एक चुंबकीय स्केल और दो फाइबर ब्रैग ग्रेटिंग के संयोजन से एक यादृच्छिक विस्थापन माप
Summary
एक प्रोटोकॉल एक पूर्ण रेंज रैखिक विस्थापन सेंसर बनाने के लिए, एक चुंबकीय पैमाने के साथ दो पैक फाइबर Bragg grating डिटेक्टरों के संयोजन, प्रस्तुत किया है.
Abstract
ऑप्टिकल फाइबर का उपयोग लंबी दूरी की विस्थापन माप हमेशा दोनों बुनियादी अनुसंधान और औद्योगिक उत्पादन में एक चुनौती रही है. हम विकसित और एक तापमान स्वतंत्र फाइबर Bragg ग्रेटिंग (FBG) आधारित यादृच्छिक विस्थापन सेंसर है कि एक उपन्यास स्थानांतरित तंत्र के रूप में एक चुंबकीय पैमाने को गोद ले विशेषता. दो FBG केंद्र तरंगदैर्ध्य की पाली का पता लगाने के द्वारा, एक पूर्ण दूरी माप एक चुंबकीय पैमाने के साथ प्राप्त किया जा सकता है. मोटर की दक्षिणावर्त और प्रतिदक्षिणावर्त घूर्णन दिशा की पहचान के लिए (वास्तव में, परीक्षण किया जा करने के लिए वस्तु के आंदोलन की दिशा), विस्थापन और FBG के केंद्र तरंगदैर्ध्य बदलाव के बीच एक sinusoidal संबंध है; के रूप में anticlockwise रोटेशन alternates, दूसरे FBG डिटेक्टर के केंद्र तरंगदैर्ध्य बदलाव के आसपास के एक अग्रणी चरण अंतर से पता चलता है 90 डिग्री (+90 डिग्री). दक्षिणावर्त रोटेशन alternates के रूप में, दूसरे FBG के केंद्र तरंगदैर्ध्य पारी लगभग 90 डिग्री (-90 डिग्री) के एक पिछड़े चरण अंतर प्रदर्शित करता है. एक ही समय में, दो FBG आधारित सेंसर तापमान स्वतंत्र हैं. यदि किसी भी विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप के बिना एक दूरस्थ मॉनिटर के लिए कुछ की जरूरत है, इस हड़ताली दृष्टिकोण उन्हें यादृच्छिक विस्थापन का निर्धारण करने के लिए एक उपयोगी उपकरण बनाता है. यह पद्धति औद्योगिक उत्पादन के लिए उपयुक्त है। के रूप में पूरी प्रणाली की संरचना अपेक्षाकृत सरल है, इस विस्थापन सेंसर वाणिज्यिक उत्पादन में इस्तेमाल किया जा सकता है. यह एक विस्थापन सेंसर होने के अलावा, यह इस तरह के वेग और त्वरण के रूप में अन्य मापदंडों को मापने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।
Introduction
ऑप्टिकल फाइबर आधारित सेंसर इस तरह के लचीलापन, तरंगदैर्ध्य विभाजन multiplexing, दूरस्थ निगरानी, संक्षारण प्रतिरोध, और अन्य विशेषताओं के रूप में महान लाभ है। इस प्रकार, ऑप्टिकल फाइबर विस्थापन सेंसर व्यापक अनुप्रयोगों है.
जटिल वातावरण में लक्षित रैखिक विस्थापन माप का एहसास करने के लिए, ऑप्टिकल फाइबर के विभिन्न संरचनाओं (उदा., मिशेलसन इंटरफेरोमीटर1, फैबरी-पेरोट गुहा इंटरफेरोमीटर2, फाइबर ब्रैग ग्रेटिंग3, झुकने हानि4) हाल के वर्षों में विकसित किया गया है. झुकने नुकसान एक स्थिर स्टेशन में प्रकाश स्रोत की आवश्यकता है और पर्यावरण कंपन के लिए अनुपयुक्त है. क्यू एट अल एक चांदी दर्पण के साथ लेपित एक छोर के साथ एक प्लास्टिक दोहरे कोर फाइबर पर आधारित एक interferometric फाइबर ऑप्टिक नैनोविस्थापन सेंसर डिजाइन किया है; यह 70 एनएम5का एक संकल्प है. एक तुला एकल मोड बहुमोड एकल मोड (एसएमएस) फाइबर संरचना पर आधारित एक सरल विस्थापन सेंसर विस्थापन रेंज की माप पर सीमाओं को दूर करने का प्रस्ताव किया गया था; इसने 0 से 520 डिग्री उ6तक की सीमा के साथ विस्थापन संवेदनशीलता को तीन गुना बढ़ा दिया। लिन एट अल एक विस्थापन सेंसर प्रणाली है कि एक वसंत के साथ एक साथ FBG को जोड़ती है प्रस्तुत; निर्गत शक्ति लगभग रेखीय होती है जिसमें 110-140 उउ 7 के विस्थापन होतेहैं। एक फाइबर फैबरी-पेरोट विस्थापन सेंसर की माप सीमा है 0-0.5 मिमी की एक रैखिकता के साथ 1.1% और एक संकल्प के साथ 3 डिग्री8. झोउ एट अल. एक फाइबर ऑप्टिक फैबरी-Perot interferometer के लिए subnanometer माप के लिए आधारित एक विस्तृत दूरी के विस्थापन सेंसर की सूचना दी, अप करने के लिए 0.084 एनएम की एक गतिशील रेंज पर 3 मिमी9. चिंतनशील तीव्रता संग्राहक प्रौद्योगिकी पर आधारित एक फाइबर ऑप्टिक विस्थापन सेंसर एक फाइबर कोलिमेंटर का उपयोग कर प्रदर्शन किया गया था; यह 30 सेमी10से अधिक संवेदन रेंज था . हालांकि ऑप्टिकल फाइबर विस्थापन सेंसर के कई प्रकार में निर्मित किया जा सकता है, इन फाइबर आधारित सेंसर आम तौर पर सामग्री ही है, जो व्यापक रेंज माप में उनके आवेदन को सीमित करता है की तन्य सीमा का उपयोग करें. इस प्रकार, समझौता आमतौर पर माप रेंज और संवेदनशीलता के बीच किया जाता है. इसके अलावा, विस्थापन का निर्धारण करना कठिन है क्योंकि विभिन्न चर एक साथ होते हैं; विशेष रूप से, तनाव और तापमान के पार संवेदनशीलता प्रयोगात्मक परिशुद्धता को नुकसान पहुंचा सकता है। साहित्य में कई भेदभाव तकनीकों की रिपोर्ट की गई है, जैसे दो अलग-अलग संवेदन संरचनाओं का उपयोग करना, अलग-अलग गोंदों द्वारा एक FBG आधा-बांड का उपयोग करना, या विशेष ऑप्टिकल फाइबर का उपयोग करना। इस प्रकार, ऑप्टिकल फाइबर विस्थापन सेंसर के आगे विकास उच्च संवेदनशीलता, एक छोटे आकार, महान स्थिरता, पूरी रेंज, और तापमान स्वतंत्रता की आवश्यकता है.
यहाँ, चुंबकीय पैमाने की आवधिक संरचना एक पूर्ण दूरी माप संभव बनाता है. एक चुंबकीय पैमाने के साथ एक सीमित माप रेंज के बिना एक यादृच्छिक विस्थापन हासिल की है. दो FBGs के साथ संयुक्त, दोनों temperaturecross संवेदनशीलता और आंदोलन की दिशा के लिए पहचान हल किया जा सकता है. इस विधि के भीतर विभिन्न चरणों विस्तार करने के लिए सटीक और ध्यान की आवश्यकता है। सेंसर निर्माण के प्रोटोकॉल के रूप में विस्तार से निम्नलिखित के रूप में वर्णित है.
Protocol
Representative Results
Discussion
हम एक चुंबकीय पैमाने और दो फाइबर Bragg gratings के संयोजन के द्वारा यादृच्छिक रैखिक विस्थापन माप के लिए एक नई विधि का प्रदर्शन किया है. इन सेंसरों का मुख्य लाभ सीमा के बिना यादृच्छिक विस्थापन है. यहाँ प्रयुक्त च?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
लेखक अपने उपकरणों के लिए प्रकाशिकी प्रयोगशाला धन्यवाद और विश्वविद्यालय में चांगजियांग विद्वानों और अभिनव अनुसंधान टीम और चीन के शिक्षा मंत्रालय के लिए कार्यक्रम के माध्यम से वित्तीय सहायता के लिए आभारी हैं.
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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