Summary
Manyetik bir ölçek ile iki paketlenmiş fiber Bragg ızgara dedektörleri birleştiren tam menzilli doğrusal deplasman sensörü oluşturmak için bir protokol sunulmaktadır.
Abstract
Optik lifler kullanılarak yapılan uzun mesafe liyer değiştirme ölçümleri hem temel araştırmalarda hem de endüstriyel üretimde her zaman zor olmuştur. Biz geliştirdi ve yeni bir aktarım mekanizması olarak manyetik bir ölçek benimseyen bir sıcaklık bağımsız lif Bragg ızgara (FBG) tabanlı rasgele yer değiştirme sensörü karakterize. İki FBG merkezi dalga boylarının kaymaları tespit edilerek manyetik ölçekle tam aralıklı bir ölçüm elde edilebilir. Motorun saat yönünde ve saat yönünün tersine dönüş yönünün belirlenmesi için (aslında, test edilecek nesnenin hareket yönü), FBG'nin yer değiştirmesi ile merkez dalga boyu kayması arasında sinüzoidal bir ilişki vardır; saat yönünün tersine dönmesiyle, ikinci FBG dedektörünün merkez dalga boyu değişimi yaklaşık 90° (+90°) bir faz farkı gösterir. Saat yönünde dönüş ler değiştikçe, ikinci FBG'nin merkez dalga boyu değişimi yaklaşık 90° (-90°) gecikmeli faz farkı gösterir. Aynı zamanda, iki FBG tabanlı sensörler sıcaklık bağımsızdır. Herhangi bir elektromanyetik girişim olmadan uzaktan monitör için bazı ihtiyaç varsa, bu çarpıcı yaklaşım onları rasgele deplasman belirlemek için yararlı bir araç yapar. Bu metodoloji endüstriyel üretim için uygundur. Tüm sistemin yapısı nispeten basit olduğundan, bu deplasman sensörü ticari üretimde kullanılabilir. Bir deplasman sensörü olmasının yanı sıra, hız ve ivme gibi diğer parametreleri ölçmek için kullanılabilir.
Introduction
Optik fiber tabanlı sensörler, esneklik, dalga boyu bölme çoklama, uzaktan izleme, korozyon direnci ve diğer özellikler gibi büyük avantajlara sahiptir. Böylece optik fiber deplasman sensörü geniş uygulamalara sahiptir.
Karmaşık ortamlarda hedeflenen doğrusal deplasman ölçümleri gerçekleştirmek için, optik fiber çeşitli yapılar (örneğin, Michelson interferometer1, Fabry-Perot kavite interferometer2, fiber Bragg ızgara3, bükme kaybı4) son yıllarda geliştirilmiştir. Bükme kaybı kararlı bir istasyonda ışık kaynağı gerektirir ve çevresel titreşim için uygun değildir. Qu ve ark. bir ucu gümüş ayna ile kaplanmış plastik çift çekirdekli fiber dayalı bir interferometrik fiber optik nanodisplacement sensör tasarladık; 70 nm5çözünürlüğe sahiptir. Yer değiştirme aralığının ölçümündeki sınırlamaları aşmak için bükülmüş tek modlu-çok modlu-tek modlu (SMS) fiber yapısına dayalı basit bir deplasman sensörü önerilmiştir; 0 ile 520 μm6arasında değişen deplasman hassasiyetini üç kat artırmıştır. Lin ve ark. fbg bir yay ile birlikte birleştiren bir deplasman sensör sistemi sundu; çıkış gücü 110-140 mm7'ninyer değiştirmesi ile yaklaşık olarak doğrusaldır. Fiber Fabry-Perot deplasman sensörü 0-0,5 mm'lik bir ölçüm aralığına sahiptir ve doğrusallık%1,1 ve çözünürlüğü 3 μm 8'dir. Zhou ve ark. 3 mm9dinamik bir aralık üzerinde 0,084 nm kadar, subnanometre ölçümleri için bir fiber optik Fabry-Perot interferometre dayalı geniş menzilli bir deplasman sensörü bildirdi. Yansıtıcı yoğunluk modüle teknolojiye dayalı bir fiber optik deplasman sensörü bir fiber kolimatör kullanılarak gösterilmiştir; bu 30 cm10üzerinde bir algılama aralığı vardı. Optik lifler birçok türde deplasman sensörüne imal edilse de, bu fiber tabanlı sensörler genellikle malzemenin kendisindeki çekme limitini kullanırlar ve bu da geniş kapsamlı ölçümlerde uygulamalarını sınırlar. Böylece, genellikle ölçüm aralığı ve hassasiyet arasında tavizler yapılır. Ayrıca, çeşitli değişkenler aynı anda meydana geldiğinden yer değiştirmeyi belirlemek zordur; özellikle, gerginlik ve sıcaklığın çapraz hassasiyeti deneysel hassasiyete zarar verebilir. Literatürde iki farklı algılama yapısı kullanmak, farklı yapıştırıcılarla yarı bağlanmış tek bir FBG kullanmak veya özel optik lifler kullanmak gibi birçok ayrımcılık tekniği rapor edilmiştir. Böylece, optik fiber deplasman sensörleri daha da geliştirilmesi yüksek hassasiyet gerektirir, küçük bir boyut, büyük istikrar, tam aralık, ve sıcaklık bağımsızlığı.
Burada manyetik ölçeğin periyodik yapısı tam kapsamlı bir ölçümü mümkün kılar. Manyetik ölçekte sınırlı bir ölçüm aralığı olmayan rastgele bir yer değiştirme elde edilir. İki FBG ile birlikte, hem sıcaklık çapraz duyarlılık ve hareket yönü için kimlik çözülebilir. Bu yöntemdeki çeşitli adımlar hassasiyet ve detaylara dikkat gerektirir. Sensör imalatı protokolü aşağıdaki gibi ayrıntılı olarak açıklanmıştır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Lif Bragg ızgara imalatı
- Lif çekirdeğinin ışığa duyarlılığını artırmak için, 1 hafta boyunca hidrojen yüklü hava geçirmez bir kutuiçine standart bir tek modlu lif koyun.
- Tarama faz maskesi tekniği ve 244 nm dalga boyunda bir frekans-doubled, sürekli dalga argon-iyon lazer kullanarak fiber Bragg ızgara imal.
- Silindirik lens ve ultraviyole (UV) lazer ışını ile optik fiber odaklanın. Lifin önüne yerleştirilen bir faz maskesi (lif eksenine paralel) kullanarak ışığa duyarlı çekirdekteki ızgarayı (kırılma indisi periyodik modülasyonu) yazdırın. Lazer tarafından ışık çıkışı şeklinde ve faz maskesi diktir. UV ışınlarına maruz kalmak için elyafı ±1 sıra lı ışığın konumuna yerleştirin.
- UV yazıtından sonra, iki fiber Bragg ızgarasını 100 °C'lik bir fırına yerleştirin ve herhangi bir artık hidrojeni çıkarın, lif ızgarasının yansıtıcılığı %10 azaltılıncaya, 3 dB bant genişliği 0,1 nm azaltılıncaya ve orta dalga boyu 0,8 nm kaydırılAna kadar. Bu adıma annealing işleme denir. FBG parametreleri annealing işleminden sonra değişmez.
NOT: Bu iki FBG'nin merkezi dalga boyları 1,555.12 nm (1#FBG) ve 1.557.29 nm (2#FBG) olup, 5 mm'lik ızgara uzunlukları vardır.
2. Manyetik terazinin ve eşleşen kelepçenin hazırlanması
- Daha önce açıklanan tasarım8göre kalıcı mıknatıs boyutunu belirleyin. Kalıcı mıknatısın açıklaması Tablo 1'degösterilmiştir.
- Şekil 1'degösterildiği gibi, boyutu kalıcı mıknatısla eşleşen manyetik ölçeğin yuvasını tasarlayın.
- Eşleşen kelepçenin boyutunu onaylayın ve kelepçedeki iki yuva arasında 22,5 mm'lik bir mesafe belirleyin. Manyetik alan parazitini ortadan kaldırmak için kelepçe paslanmaz çelikten yapılmıştır.
- Hareket yönünü ayırt etmek için manyetik ölçekte (τ) 10 mm'lik bir mesafe belirleyin ve iki dedektör arasında 22,5 mm ((2+1/4)·τ) mesafe ayarlayın. İki dedektör, x'in yer değiştirmesi, F1#FBG ve F2'nin bulunduğu 90°'lik faz farkı ile sinüzoidal fonksiyon varyasyonları elde edebilen aşağıdaki formüllere göre yer değiştirme özelliğini elde edebilir. #FBG iki dedektörün manyetik kuvvetidir ve B sabittir. Manyetik terazinin yapısı ve eşleşen kıskaçı Şekil 1'degösterilmiştir.
- Manyetik N/S dönüşümlü olarak düzenlenmiş kelepçe yuvalarına kalıcı mıknatıslar koyun. Silindirik kalıcı mıknatıslar sadece eksenel yönde manyetize edilir ve manyetik vektörü 750 kA/m'dir.
3. Deplasman sensörü imalatı
- Şekil 2'degösterildiği gibi 100 mg sertleştirici (Bileşen A) ila200 mg reçine (Bileşen B) ekleyerek ısıl kürebilir fiber optik epoksi (tutkal) karışımı hazırlayın.
- Lif pigtail mesafesini ölçün, lif pigtail son yüzü ve ızgara bölgesi arasında yaklaşık 10 mm, ve sonra, ince nokta belirteci ile puan.
- Fiber kaplama soymak ve önceki adımın marker konumundan şerit bir fiber optik striptizci kullanın.
- Kalan polimerlerin yüzeyini tozsuz kağıtla temizleyin. Yüksek hassasiyetli fiber yarık bıçağını fiber optik kabloya dik olarak yerleştirin ve kesin.
- Sıcak tabağa kalıcı bir mıknatıs koyun ve kalıcı mıknatıs Üzerinde 15 mm uzunluğunda bir yay yerleştirin.
NOT: Yay uzunluğu bir sonraki adımda önceden yüklenmiş kuvvetin ana unsurudur. - 3.3 adımdan elde edilen elyafı yapıştırın. Lifinpigtail'ini Şekil 2'de gösterildiği gibi baharın içine yerleştirin ve 150 °C'de 30 dakika boyunca yapıştırıcıyı (Epoksi #1) iyileştirin.
NOT: Bu üç birleştirilmiş parçaya 1#Pdenir. - Konik boruya 1#P koyun ve kalıcı mıknatısı onarmak için yapışkan bant kullanın. Şekil 3'tegösterildiği gibi . Kalıcı mıknatısın tam üzerine yapıştırıcı yerleştirin ve yapıştırıcıyı (Epoksi #2 Epoksi #1 ile aynıdır) 150 °C sıcaklıkta 30 dakika boyunca iyileştirin. Daha sonra, fiber Bragg ızgara elle önceden yüklenmiş kuvvet uygulayın; ön sıkma kuvveti, lifin bükülmez bir durumda olmasını sağlar.
NOT: Bu kombine parçalar FBG dedektörü olarak adlandırılır. FBG dedektörü, manyetik kuvvetin sinyalini yer değiştirme parametrelerinin sinyaline dönüştürmekten sorumludur. - Yapışkan bandı çıkarın; bu adımın üretimi 2#Polarak adlandırılır.
- Üreticinin talimatlarına uyarak, bir füzyon splicer kullanarak 2# P fiber sonuna bir APC tipi tek modlu konektör splice.
- Kelepçe yuvasına iki FBG dedektörü sabitleyin ve sonra, deplasman platformuna kelepçe düzeltmek.
4. Test sisteminin oluşturulması
- Dahili optik anahtarla yüksek hızlı dalga boyu sorgulayıcısını çalıştırın.
- Güçlendirilmiş spontan emisyon (ASE) açın. Işığı giriş çıkışlı fibere yönlendirin ve FBG tabanlı yer değiştirme sensörüne yayıtın. Daha sonra, sensör tarafından modüle edilen yansıma spektrumları, giriş-çıkış lifi ile tekrar sorgulayıcıya yansıtır.
- Sorgulayıcıyı UDP protokolüne dayalı bir ethernet kablosuyla bilgisayara bağlayın.
- Bragg dalga boyu değişimini izlemek için optik sirkülasyonu 0,02 nm minimum çözünürlükle optik spektrum analizörüne (OSA) bağlayın.
- Step motora 24 V güç.
- Step motor kumandasının DIP anahtarını ayarlayarak motorun hızını değiştirin. Dış kontrol bağlantı noktası ile, step motor denetleyicisi, Tablo 2'degösterildiği gibi yarı adım, normal ve diğer tahrik modlarında sürülebilir ve yongadaki PWM helikopter devreleri, mcu'ya dayalı sargılarda akımın geçiş modu kontrolüne izin verir.
- İki dedektör ve manyetik ölçek arasındaki mesafeyi ayarlayın.
- Deplasman ve manyetik alan arasında daha iyi bir sinüzoidal eğri olana kadar ayarlayın.
- Karşıt manyetik alanlara sahip silindirik kalıcı mıknatıslar birbirine bitişik olarak düzenlenmiş olduğundan, en iyi mesafe11 uyarmak için iyi tanımlanmış yöntemler olana kadar ayarlayın.
NOT: Manyetik ölçek ile dedektör arasında uygun bir mesafe olduğunda yer değiştirme ile manyetik alan arasında sinüzoidal bir ilişki vardır. Manyetik kuvvetin manyetik alanla doğrusal bir ilişkisi vardır. Hooke yasasına göre, kuvvet in zorlanma ile doğrusal bir ilişkisi vardır ve FBG merkezi dalga boyu kayması FBG uygulanan gerginlik ile doğrusal; böylece sinüzoidal eğri elde edilebilir. - İki dedektörü birbirinden 22,5 mm'ye ayırın.
NOT: (m ± 1/4)τ eşittir 22.5 mm(m pozitif bir tamsayı, m = 2), τ manyetik ölçeğin perdesi, ve (m ± 1/4)τ ≤ ≤ manyetik ölçeğin toplam uzunluğu, τ 10 eşittir.
5. Tasarlanan deplasman sensörünün değerlendirilmesi
- Dedektör ile manyetik ölçek arasındaki mesafeyi 1,5 mm olarak ayarlayın ve ardından kelepçeyi düzeltin.
- Sensörün APC tipi konektör ucunu sorgulayıcı bağlantı noktasına takın ve yapılandırma yazılımını başlatın. FBG merkezi dalga boyu değişiminin zaman içinde gerçek zamanlı kaydı için sorgulayıcının örnekleme sıklığını 5 kHz olarak ayarlayın. Her seferinde motoru 40 μm'lik bir artışla kontrol etmek için düğmeye basın (Tablo 2'degösterildiği gibi F tipi). Farklı türleri farklı adımları temsil. Motor F tipi ile çalışıyorsa, motor en küçük adım aralığına ve en yüksek yer değiştirme doğruluğuna sahip olabilir.
- Sensörün APC tipi konektör ucunu OSA bağlantı noktasına takın ve yapılandırma yazılımını başlatın. Bir OSA ve sorgulayıcı FBG'lerin merkezi dalga boylarındaki kaymayı izler.
- Motorun saat yönünde ve saat yönünün tersine dönüşünü dinamik bir durumda döndürün. Verileri yukarıdaki gibi kaydedin.
- Sensörü sıcak plakaya yerleştirin ve bir sıcaklık kalibrasyon deneyi yapın. Sıcak plakanın sıcaklığını 25 °C'den 90 °C'ye değiştirin.
- Veri analizi yapın.
- Statik kalibrasyon deneyinden .csv formatında verileri MATLAB'aaktarın. Lif Bragg ızgara merkezi dalga boyu ayıklamak için findpeaks fonksiyonu istihdam. Şekil 5a'dagösterildiği gibi, merkez dalga boyu ile yer değiştirme arasındaki ilişkiye uymak için eğri montaj aracından sinüzoidal fonksiyonu kullanın. Örnek noktaları ve montaj eğrisi arasındaki montaj artık ları da Şekil 5b'degösterilmiştir. Merkez dalga boyu kaymaları ile orijinal faza rağmen doğrusal yer değiştirme arasındaki iki Fourier montaj eğrisi buradadır:
- Verileri işleme yazılımına aktarın. Eğri montaj aracını kullanarak, dinamik saat yönünde döndürme (ileri hareket) ve motorun saat yönünün tersine dönüşünden (geriye doğru hareket) elde edilen verileri işlayın(Şekil 6).
- Sıcaklık kalibrasyon deneyinden elde edilen verileri yukarıdaki gibi işleme (Şekil 7).
- Statik kalibrasyon deneyinden .csv formatında verileri MATLAB'aaktarın. Lif Bragg ızgara merkezi dalga boyu ayıklamak için findpeaks fonksiyonu istihdam. Şekil 5a'dagösterildiği gibi, merkez dalga boyu ile yer değiştirme arasındaki ilişkiye uymak için eğri montaj aracından sinüzoidal fonksiyonu kullanın. Örnek noktaları ve montaj eğrisi arasındaki montaj artık ları da Şekil 5b'degösterilmiştir. Merkez dalga boyu kaymaları ile orijinal faza rağmen doğrusal yer değiştirme arasındaki iki Fourier montaj eğrisi buradadır:
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Manyetik ölçek ile dedektör arasındaki 1 mm ile 3 mm11arasındaki mesafe, sinüzoidal fonksiyonla doğrusal yer değiştirmenin algılanmasını sağladı. İki dedektör arasındaki 22,5 mm'lik mesafe, bu yaklaşımın bir nesnenin hareket yönünü90°'lik faz farkıyla algılamasını sağladı. Burada açıklanan deneyde iki dedektör birbirinden ayrılmıştır (m ± 1/4)τ (m pozitif bir tamsayıdır) ve (m ± 1/4)τ ≤ ≤ manyetik ölçeğin toplam uzunluğu, burada tanımlanan deneyde τ = 10 mm ve m = 2 kullanılır (Şekil 1). Yer değiştirme dedektörünün bileşimi ve yapısı Şekil 2'degösterilmiştir. Paketleme işleminin anahtarı FBG'ye önceden yüklenmiş bir kuvvet uygulamaktır; bir hareket olduğunda, manyetik ölçek ve dedektör arasındaki manyetik kuvvet değişecekti(Şekil 3), ve FBG'nin eksen gerilim dağılımı yay gerildikçe veya sıkıştırıldıkça tek düze olacaktır. Ölçüm sistemi ASE, sorgulayıcı ve sensörün merkezi dalga boyu imzasını karakterize eden OSA'ya dayanır (Şekil 4). En az 0,02 nm çözünürlüğe sahip OSA, spektrumu statik olarak ölçerken sorgulayıcıdan daha doğruydu. OSA yüksek çözünürlüğe sahiptir; statik kalibrasyon deneylerinde sorgulayıcıdan daha uygundur.
Statik kalibrasyon(Şekil 5a)ve buna karşılık gelen artık hataların(Şekil 5b)sonuçları, tasarlanan dedektörün rastgele yer değiştirme pozisyonunun en iyi şekilde araştırılmasına olanak sağladığını ortaya koymuştur. Motorun ileri ve ters hareket yönünün belirlenmesi için, ileri hareketler alternatif olarak, 2#FBG dedektörünün merkez dalga boyu kayması yaklaşık 90° (+90°) bir faz farkına sahiptir. Ters yer değiştirme alternatifleri olarak, 2#FBG'nin merkez dalga boyu kayması sinüzoidal fonksiyon varyasyonlarını 90° (-90°) civarında bir gecikme faz farkı ile görüntülemiştir(Şekil 6). Önerilen sensörüzerindeki sıcaklık çapraz hassasiyeti diferansiyel sinüs fonksiyonu ile ortadan kaldırılabilir. Faz açısında pozitif veya negatif bir değişiklik elde edilebilir. Deplasman yönü kolayca çözülebilir, daha önce belirtildiği gibi12. Kısaca, sıcaklık kalibrasyon deneyinden toplanan veriler Şekil 7'degösterilmiştir. Bu sistemde sıcaklık paraziti göz ardı edilmeyince her iki FBG dedektörünün de sıcaklık hassasiyetinin(KT)aynı olduğu bilinebilir. Yer değiştirme ve dalga boyu kaymaları arasındaki ilişki aşağıdaki gibi ifade edilebilir; böylece, sıcaklık telafisi bu sistemin liyakat olduğunu.
Veri montajındaki belirsizlik, maksimum belirsizliğin sinüzoidal montaj eğrisinin maksimum genliğiyle neredeyse paralel olduğunu göstermektedir. Belirsizliğin sensörün özelliğini temsil etmesi için belirsizliği daha küçük hale getirmek için bazı iyileştirmeler olabilir. 1#FBG'nin (Şekil 5b'de gösterilmiştir) dengeli noktasını (5 mm, dedektörün polarite ile manyetik ölçekte zıt olduğu bir konum) ve maksimum genliği (2,5 mm, dedektörün manyetik ölçekte polariteye sahip olduğu bir pozisyon) aldık ( Şekil 5b'de gösterilmiştir ) ve ölçümün tekrarlanabilirliği (10 sayı) Şekil 8'degösterilmiştir. Dengeli noktanın (5 mm) maksimum genliğe (2,5 mm) göre daha kararlı olduğu ve maksimum kalıntı hatasının (7,5 pm) 1#FBG'nin maksimum genliğinde (2,5 mm) oluştuğu açıktır. Yer değiştirme ölçümünün doğruluğu 0,69 μm'dir.
Otomatik kontrol ve üretim, özellikle ciddi yağ ile kirlenmiş koşullarda makine izleme için, optik fiber tabanlı uzun deplasman gerekir. Böylece tasarlanan optik fiber sensör çelik ve demir prosesinde kullanılabilir.
Şekil 1: Manyetik ölçek ve eşleşen kelepçe. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: Yer değiştirme dedektörünün bileşimi ve yapısı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: Paketleme sırasında önceden yüklenmiş kuvvet yöntemi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: Yer değiştirme ölçümleri için deney kurulumu. Sistem ASE, sorgulayıcı ve sensörün merkezi dalga boyu imzasını karakterize eden OSA'ya dayanır. Bu rakam Zhu ve ark.11'inizniyle yeniden basılmıştır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 5: Statik kalibrasyon ve artık hatalar. (a) Yer değiştirme ve iki FBG dalga boyu kayması arasındaki ilişki. (b)Orijinal veriler le sinüsoidal eğri arasındaki montaj eğrisi artık hatası. Bu rakam Zhu ve ark.11'inizniyle yeniden basılmıştır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 6: Motorun saat yönünde ve saat yönünün tersine dönüş yönünün belirlenmesi. Bu rakam Zhu ve ark.11'inizniyle yeniden basılmıştır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 7: Merkez dalga boyu ile sıcaklık arasındaki ilişki. Bu rakam Zhu ve ark.11'inizniyle yeniden basılmıştır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 8: Ölçümün tekrarlanabilirliği. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
| Adı | Parametre |
| Manyetik Sınıf | N35 |
| Mıknatıs Malzemesi | Ndfeb |
| Yüzey & Kaplama | Nikel |
| Manyetize yön | Uçağın her iki tarafındaki N/S direği |
| Boyutu | D5 x 4 mm |
| M(manyetizasyon) | 750 [kA/m] |
Tablo 1:Kalıcı mıknatısın tanımı. Bu tablo Zhu ve ark.11'inizniyle yeniden basılmıştır.
| Türü | Adım -ları | Yer değiştirme/adım (3m) |
| A | 1,600 | 312 |
| B | 2,000 | 250 |
| C | 3,200 | 156 |
| D | 4,000 | 125 |
| E | 6,400 | 78 |
| F | 12,800 | 40 |
Tablo 2: Microstep sürücüsünün açıklaması.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Biz bir manyetik ölçek ve iki fiber Bragg ızgarabirleştirerek rasgele doğrusal deplasman ölçümleri için yeni bir yöntem göstermiştir. Bu sensörlerin en büyük avantajı, sınırlama olmaksızın rastgele yer değiştirmesidir. Burada kullanılan manyetik ölçek, Lin ve ark.7 ve Li ve ark.8tarafından bahsedilen deplasman gibi geleneksel optik fiber deplasman sensörlerinin pratik sınırlarının çok ötesinde, 10 mm'de manyetik alanın periyodik olarak üretilmesine neden oldu. Isıya bağlı yer değiştirme sensörü, uzaktan izleme ile ilgili deneyler için de uygundur.
FBG'deki önceden yüklenmiş kuvvet, FBG tabanlı manyetik dedektörün paketleme protokolündeki kritik adımdır. Yay gerildiğinde veya sıkıştırıldığında, FBG'nin tek tip eksen gerilim dağılımı elde edilir. Tüm sistemin hareket yönünü tanımasını sağlamak için iki dedektör arasındaki mesafe(m ± 1/4)τ esastır.
Bu yeni yer değiştirme ölçüm teknolojisi titreşime karşı daha az duyarlılık gerektirir. Sensörler, dedektördeki yaydan etkilenen nem değişikliklerine karşı hassasiyetlerini azaltarak da geliştirilebilir. Gelecekteki çalışmalar titreşim sevgi ortadan kaldırmak için yazılım algoritmaları geliştirilmesi üzerinde durulabilir. Manyetik ölçeğin perdesi ticari elektronik manyetik ölçek olarak azaltılabilirse, bu yer değiştirme sensör sistemi ticari olarak kullanılabilir hale gelebilir.
Bu sensör, mevcut yöntemlerle ilgili aralık sınırlaması olmaksızın rasgele yer değiştirme ölçmek için kullanılabilir. Buradaki protokolün bir yer değiştirme sensörü olarak etkili olduğu kanıtlansa da, hız ve ivme gibi diğer parametreleri ölçmek için de kullanılabilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.
Acknowledgments
Yazarlar kendi ekipman için Optik Laboratuvarı teşekkür ve Üniversite ve Çin Eğitim Bakanlığı Changjiang Akademisyenler ve Yenilikçi Araştırma Ekibi programı aracılığıyla mali destek için müteşekkir.
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).
