Una medición de desplazamiento aleatorio mediante la combinación de una escala magnética y dos rejillas de fibra

Los sensores basados en fibra óptica tienen grandes ventajas, como flexibilidad, multiplexación por división de longitud de onda, monitoreo remoto, resistencia a la corrosión y otras características. Por lo tanto, el sensor de desplazamiento de fibra óptica tiene amplias aplicaciones.

Para realizar mediciones de desplazamiento lineal dirigidas en entornos complejos, varias estructuras de la fibra óptica (por ejemplo, el interferómetro Michelson¹, el interferómetro de cavidad Fabry-Perot², la fibra Bragg rejilla³, el pérdida de flexión⁴) se han desarrollado en los últimos años. La pérdida de flexión requiere la fuente de luz en una estación estable y no es adecuada para la vibración ambiental. Qu et al. han diseñado un sensor de nanodesplazamiento de fibra óptica interferométrica basado en una fibra de plástico de doble núcleo con un extremo recubierto con un espejo de plata; tiene una resolución de 70 nm^5. Se propuso un sensor de desplazamiento simple basado en una estructura de fibra doblada de modo único-multimodo-modo único (SMS) para superar las limitaciones en la medición del rango de desplazamiento; aumentó la sensibilidad de desplazamiento tres veces con un rango de 0 a 520 m⁶. Lin et al. presentaron un sistema de sensor de desplazamiento que combina el FBG junto con un resorte; la potencia de salida es aproximadamente lineal con el desplazamiento de 110-140 mm⁷. Un sensor de desplazamiento Fabry-Perot de fibra tiene un rango de medición de 0-0,5 mm con una linealidad de 1,1% y una resolución de 3 m⁸. Zhou et al. informaron de un sensor de desplazamiento de amplio alcance basado en un interferómetro Fabry-Perot de fibra óptica para mediciones de subnanómetros, de hasta 0,084 nm en un rango dinámico de 3 mm^9. Se demostró un sensor de desplazamiento de fibra óptica basado en tecnología modulada de intensidad reflectante utilizando un colimador de fibra; esto tenía un rango de sensación de más de 30 cm¹⁰. Aunque las fibras ópticas se pueden fabricar en muchos tipos de sensores de desplazamiento, estos sensores basados en fibra generalmente hacen uso del límite de tracción del propio material, lo que limita su aplicación en mediciones de amplio alcance. Por lo tanto, los compromisos se hacen generalmente entre el rango de medición y la sensibilidad. Además, es difícil determinar el desplazamiento ya que varias variables se producen simultáneamente; especialmente, la sensibilidad cruzada de la tensión y la temperatura podría dañar la precisión experimental. Hay muchas técnicas de discriminación reportadas en la literatura, como el uso de dos estructuras de sensor diferentes, el uso de un solo FBG medio unido por diferentes pegamentos, o el uso de fibras ópticas especiales. Por lo tanto, el desarrollo posterior de sensores de desplazamiento de fibra óptica requiere alta sensibilidad, un tamaño pequeño, gran estabilidad, rango completo e independencia de temperatura.

Aquí, la estructura periódica de la escala magnética hace posible una medición de rango completo. Se logra un desplazamiento aleatorio sin un rango de medición limitado con una escala magnética. Combinado con dos FBG, se podrían resolver tanto la sensibilidad entre temperaturas cruzadas como la identificación de la dirección del movimiento. Varios pasos dentro de este método requieren precisión y atención al detalle. El protocolo de fabricación del sensor se describe en detalle como sigue.