سنسور اندازه‌گیری خمش مبتنی بر توری براگ فیبری بر اساس مدهایTE/TM

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، واحد مبارکه، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران

چکیده

با ظهور فیبرنوری و ارزان شدن قطعات مربوطه، گرایش به سمت استفاده از سنسورهای فیبرنوری به وجود آمد. خمیدگی یکی از پارامترهای مطلوب است که با اندازه‌گیری آن توسط سنسورهای فیبرنوری می‌توان حالت سیستم‌های مکانیکی را تعیین کرد. چون سنسورهای خمش مبتنی بر فیبر نوری و به خصوص توری براگ فیبری، فارغ از بسیاری از مشکلات سنسورهای مقاومتی می‌باشد، تحقیقات به سمت این نوع سنسورها رفته است. لیکن افزایش دقت چالش مهم تحقیقات پیش رو است. در این مقاله، هدف شبیه‌سازی یک نمونه از این سنسورها است به طوری که تا حد ممکن دقت اندازه‌گیری افزایش یابد. در این راستا با شبیه‌سازی و بررسی خمیدگی توری براگ فیبری، تغییرات مشخصه انعکاسی و انتقالی آن نسبت به خمش در مدهای TE و TM رصد می‌گردد. برای این منظور با بدست آوردن تعداد قله‌های تشدید و فاصله بین آن‌ها در مدهای TE و TM، می‌توان شعاع انحنای خمش در فیبرنوری را تعیین کرد. این روش نسبت به روش‌های قبلی که با اندازه‌گیری طول موج برگشتی، مقدار خمش را اندازه‌گیری کرده‌اند، دقت بهتری دارد. زیرا تغییرات تعداد قله‌های تشدید و فاصله بین آن‌ها به ازای تغییرات خمش ثابت، بیشتر از تغییرات طول موج برگشتی در توری براگ فیبری است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Improved Fiber Bragg Grating Bending-Sensor Using TE/TM Modes

نویسندگان [English]

  • Saman Jafari
  • Aida Esmaeilian-Marnani
Department of Electrical & Computer Engineering, Islamic Azad University,Mobarakeh Branch, Isfahan, Iran
چکیده [English]

After the advent of optical fibers and cheap respective parts, using fiber optic sensors flourished. Bending is one of the significant parameters by measuring which, using optical fiber sensors, mechanical system mode can be set. Advantages of the fiber optic sensors, especially fiber Bragg grating sensors, that are free from many of resistive sensor problems, attracted researchers to focus on bending sensors based on optical fibers. However, uncertainty is still a major challenge for developing such sensors. In this article, one fiber optic bending sensor is simulated attempting to increase accuracy. First, bending in fiber Bragg grating is simulated, observing characteristic changes of reflection and transmission in TE and TM modes according to bending. Then, the number of resonance peaks and related distance, in TE and TM modes, is employed to determine the radius of curvature. This method in comparison to previous methods based on the return wavelength measurement, is more accurate. Because the number of resonance peak and related distance changes versus bending changes is more than those of return wavelength changes.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fiber Bragg Grating Sensor
  • Bending Sensor
  • Bragg Condition
  • Coupling

[1]       A. Rostami, A. Taghipour, M. Bahrami, H. Baghban, H. Rasooli, M. Dolatyari, F. Janabi-Sharifi, X. Gu, “Grating-based fiber bending sensors with wide bending range”, Proceeding of the IEEE/ISOT, Paris, France, Jan. 2013.

[2]      H. J. Patrick, C.C. Chang, S.T. Vohra, “Long-period fiber gratings for structure bend sensing”, Electronics Letters, Vol. 34, No. 18, pp.1773–1775, Sep. 1998.

[3]      C.-S. Chua, H. Guan, and Y.-K. Ho, “Model-based 3D hand posture estimation from a single 2D image”, Image and Vision Computing, Vol. 20, No. 3, pp. 191–202, March 2002.

[4]      C. A. Perez-Ramirez , D.L. Almanza-Ojeda, J.N. Guerrero-Tavares, F.J. Mendoza-Galindo, J.M. Estudillo-Ayala, M.A. Ibarra-Manzano, “An Architecture for Measuring Joint Angles Using a Long Period Fiber Grating-Based Sensor”, IEEE Trans. on Systems, Man, and Cybernetics, Vol. 38, pp. 563–584, Sep. 2014.

[5]      A. Yariv, P. Yeh, Photonics: Optical elctronics in modern communications,  6d Edition, Oxford University Press, New York, 2007.

[6]      B.E. A. Saleh, M.C. Teich, Fundamentals of photonics, 2d Edition, John Wiley and Sons Inc., Hoboken, New Jersey, 2007.

[7]      L. Dipietro, A.M. Sabatini, P. Dario, “A survey of glove-based systems and their applications”, IEEE Trans. on Systems, Man, and Cybernetics, Vol.38, Vol. 4, pp. 461–482, July 2008.

[8]      A. Sakai, G. Hara, T. Baba, "Sharply bent optical waveguide on silicon-on-insulator substrate", Proceedings of the Physics and Simulation of Optoelectronic Devices, July 2001.

[9]      X. Dong, H. Zhang, B. Liu, and Y. Miao, “Tilted fiber bragg gratings: Principle and sensing applications”, Photonic Sensors, Vol. 1, No. 1, pp. 6–30, March 2011.

[10]      L. Dipietro, A. M. Sabatini, P. Dario, “A survey of glovebased systems and their applications”, IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, Part C (Applications and Reviews),Vol. 38, No. 4, pp. 461–482, July 2008.

L. Zhang, Y. Liu, J. A. R. Williams and I. Bennion, "Enhanced FBG strain sensing multiplexing capacity using combination of intensity and wavelength dual-coding technique", IEEE Photonics TechnologyLetters, Vol. 11, No. 12, pp. 1638-1640, Dec. 1999.