקטן יותר, כך שחוסר הוודאות מייצג את המאפיין של החיישן. לקחנו את הנקודה מאוזנת (5 מ"מ, מיקום שבו הגלאי הוא מול קוטביות לקנה מידה מגנטי) ואת משרעת מקסימלית (2.5 מ"מ, מיקום שבו הגלאי יש קוטביות לקנה מידה מגנטי) של 1 FBG כדוגמה (מתואר באיור 5b ), ויכולת החזרה של המדידה (10 ספירות) מוצגת באיור 8. ברור כי נקודת מאוזנת (5 מ"מ) היה יציב יותר משרעת מקסימלית (2.5 מ"מ), ואת השגיאה שיורית מקסימלית (7.5 pm) התרחשה על משרעת מקסימלית (2.5 מ"מ) של 1 FBG. הדיוק של מדידת ההזחה הוא 0.69 μm.

Equation 4

Equation 5

Equation 6

בקרה והפקה אוטומטית, במיוחד עבור ניטור מחשב בנסיבות חמורות מזוהמים בנפט, צריך הזחה אופטית מבוססת סיבים אופטיים. כך, חיישן סיבים אופטיים מעוצב ניתן להשתמש בתהליך פלדה וברזל.

Figure 1
איור 1: הסולם המגנטי ומלחציים תואמים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: הרכב ומבנה של גלאי התזוזה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3: שיטת הכוח הטעון מראש במהלך האריזה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 4
איור 4: הניסוי הכיוונון עבור מדידות הזחה. המערכת מבוססת על ה-ASE, החוקר ו-OSA, המאפיינים את חתימת מרכז החיישן באורך הגל. דמות זו מודפסה מודפס עם הרשאה מ-ז'ו ואח '11. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 5
איור 5: כיול סטטי ושרידי שגיאות. (א) הקשר בין ההזחה לבין שני משמרות FBGs באורך הגל. (ב) עקומת ההתאמה שיורית שגיאה בין הנתונים המקוריים לבין עקומת sinusoidal. דמות זו מודפסה מודפס עם הרשאה מ-ז'ו ואח '11. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 6
איור 6: זיהוי של הכיוון בכיוון השעון ונגד כיוון השעון של המנוע. דמות זו מודפסה מודפס עם הרשאה מ-ז'ו ואח '11. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 7
איור 7: מערכת היחסים בין אורך הגל לבין טמפרטורת המרכז. דמות זו מודפסה מודפס עם הרשאה מ-ז'ו ואח '11. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 8
איור 8: החזרה של המדידה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

שם פרמטרים
כיתה מגנטית N35
חומר מגנט NdFeB
ציפוי & פני השטח ניקל
כיוון מגנטיזציה מוט N/S משני צידי המטוס
גודל D5 x 4 מ"מ
M (מגנטיזציה) 750 [kA/m]

טבלה 1:תיאור של מגנט קבוע. טבלה זו מודפסה מודפס באמצעות הרשאה מ-ז'ו ואח '11.

סוג צעדים הזחה/צעד (μm)
קצת 1,600 312
B 2,000 250
C 3,200 156
D 4,000 125
E 6,400 78
F 12,800 40

טבלה 2: תיאור של מנהל ההתקן של המיקרו-שלב.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

הדגמנו שיטה חדשה למדידות אקראיות לינאריות על ידי שילוב קנה מידה מגנטי ושני בראג מסיבי. היתרון העיקרי של חיישנים אלה הוא הזחה אקראית ללא הגבלה. הסולם המגנטי המשמש כאן יצר תקופתיות של השדה המגנטי ב 10 מ"מ, הרבה מעבר לגבולות המעשיים של חיישני סיבים אופטיים קונבנציונאלי הזחה, כגון עקירה שהוזכרו על ידי לין ואח '7 ו Li et al.8. חיישן העקירה תלויי הטמפרטורה מתאים גם לניסויים המעורבים בניטור מרחוק.

הכוח שנטען מראש ב-FBG הוא השלב הקריטי בפרוטוקול האריזה של הגלאי המגנטי המבוסס על FBG. כאשר המעיין נמתח או דחוס, מתקבלת התפלגות המתח של ציר אחיד של FBG. מרחק של (m ± 1/4) τ בין שני גלאים הוא חיוני כדי להבטיח כי המערכת כולה מזהה את כיוון התנועה.

מדידה חדשה זו טכנולוגיה מחייבת מופחתת רגישות לרטט. החיישנים יכולים גם להשתפר על ידי הפחתת הרגישות שלהם לשינויי לחות, אשר מושפעים האביב בגלאי. העבודה העתידית יכולה להתמקד בפיתוח של אלגוריתמים של תוכנה כדי למנוע חיבה רטט. זו מערכת חיישן העקירה יכול להיות זמין מסחרית אם את הגובה של הסולם המגנטי ניתן להקטין כמו סולם מגנטי אלקטרוני מסחרי.

חיישן זה יכול לשמש כדי למדוד הזחה אקראית ללא הגבלה טווח ביחס לשיטות הקיימות. למרות הפרוטוקול כאן הוכח להיות יעיל כמו חיישן עקירה, זה יכול לשמש גם כדי למדוד פרמטרים אחרים, כגון מהירות ותאוצה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

. למחברים אין מה לגלות

Acknowledgments

המחברים מודים למעבדת האופטיקה על הציוד ומודים על התמיכה הפיננסית באמצעות התוכנית לחוקרי Changjiang וצוות מחקר חדשני באוניברסיטה ובמשרד החינוך של סין.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. Liu, J., et al. A Wide-Range Displacement Sensor Based on Plastic Fiber Macro-Bend Coupling. Sensors. 17 (1), 196 (2017).

Tags

הנדסה סוגיה 151 פומפיה בראג סיבים חבילה הזחה אקראית סולם מגנטי אפליה בכיוון פיצוי טמפרטורה
מדידת הזחה אקראית על-ידי שילוב סולם מגנטי ושני בראג בלגים
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Zhu, L., Lu, L., Zhuang, W., Zeng,… More

Zhu, L., Lu, L., Zhuang, W., Zeng, Z., Dong, M. A Random-displacement Measurement by Combining a Magnetic Scale and Two Fiber Bragg Gratings. J. Vis. Exp. (151), e58182, doi:10.3791/58182 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter