磁気スケールと2つのファイバーブラッググレーティングを組み合わせたランダム変位測定
Summary
2つのパッケージ繊維ブラッググレーティング検出器と磁気スケールを組み合わせた、フルレンジ線形変位センサを作成するプロトコルを提示します。
Abstract
光ファイバを用した長距離変位測定は、基礎研究と工業生産の両面で常に課題となってきました。新しい転写機構として磁気スケールを採用した温度非依存ファイバーブラッググレーティング(FBG)ベースのランダム変位センサを開発・特徴付けました。2つのFBG中心波長のシフトを検出することで、磁気スケールで全範囲測定が得られます。モータの時計回りおよび反時計回りの回転方向(実際には、テスト対象の物体の動きの方向)を識別するために、FBGの変位と中心波長シフトとの間には、意味合いの関係があります。反時計回りの回転が交互に行われるにつれて、第2FBG検出器の中心波長シフトは、約90°(+90°)の主要位相差を示す。時計回りの回転が交互に行くにつれて、2番目のFBGの中心波長シフトは、約90°(-90°)の遅れ相差を表示します。同時に、2つのFBGベースのセンサーは温度に依存しない。電磁干渉のないリモートモニタが必要な場合、この顕著なアプローチは、ランダムな変位を決定するための有用なツールになります。この方法論は工業生産に適しています。システム全体の構造は比較的簡単であるとして、この変位センサーは商業生産で使用することができる。変位センサーであることに加えて、速度や加速度などの他のパラメータを測定するために使用することができます。
Introduction
光ファイバベースのセンサには、柔軟性、波長分割多重、遠隔監視、耐食性などの大きな利点があります。従って、光ファイバ変位センサは広い適用を有する。
複雑な環境下での標的線形変位測定を実現するために、光ファイバの様々な構造(例えば、ミケルソン干渉計1、ファブリーペロ空洞干渉計2、繊維ブラッグ格子3、繊維グレーチング3、曲げ損失4)は、近年開発されています。曲げ損失は安定したステーションの光源を要求し、環境振動のために不適当である。Qu et al. は、銀ミラーでコーティングされた一方の端を持つプラスチックデュアルコアファイバーに基づいて、干渉性光ファイバ光学ナノ変位センサを設計しました。それは70 nm5の解決を有する。曲がったシングルモードマルチモードシングルモード(SMS)ファイバ構造に基づくシンプルな変位センサは、変位範囲の測定の制限を克服するために提案されました。それは0から520 μm6の範囲の変位の感受性を3倍に高った。Linらは、FBGとスプリングを組み合わせた変位センサシステムを発表した。出力電力は110-140 mm7の変位とほぼ直線的である。繊維Fabry-Perotの変位センサーに1.1%の直線性および3 μm8の決断の0-0.5 mmの測定範囲がある。周らは、サブナノメートル測定用の光ファイバファブリーペロー干渉計に基づく広範囲変位センサを報告し、3mm9のダイナミックレンジで最大0.084nmを測定した。反射強度変調技術に基づく光ファイバ変位センサをファイバーコリメーターを用いて実証した。これは30 cm10以上の感知範囲を持っていました.光ファイバは多くの種類の変位センサに製造できますが、これらの光ファイバベースのセンサは一般的に材料自体の引張限界を利用し、広範囲の測定での応用を制限します。したがって、通常、測定範囲と感度の間で妥協が行われます。また、様々な変数が同時に発生するにつれて変位を決定することは困難です。特に、歪みと温度のクロス感度は、実験精度を損なう可能性があります。文献には、2つの異なるセンシング構造を使用する、異なる接着剤で半結合された単一のFBGを使用する、または特殊な光ファイバを使用するなど、多くの判別技術が報告されています。したがって、光ファイバ変位センサのさらなる開発には、高感度、小型、優れた安定性、フルレンジ、温度独立性が必要です。
ここで、磁気スケールの周期構造により、全範囲測定が可能となる。磁気スケールの限られた測定範囲のないランダムな変位を達成する。2つのFGと組み合わせることで、温度クロス感度と移動方向の識別の両方を解決することができます。この方法内の様々なステップは、精度と細部への注意を必要とします。センサ製造のプロトコルは、以下のように詳細に説明される。
Protocol
Representative Results
Discussion
磁気スケールと2つの繊維ブラッグ格子を組み合わせることで、ランダムな線形変位測定の新しい方法を実証しました。これらのセンサーの主な利点は、制限なしでランダムな変位です。ここで用いられる磁気スケールは、10mmで磁場の周期性を生み出し、Lin etal.7およびLi etal.8によって言及された変位のような従来の光ファイバ変位センサの実用的な限界を?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者らは、光学研究所の設備に感謝し、長江学者と大学の革新的研究チームと中国教育省のためのプログラムを通じて財政的支援に感謝しています。
Materials
| 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
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