doi: 10.17586/2226-1494-2021-21-6-801-807


УДК 535.08

Волоконно-оптический датчик вибрации на основе SMF-MMF-SMF перехода и наклонной решетки Брэгга

Дмитриев А.А., Гребнев К.В., Варжель С.В., Плотников М.Ю.


Читать статью полностью 
Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования:
Дмитриев А.А., Гребнев К.В., Варжель С.В., Плотников М.Ю. Волоконно-оптический датчик вибрации на основе SMF-MMF-SMF перехода и наклонной решетки Брэгга // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2021. Т. 21, № 6. С. 801–807. doi: 10.17586/2226-1494-2021-21-6-801-807


Аннотация
Предмет исследования. Предложен вариант реализации волоконно-оптического датчика вибрации. Датчик обладает повышенным рабочим диапазоном частот при использовании в качестве устройств опроса измерителей оптической мощности. В отличие от существующих спектральных измерительных комплексов, датчик обладает более низкими требованиями к условиям эксплуатации. Метод. Исследован чувствительный элемент на основе волоконного SMF-MMF-SMF перехода и индуцированной в данной структуре наклонной волоконной брэгговской решетки. Частота внешнего вибрационного воздействия на датчик определена с использованием преобразования фурье-сигнала, полученного с фотоприемного устройства. Основные результаты. Созданная в ходе исследования структура с индуцированной в ней наклонной волоконной брэгговской решеткой может быть использована в качестве чувствительного элемента волоконно-оптического датчика вибрации. Показано, что сенсор на основе разработанной чувствительной структуры способен определять частоту внешней вибрации в диапазоне 20–9000 Гц с точностью до 1%. Практическая значимость. Результаты исследований имеют существенное значение для систем мониторинга состояния конструкционных элементов зданий и сооружений. Реализация датчика вибрации в формате волоконно-оптического устройства позволяет преодолеть ограничения пьезоэлектрических сенсоров, обладая высокой помехозащищенностью и стойкостью к воздействию внешних сред.

Ключевые слова: волоконная брэгговская решетка, волоконно-оптический датчик, датчик вибрации, моды оболочки, преобразование Фурье

Благодарности. Работа выполнена в Университете ИТМО при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, название проекта «Создание производства волоконно-оптических гироскопов для контрольно-измерительных устройств и наземных транспортных систем», соглашение № 075-11-2019-026 от 27.11.2019.

Список литературы
  1. Cai L., PanJ., YueP., Zhong N. Theoretical analysis and application of MTM fiber structure based low-frequency vibration sensor // Optik. 2019. V. 195. P. 163161. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2019.163161
  2. An J., Liu T., Jin Y. Fiber optic vibration sensor based on the tilted fiber bragg grating // Advances in Materials Science and Engineering. 2013. V. 2013. P. 545013 https://doi.org/10.1155/2013/545013
  3. Regtien P., Dertien E. Sensors for Mechatronics. Elsevier, 2018. 379 p.  
  4. Kalange A.E., Gangal S.A. Piezoelectric sensor for human pulse detection // Defence Science Journal. 2007. V. 57. N 1. P. 109–114. https://doi.org/10.14429/dsj.57.1737
  5. Mohanty L., Yang Y., Tjin S.C. Passively conducted vibration sensing with fiber bragg gratings // Applied Sciences. 2018. V. 8. N 9. P. 1599. https://doi.org/10.3390/app8091599
  6. Pay R., Saurabh S., Srinivassan U., Srinivasan B. Fiber Bragg grating-based vibration sensing for machine prognostics // Proc. of the National Seminar & Exhibition on Non-Destructive Evaluation, NDE 2014, Pune, December 4-6, 2014 (NDE-India 2014).
  7. Li T.L., Tan Y.G., Zhou Z.D., Zheng K. A non-contact FBG vibration sensor with double differential temperature compensation // Optical Review. 2016. V. 23. N 1. P. 26–32. https://doi.org/10.1007/s10043-015-0153-y
  8. Luo B.B., Yang W.M., Hu X.Y., Lu H.Y., Shi S.H., Zhao M.F., Lu Y., Xie L., Sun Z.Y., Zhang L. Study on vibration sensing performance of an equal strength cantilever beam based on an excessively tilted fiber grating // Applied Optics. 2018. V. 57. N 9. P. 2128–2134. https://doi.org/10.1364/AO.57.002128
  9. Бурдышева О.В., Никулин И.Л. Амплитудный волоконно-оптический датчик вибрации // Фотоника. 2019.Т. 13.№ 1.С. 80–85.https://doi.org/10.22184/FRos.2019.13.1.80.85
  10. Липатников К.А., Сахабутдинов А.Ж., Нуреев И.И., Кузнецов А.А., Морозов О.Г., Феофилактов С.В.Волоконно-оптический датчик вибрации «Виб-А» // Инженерный вестник Дона.2018.№ 4.С. 26.
  11. https://doi.org/10.14429/dsj.57.1737Запись и визуализация волоконных решеток показателя преломления с наклонными штрихами // Оптика и спектроскопия. 2018. Т. 125. № 1. С. 51–56.https://doi.org/10.21883/OS.2018.07.46266.2-18
  12. Gribaev A.I., Pavlishin I.V., Stam A.M., Idrisov R.F., Varzhel S.V., Konnov K.A. Laboratory setup for fiber Bragg gratings inscription based on Talbot interferometer // Optical and Quantum Electronics. 2016. V. 48. N 12. P. 540. https://doi.org/10.1007/s11082-016-0816-3
  13. Михнева А.А., Грибаев А.И., Варжель С.В., Фролов Е.А., Новикова В.А., Коннов К.А.,Залесская Ю.К.Запись и исследование спектральных характеристик чирпированных волоконных решеток Брэгга // Оптический журнал. 2018. Т. 85. № 9. С. 12–16.https://doi.org/10.17586/1023-5086-2018-85-09-12-16
  14. Новикова В.А., Варжель С.В., Лосева Е.А., Дмитриев А.А. Экспериментальное исследование и моделирование волоконных брэгговских решеток с фазовым сдвигом // Оптический журнал.2021.Т. 88.№ 6.С. 36–44.https://doi.org/10.17586/1023-5086-2021-88-06-36-44
  15. Dmitriev A.A., Gribaev A.I., Varzhel S.V., Konnov K.A., Motorin E.A.High-performance fiber Bragg gratings arrays inscription method // Optical Fiber Technology. 2021. V. 63. P. 102508. https://doi.org/10.1016/j.yofte.2021.102508
  16. Идрисов Р.Ф., Грибаев А.И., Стам А.М., Варжель С.В., Сложеникина Ю.И., Коннов К.А. Запись суперпозиций волоконных решёток Брэгга с использованием интерферометра Тальбота // Оптический журнал.2017.Т. 84. № 10.С. 56–60.
  17. Ong K.S., Png W.H., Lin H.S., Pua C.H. Rahman F.A. Acoustic vibration sensor based on macro-bend coated fiber for pipeline leakage detection // Proc. of the 17th International Conference on Control, Automation and Systems (ICCAS 2017). 2017. P. 167–171. https://doi.org/10.23919/ICCAS.2017.8204436


Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Информация 2001-2022 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика