Misurazione a spostamento casuale combinando una scala magnetica e due griglie in fibra Bragg

I sensori ottici a base di fibra presentano grandi vantaggi, come flessibilità, multiplexing di divisione della lunghezza d’onda, monitoraggio remoto, resistenza alla corrosione e altre caratteristiche. Pertanto, il sensore di spostamento della fibra ottica ha ampie applicazioni.

Per realizzare misurazioni mirate di spostamento lineare in ambienti complessi, varie strutture della fibra ottica (ad esempio, l’interferometro Michelson¹, l’interferometro della cavità Fabry-Perot², la griglia in fibra Bragg³, il negli ultimi anni sono state sviluppate perdite di flessione^4). La perdita di piegatura richiede la sorgente luminosa in una stazione stabile ed è inadatta per le vibrazioni ambientali. Qu et al. hanno progettato un sensore nanodisplacement in fibra ottica interferometrica basato su una fibra a doppio nucleo in plastica con un’estremità rivestita con uno specchio d’argento; ha una risoluzione di 70 nm⁵. Un semplice sensore di spostamento basato su una struttura in fibra a modalità singola-multimode-mode (SMS) piegata è stato proposto per superare i limiti sulla misurazione della gamma di spostamento; ha aumentato la sensibilità di spostamento triplicato con un intervallo da 0 a 520 m⁶. Lin et al. ha presentato un sistema di sensori di spostamento che combina l’FBG con una molla; la potenza di uscita è approssimativamente lineare con la cilindrata di 110-140 mm⁷. Un sensore di spostamento Fabry-Perot in fibra ha un intervallo di misura di 0-0,5 mm con una linearità dell’1,1% e una risoluzione di 3 m⁸. Un sensore di spostamento ad ampio raggio basato su un interferometro Fabry-Perot in fibra ottica per le misurazioni dei subnanometri, fino a 0,084 nm su un intervallo dinamico di 3 mm⁹. Un sensore di spostamento in fibra ottica basato sulla tecnologia modulata di intensità riflettente è stato dimostrato utilizzando un collimatore a fibra; questo aveva una gamma di rilevamento superiore a 30 cm¹⁰. Anche se le fibre ottiche possono essere fabbricate in molti tipi di sensori di spostamento, questi sensori basati su fibre generalmente fanno uso del limite di tensile del materiale stesso, che limita la loro applicazione nelle misurazioni a grande raggio. Pertanto, di solito vengono fatti compromessi tra l’intervallo di misurazione e la sensibilità. Inoltre, è difficile determinare lo spostamento poiché varie variabili si verificano contemporaneamente; in particolare, la sensibilità incrociata della tensione e della temperatura potrebbe danneggiare la precisione sperimentale. Ci sono molte tecniche di discriminazione riportate in letteratura, come l’utilizzo di due diverse strutture di rilevamento, utilizzando un singolo FBG mezzo legato da colla diverse, o utilizzando speciali fibre ottiche. Pertanto, l’ulteriore sviluppo dei sensori di spostamento della fibra ottica richiede un’elevata sensibilità, una piccola dimensione, grande stabilità, gamma completa e indipendenza della temperatura.

In questo caso, la struttura periodica della scala magnetica rende possibile una misurazione a tutta gamma. Si ottiene uno spostamento casuale senza un intervallo di misurazione limitato con una scala magnetica. In combinazione con due FBG, sia la sensibilità alla temperatura che l’identificazione per la direzione di movimento potrebbero essere risolti. Vari passaggi all’interno di questo metodo richiedono precisione e attenzione ai dettagli. Il protocollo di fabbricazione del sensore è descritto in dettaglio come segue.