Новости

Aug 25, 2023

Ориентация

Научные отчеты, том 12,

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 7849 (2022) Цитировать эту статью

788 Доступов

1 Цитаты

Подробности о метриках

Предложен и экспериментально продемонстрирован внутриволоконный инклинометр на основе интерферометра Майкельсона (МИ), который состоит из сращенного по смещению волокна с торцевым покрытием. Падающий свет, разделенный в месте несоосного сращивания, отражается от торцевого покрытия, а затем вновь попадает в сердцевину волокна. Из-за разности фаз между основной модой и модой \(m{\text{th}}\) оболочки формируется типичный ИМ. Волокно вблизи места несоосного сращивания вводится в две капиллярные кварцевые трубки. Наклон капиллярной кварцевой трубки приводит к значительной деформации и искривлению несоосно-сварного соединения, что приводит к изменению длины волны и интенсивности спектра МИ. Результаты экспериментов указывают на хороший отклик в диапазоне углов 0–50°. Реализованы как модуляция длины волны, так и модуляция интенсивности с чувствительностью 0,55 нм/град и 0,17 дБ/град соответственно. Более того, датчик демонстрирует сильную ориентационную зависимость из-за асимметричной структуры сращенного с перекосом соединения.

Датчики наклона (также известные как инклинометры) широко используются во многих приложениях, включая мониторинг состояния конструкций, прогнозирование оползней, геотехнические/гражданские измерения и распознавание жестов. В последние годы большой интерес вызывают волоконно-оптические инклинометры в связи с их уникальными преимуществами: компактными размерами, дистанционным контролем, нечувствительностью к горючим и взрывоопасным газам1,2 и т.д. Разработаны различные схемы волоконно-оптических инклинометров, которые в основном могут быть подразделяются на два типа: на основе решетки и на основе интерферометра3,4,5,6. Возьмем, к примеру, волоконную решетку Брэгга (ВБР). Предварительная обработка, такая как полировка и сужение, может передавать свет от сердцевины к оболочке, что делает ВБР чувствительной к изменению угла7,8,9. Однако предварительная обработка ослабляет механическую прочность волокна, и датчики обычно страдают от нестабильности. Более того, как наклонная волоконная брэгговская решетка (TFBG), так и длиннопериодная волоконная решетка (LPFG) являются типичными структурами для связи основной моды с модой оболочки, которые могут применяться в качестве инклинометров10,11,12. Однако характеристики чувствительности, основанные на спектре пропускания, ограничивают их применение там, где предпочтительнее использовать несимметричный зонд (например, приложения in vivo)13. Еще один тип волоконно-оптических устройств — волоконно-оптические интерферометры с отдельными интерференционными плечами, которые также чувствительны к наклону14. Например, плавленый конус используется для связи мод сердечника с оболочкой, в результате чего получается интерференционный спектр15. Поскольку коническая область мягкая и легко сгибается, было предложено множество инклинометров на основе плавленого конуса16,17,18. Недостатком этой конструкции является то, что сплавленный конус легко сломать, а диапазон измерения мал. Кроме того, для формирования интерферометра для измерения наклона сращиваются различные волокна с несовпадением поля моды сердцевины, такие как волокно с тонкой сердцевиной19, фотонно-кристаллическое волокно с полой сердцевиной20,21, многооболочное волокно22 и т. д. Этот тип датчика демонстрирует высокие Однако эти специальные волокна дороги, а производственный процесс сложен23.

В этой статье мы предлагаем и экспериментально демонстрируем инклинометр на основе интерферометра Майкельсона (МИ), используя простую конфигурацию: одномодовое волокно (SMF) со сращенным по смещению с торцевым покрытием. В отличие от описанных структур, сращенных с несоосностью, используемых для измерения кривизны24, изгиба25,26 и деформации, предлагаемый сенсорный зонд вставлен в две капиллярные кварцевые трубки рядом с соединением, сращенным с несоосностью. Наклон кварцевой трубки изменяет коэффициент связи между основной модой и модами оболочки, что приводит к сдвигу спектра отражения. Таким образом достигается высокочувствительное измерение наклона. Инклинометр демонстрирует высокую чувствительность 0,55 нм/град, что делает его хорошим кандидатом для измерения наклона.