طراحي و بهينه سازي حسگر ارتعاش توري براگ تار نوري با پايداري حرارتي

Design and optimization of a fiber Bragg grating vibration sensor based on matching demodulation method

نياز به حسگرهايي با حساسيت بالا در اندازه گيري ارتعاشات، امواج صوتي، نظارت بر سلامت سازه ها و مواردي از اين دست، لزومي است بر تحقيق و طراحي دقيق حسگرهاي توري براگ تار نوري كه برخوردار از برتريهاي حائز اهميتي هستند. در اين تحقيق، يك حسگر ارتعاش توري براگ تار نوري بر اساس روش توري براگهاي جفت شده، طراحي و بهينه سازي خواهد شد. اين روش توانايي پاسخدهي به محدوده فركانسي بالايي را داشته و از حساسيت، سطح سيگنال به نويز و ناحيه پويايي مناسبي برخوردار خواهد بود. در اين مقاله، تنظيم حساسيت و خطاي وارد از تغيير طول موج براگ دو توري از حالت بهينه، مشخصه سازي شده و ناحيه خطي عملكرد حسگر و چگونگي تنظيم آن مورد بحث و بررسي قرار خواهد گرفت. از آنجا كه تغيير طول موج نور بازتاب يافته از توري براگ تار نوري نه تنها با اعمال كرنش بلكه در مواجهه با تغييرات دمايي محيط نيز رخ خواهد داد؛ اغلب نياز به پايدارسازي حرارتي اين حسگر بوده و با توجه به اين مهم، روش طراحي شده و بهينه سازي شده در اين تحقيق نيز برخوردار از جبران حرارتي خواهد بود.

In this paper, a simple interrogation method will be demonstrated based on matched fiber Bragg gratings to measure vibration even in high frequency range. This sensor will be optimized to access high sensitivity and high dynamic range. The reflected Bragg wavelength from FBG shifts not only by vibration and strain but also by the temperature changes. Therefore it is often necessary to stabilize the sensor performance against the environmental temperature changes. The proposed method in this paper has such stabilization and its design, optimization and performance will be discussed in details.