CC BY
0Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Farg'ona filiali "Al-Farg'oniy avlodlari" elektron ilmiy jurnali ISSN 2181-4252 Tom: 1 | Son: 4 | 2023-yil
"Descendants of Al-Farghani" electronic scientific journal of Fergana branch of TATU named after Muhammad al-Khorazmi. ISSN 2181-4252 Vol: 1 | Iss: 4 | 2023 year
Электронный научный журнал "Потомки Аль-Фаргани" Ферганского филиала ТАТУ имени Мухаммада аль-Хоразми ISSN 2181-4252 Том: 1 | Выпуск: 4 | 2023 год
ПОЛНОСТЬЮ ВОЛОКОННЫЙ СЕНСОР, ОСНОВАННЫЙ НА КОНСТРУКЦИИ ИЗ МАЛОМОДОВОГО ВОЛОКОННОГО СМЕЩЕНИЯ С КАСКАДНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ
ВОЛОКОННОЙ РЕШЕТКИ С БОЛЬШИМ ИНТЕРВАЛОМ, ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИСКРИВЛЕНИЯ И ПРОВЕДЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ
Тажибаев Илхом Бахтиёрович,
Ферганский филиал Ташкентского университета информационных технологий имени Мухаммада аль-Хорезми ассистент кафедры «Телекоммуникационный
инжиниринг» konars6989@gmail.com
Аннотация. Для измерения кривизны и акустического сигнала предложен и продемонстрирован полностью волоконный датчик на основе одномодовой, маломодовой, одномодовой структуры офсетного сращивания волокон, соединенной каскадом с длиннопериодной волоконной решеткой. Мода высокого порядка создается в маломодовом волокне структурой сращивания со смещением и соединяется с ДПВР, что приводит к разделению на два провала полосы затухания ДПВР, которые более чувствительны к изменению внешней среды. Результаты эксперимента по измерению кривизны показывают, что интенсивность двух резонансных провалов имеет линейную реакцию на кривизну в диапазоне 0,124-0,304 м.-1, а чувствительность составляет около 93,01 дБ/м.-1, что на порядок выше, чем у родственных датчиков кривизны, продемонстрированных ранее другими исследователями. Основанный на механизме измерения кривизны датчик также продемонстрировал возможности акустических измерений в диапазоне 110-230 Гц. Датчик показывает чувствительность около 15 мВ/Па на частоте 110 Гц и 4,5 мВ/ Па на других частотах. Высокая чувствительность и простота изготовления делают его предпочтительным кандидатом для измерения кривизны и акустического зондирования в области мониторинга состояния конструкций.
I Ключевые слова: Маломодовое волокно, ВБР решетка с длительным периодом. Офсетное сращивание. Кривизна акустический. Проблема передачи
Введение. В последние годы все больше внимания привлекают исследования
чувствительных характеристик длиннопериодных волоконных решеток (ДВВР). В отличие от обратного отражения волоконной брэгговской решетки (ВБР), ДПВР представляет собой решетку пропускающего типа, которая может связывать основную моду сердцевины, распространяющуюся вперед, с модами оболочки и таким образом, приводит к полосе затухания в спектре передачи.
Благодаря этому достоинству нет необходимости использовать изолятор в устройстве волоконного датчика. LPFG широко используется для измерения различных параметров, таких как температура, кривизна, деформация и показатель преломления. Из-за резонансного падения ДПВР исследователи
проделали большую работу по одновременному измерению путем объединения ДПВР с интерферометром. Кривизна является важным физическим параметром в промышленном строительстве и мониторинге состояния конструкций. Основанные на демодуляции интенсивности, многие схемы датчиков ориентированы на методы сращивания различных типов волокон. Волокно, поддерживающее поляризацию (РМР) между двумя секциями одномодового волокна ^МР), предложенное имеет чувствительность -0,882 дБ/м-1с диапазоном кривизны от 0,1 до 0,35м-1. предложил изогнутую структуру путем сращивания участка многомодового волокна (ММР) с ВБР, но чувствительность также низкая. Датчик изгиба для измерения интенсивности на основе периодически
222
Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Farg'ona filiali "Al-Farg'oniy avlodlari" elektron ilmiy jurnali ISSN 2181-4252 Tom: 1 | Son: 4 | 2023-yil
"Descendants of Al-Farghani" electronic scientific journal of Fergana branch of TATU named after Muhammad al-Khorazmi. ISSN 2181-4252 Vol: 1 | Iss: 4 | 2023 year
Электронный научный журнал "Потомки Аль-Фаргани" Ферганского филиала ТАТУ имени Мухаммада аль-Хоразми ISSN 2181-4252 Том: 1 | Выпуск: 4 | 2023 год
сужающегося мягкого стекловолокна представлен и имеет высокую чувствительность -27,755цВт/м-1(15.57 дБ/м-1).
Наряду с определением кривизны акустические измерения также играют важную роль во многих областях, таких как прогноз землетрясений, мониторинг состояния
конструкций и гидрофоны. Традиционные акустические датчики, основанные на таких технологиях, как MEMS или ЦТС имеют ограничения сложного и дорогого изготовления, восприимчивости к помехам и т. д. Следовательно, акустические датчики на основе оптоволокна вызвали большой интерес благодаря преимуществам небольшого размера, легкого веса, невосприимчивости к электромагнитным помехам и способности распределенного зондирования.
Основываясь на волоконной технологии, исследователи предложили различные типы волоконно-акустических датчиков, таких как ВБР, полость FP, МЗИ и ответвитель многомодового волокна.
В этой статье мы сообщаем о датчике кривизны и акустическом восприятии, основанном на структуре офсетного соединения одномодового, маломодового и одномодового волокна каскадом с длиннопериодной волоконной решеткой и анализировать спектральные характеристики и механизм восприятия. Чтобы демодулировать кривизну, используется демодуляция
интенсивности для измерения изменения мощности оптической передачи определенной длины волны. Интенсивность провала передачи ДПВР увеличивается линейно, чувствительность достигает 93,01 дБ/м.-1в диапазоне кривизны от 0,124 до 0,304м-1, а чувствительность улучшается на порядок по сравнению с родственными датчиками. Основываясь на измерении кривизны, мы применяем предложенный датчик для акустических измерений, разрабатывая
преобразователь, который может преобразовывать акустический сигнал в вибрацию ДПВР, таким образом периодически модулируя кривизну. Другими словами, мы можем рассматривать акустические измерения предлагаемого датчика как определение динамической кривизны. Измеряются акустические сигналы в диапазоне частот 110-230 Гц. Резонансная частота датчика
составляет около 110 Гц с чувствительностью около 15 мВ/Па. На других измеренных частотах чувствительность составляет около 4,5 мВ/Па. Обладая преимуществами высокой
чувствительности, низкой стоимости и простоты изготовления, предлагаемый датчик кривизны имеет потенциальные применения в области мониторинга состояния конструкций.
Принцип работы и демодуляция механизм
Структура сращивания со смещением Маломодовое волокно (РМР) — это особый тип многомодового волокна, и только несколько мод передают по РМР одновременно. Путем сращивания с небольшим боковым смещением, LP01режим и LP02 мода может быть вдохновлена в маломодовом волокне. Из-за разных постоянных распространения разность фаз между двумя модами будет возникать после того, как они пройдут через РМБ, как выражено в уравнении. (1):
В уравнении Нэфф 1а также нэфф2 представляют собой эффективный показатель преломления LP01режим и LP02режим соответственно. Свободный спектральный диапазон (РБЯ) выражается следующим образом:
рисунок интенсивности
модуляции
223
Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Farg'ona filiali "Al-Farg'oniy avlodlari" elektron ilmiy jurnali ISSN 2181-4252 Tom: 1 | Son: 4 | 2023-yil
"Descendants of Al-Farghani" electronic scientific journal of Fergana branch of TATU named after Muhammad al-Khorazmi. ISSN 2181-4252 Vol: 1 | Iss: 4 | 2023 year
Электронный научный журнал "Потомки Аль-Фаргани" Ферганского филиала ТАТУ имени Мухаммада аль-Хоразми ISSN 2181-4252 Том: 1 | Выпуск: 4 | 2023 год
Энергию основной моды можно ослабить, контролируя степень рассогласования между РМР и SMF и делая энергию мод оболочки высокого порядка близкой к основной моде, таким образом получая хороший контраст интермодальной интерференции. Чтобы выбрать правильное значение поперечного смещения, были проведены эксперименты по измерению интерференционного спектра конструкции SFS с различными значениями смещения, и результат указывает на правильное значение смещения около 8цм, когда спектр имеет наибольшую контрастность Когда свет распространяется через смещенную структуру сплайсинга, мода высокого порядка будет возбуждаться, а затем соединяться с ДПВР, что приводит к разделению на два провала полосы затухания ДПВР, которые более чувствительны к изменению внешней среды. На основе одного из разделенных провалов (1524 нм) в этой статье изготавливается головка датчика и обсуждаются ее чувствительные характеристики.
Метод демодуляции интенсивности
Демодуляция интенсивности является распространенным методом демодуляции оптической мощности в поле восприятия (когда вводится LPFG). Интенсивность провала передачи будет меняться в зависимости от внешней среды. Используя лазерный источник с узкой полосой пропускания, можно напрямую обнаружить изменение мощности оптической передачи на определенной длине волны, как показано на рис.1. Затем можно демодулировать внешние параметры и измерить некоторые динамические параметры, такие как вибрация и акустические сигналы. Демодуляция интенсивности имеет преимущества простой структуры, низкой стоимости, быстрой реакции сигнала и гибкой конструкции.
Изготовление датчика и установка эксперимента
Экспериментальная установка для измерения кривизны и акустического зондирования показана на рис.2а такжеЗ. Установка для двух экспериментов основана на каскаде LPFG со смещенной структурой сплайсинга SFS. Принципиальная схема офсетного сращивания
Рис. 2 Экспериментальная установка для измерения кривизны
Рис. 3 Экспериментальная установка для акустического зондирования
Рис. 4 Структура офсетного сращивания
Структура офсетного сращивания состоит из участка маломодового волокна между двумя отрезками одномодового волокна структура изображена на рис.4. Диаметр сердечника FMF 17 цм, предоставленный YOFC. Структура офсетного сращивания была изготовлена с помощью сварочного аппарата (Fujikura, FSM-60s), а степень смещения между FMF и SMF выбрана равной 8..5цм.
Рисунок 2 показывает установку эксперимента для измерения кривизны. Когда свет от источника спонтанного излучения усилителя (ASE) распространяется через смещенную структуру сплайсинга, мода высокого порядка будет инспирирована и затем связана с LPFG. Передаваемый спектр можно наблюдать непосредственно на оптическом анализаторе спектра (OSA). При небольшом перемещении правого трансляционного столика
длиннопериодная решетка будет изгибаться по различным кривизнам, и можно будет получить изменение интенсивности пропускания на 1524 нм.
Длина волны затухания передачи ДПВР составляет 1549 нм, а период — 625цм. При каскадировании LPFG с маломодовым волокном
224
Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Farg'ona filiali "Al-Farg'oniy avlodlari" elektron ilmiy jurnali ISSN 2181-4252 Tom: 1 | Son: 4 | 2023-yil
"Descendants of Al-Farghani" electronic scientific journal of Fergana branch of TATU named after Muhammad al-Khorazmi. ISSN 2181-4252 Vol: 1 | Iss: 4 | 2023 year
Электронный научный журнал "Потомки Аль-Фаргани" Ферганского филиала ТАТУ имени Мухаммада аль-Хоразми ISSN 2181-4252 Том: 1 | Выпуск: 4 | 2023 год
спектр передачи показан на рис.5а кривизна отклика конструкции показана на рис.7. Можно видеть, что когда LPG изгибается, два резонансных провала (1524 и 1620 нм) испытывают изменение интенсивности, что указывает на то, что эти два провала создаются LPG, поэтому провал разделяется на два на 1524 и 1620 нм соответственно. Другие провалы возникают из-за модовых помех, вносимых структурой SFS.
Принципиальная схема конструкции акустического датчика показана на рисунок 3. LPFG фиксируется на платформе перемещения, чтобы держать LPFG прямо. Когда ДПВР держится прямо на этапе трансляции, ее можно рассматривать как упругую струну, и она может вибрировать вместе с акустическими сигналами на некоторых определенных резонансных частотах.4], тем самым модулируя кривизну LPFG. Иными словами, акустическая чувствительность
1500 1530 1560 1590 \Л/ауе1епд1И(пт)
Рис. 5 Спектры пропускания структуры офсетного сращивания с длиннопериодной волоконной решеткой
Эксперимент равен измерению
динамической кривизны. В отличие от измерения кривизны, в качестве источника света датчика используется перестраиваемый лазерный источник
Соответственно, для динамической демодуляции сигнала используется фотодетектор (ФД), о котором шла речь в предыдущей части текста. Для достижения высокой чувствительности длина волны на выходе ДУС настроена на 1524 нм, т. е. на резонансный провал ДПВР.
Результаты. В этой статье предлагается структура офсетного сращивания одномодового, маломодового и одномодового волокна,
соединенная каскадом с длиннопериодной оптоволоконной решеткой, и исследуются ее спектральные характеристики и свойства восприятия кривизны и акустических сигналов. На основе демодуляции интенсивности можно достичь динамического измерения изменения кривизны, а чувствительность может достигать 93,01 дБ/м.-1при кривизне от 0,124 до 0,304 м-1. По сравнению с родственными датчиками чувствительность предлагаемого датчика улучшена на порядок, что имеет потенциальные применения в области мониторинга состояния конструкций. Основанный на механизме измерения кривизны, датчик также продемонстрировал возможности акустических измерений в диапазоне 110-230 Гц.
Чувствительность составляет около 15 мВ/Па на частоте 110 Гц и 4,5 мВ/ Па на других частотах, поэтому датчик также подходит для акустических измерений.
Литература
1. Hochreiner, H., Cada, M., Wentzell, PD: Моделирование реакции длиннопериодной волоконной решетки на изменение показателя преломления окружающей среды в приложениях для химических датчиков. Дж. Технология световых волн. 26(13), 1986-1992 (2008)
2. Танака, С., Вада, А., Такахаши, Н.: Высокочувствительная работа датчика вибрации сжиженного нефтяного газа с использованием спектрального изменения, вызванного изгибом. В: 21-я Международная конференция по волоконно-оптическим датчикам (OFS21). Международное общество оптики и фотоники (2011 г.)
3. Yang, Y., Gu, Z.: Свойства одновременного измерения температуры и изгиба каскадных решеток с длинным и коротким периодом. заявл. Опц. 53(2), 165-173 (2014).
4. Yang, Y., Gu, Z.: Свойства одновременного измерения температуры и изгиба каскадных решеток с длинным и коротким периодом. заявл. Опц. 53(2), 165-173 (2014).
5. Бхатиа, В., Венгсаркар, А. М.: Оптоволоконные датчики с длиннопериодной решеткой. Опц. лат.21(9), 692-694 (1996).
225
