<div>
	Волоконно-оптический амплитудный датчик направления и величины изгиба</div>

Дмитриев Андрей Анатольевич , Гребнев Кирилл Вадимович, Смирнов Даниил Сергеевич, Варжель Сергей Владимирович

doi:10.17586/2226-1494-2022-22-4-659-665

2022 , ТОМ 22, НОМЕР 4 ( июль-август )

ISSN 2226-1494 (print), ISSN 2500-0373 (online)

Меню

Публикации

Главный редактор

НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор

Партнеры

doi: 10.17586/2226-1494-2022-22-4-659-665

УДК 535.08

Волоконно-оптический амплитудный датчик направления и величины изгиба

Дмитриев А.А., Гребнев К.В., Смирнов Д.С., Варжель С.В.

Читать статью полностью

Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования:

Дмитриев А.А., Гребнев К.В., Смирнов Д.С., Варжель С.В. Волоконно-оптический амплитудный датчик направления и величины изгиба // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2022. Т. 22, № 4. С. 659–665. doi: 10.17586/2226-1494-2022-22-4-659-665

Аннотация

Предмет исследования. Предложен вариант реализации волоконно-оптического датчика направления и величины изгиба. В отличие от известных спектральных измерительных комплексов, рассматриваемое решение предполагает использование амплитудной методики опроса, позволяющей увеличить быстродействие сенсора, применив более простые и доступные компоненты. Метод. Исследован чувствительный элемент на основе специальных дифракционных структур, который состоит из пар чирпированных волоконных брэгговских решеток. Чувствительные элементы закреплены на оснастке в виде стального стержня, подверженного изгибному воздействию. Основные результаты. Продемонстрирована способность датчика определять величину и направление изгиба в диапазоне отклонения от 0 до 30 мм со среднеквадратичным отклонением измеренных значений от реальных в 0,536 мм. Данный результат измерений достигнут с помощью обработки данных, полученных с трех измерительных устройств, нейронной сетью, скрытый слой которой составил 10 нейронов, при этом функцией активации установлена сигмоида. Практическая значимость. Результаты исследований имеют существенное значение для современных систем мониторинга. Реализация датчика направления и величины изгиба в формате волоконно-оптического устройства способна преодолеть ограничения пьезоэлектрических сенсоров, благодаря высокой помехозащищенности и стойкости к воздействию внешних сред. Предложенное технологическое решение позволяет отойти от спектральной методики проведения измерений, получившей широкое распространение в волоконно-оптических сенсорных системах. Применение амплитудного датчика величины и направления изгиба дает возможность его использования в составе устройств, где существует необходимость в точном позиционировании управляющих элементов или структурных компонент, подвергаемых изгибному воздействию. Благодаря измерению воздействия при помощи оценки оптической мощности сигнала, конструкция датчика не предполагает наличие сложного измерительного устройства. Работоспособность сенсора может быть обеспечена при помощи каскада недорогих, но при этом высокоскоростных и долговечных фотоприемных устройств.

Ключевые слова: волоконная брэгговская решетка, волоконно-оптический датчик, датчик направления и величины изгиба

Благодарности. Работа выполнена при финансовой поддержке программы «Приоритет 2030».

Список литературы

Annamdas V.G.M. Review on developments in fiber optical sensors and applications // International Journal of Materials Engineering. 2011. V. 1. N 1. P. 1–16. https://doi.org/10.5923/j.ijme.20110101.01
Mihailov S.J. Fiber Bragg grating sensors for harsh environments // Sensors. 2012. V. 12. N 2. P. 1898–1918. https://doi.org/10.3390/s120201898
Kersey A.D., Davis M.A., Patrick H.J., LeBlanc M., Koo K.P., Askins C.G., Putnam M.A., Friebele E.J. Fiber grating sensors // Journal of Lightwave Technology. 1997. V. 15. N 8. P. 1442–1463. https://doi.org/10.1109/50.618377
Byron K.C., Sugden K., Bricheno T., Bennion I. Fabrication of chirped Bragg gratings in photosensitive fibre // Electronics Letters. 1993. V. 29. N 18. P. 1659–1660. https://doi.org/10.1049/el:19931104
Hill K.O., Bilodeau F., Malo B., Kitagawa T., Thériault S., Johnson D.C., Albert J., Takiguchi K. Chirped in-fiber Bragg gratings for compensation of optical-fiber dispersion // Optics Letters. 1994. V. 19. N 17. P. 1314–1316. https://doi.org/10.1364/OL.19.001314
Feng K.-M., Chai J.-X., Grubsky V., Starodubov D.S., Hayee M.I., Lee S., Jiang X., Willner A.E., Feinberg J. Dynamic dispersion compensation in a 10-Gb/s optical system using a novel voltage tuned nonlinearly chirped fiber Bragg grating // IEEE Photonics Technology Letters. 1999. V. 11. N 3. P. 373–375. https://doi.org/10.1109/68.748240
Markowski K., Jedrzejewski K., Marzecki M., Osuch T. Linearly chirped tapered fiber-Bragg-grating-based Fabry–Perot cavity and its application in simultaneous strain and temperature measurement // Optics Letters. 2017. V. 42. N 7. P. 1464–1467. https://doi.org/10.1364/OL.42.001464
Wei P., Lang H., Liu T., Xia D. Detonation velocity measurement with chirped fiber Bragg grating // Sensors. 2017. V. 17. N 11. P. 2552. https://doi.org/10.3390/s17112552
Lemaire P.J., Atkins R.M., Mizrahi V., Reed W.A. High pressure H₂ loading as a technique for achieving ultrahigh UV photosensitivity and thermal sensitivity in GeO₂ doped optical fibres // Electronics Letters. 1993. V. 29. N 13. P. 1191–1193. https://doi.org/10.1049/el:19930796
Varzhel’ S.V., Mun’ko A.S., Konnov K.A., Gribaev A.I., Kulikov A.V. Recording Bragg gratings in hydrogenated birefringent optical fiber with elliptical stress cladding // Journal of Optical Technology. 2016. V. 83. N 10. P. 638–641. https://doi.org/10.1364/JOT.83.000638
Mikhneva A.A., Gribaev A.I., Varzhel’ S.V., Frolov E.A., Novikova V.A., Konnov K.A., Zalesskaya Y.K. Inscription and investigation of the spectral characteristics of chirped fiber Bragg gratings // Journal of Optical Technology. 2018. V. 85. N 9. P. 531–534. https://doi.org/10.1364/JOT.85.000531
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
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
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. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2021-21-6-801–807
Новикова В.А., Варжель С.В., Лосева Е.А., Дмитриев А.А. Экспериментальное исследование и моделирование волоконных брэгговских решёток с фазовым сдвигом // Оптический журнал. 2021. Т. 88. № 6. С. 36–44. https://doi.org/10.17586/1023-5086-2021-88-06-36-44
Idrisov R.F., Gribaev A.I., Stam A.M., Varzhel’ S.V., Slozhenikina Yu.I., Konnov K.A. Inscription of superimposed fiber Bragg gratings using a Talbot interferometer // Journal of Optical Technology. 2017. V. 84. N 10. P. 694–697. https://doi.org/10.1364/JOT.84.000694
Dmitriev A.A., Varzhel S.V., Grebnev K.V., Anokhina E.V. Strain gauge based on n-pairs of chirped fiber Bragg gratings // Optical Fiber Technology. 2022. V. 70. P. 102893. https://doi.org/10.1016/j.yofte.2022.102893

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License