شماره 53-زمستان 1397
شماره 54- بهار 1398
فهرست

طراحی و بهینه¬سازی نانو حسگرهای دما و کرنش توری براگ فیبری با استفاده از ناخالصی BaO و فیبرهای پلیمری

نشریه: زمستان 1398 - مقاله 4   صفحات :   تا 



مولفین:
مهدی طاهرپور انارکی: دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد - دانشکده برق
زهرا اعلائی: دانشگاه آزاد اسلامی - دانشکده مهندسی برق


چکیده مقاله:

در این مقاله به طراحی نانوحسگرهای دما و کرنش با استفاده از توری¬های براگ فیبری پرداخته¬ایم. طول¬موج¬های براگ برای حسگرهای دما و کرنش به ترتیب 1555 و 1549 نانومتر در نظر گرفته شده است. با استفاده از ناخالصی باریوم و تزریق آن به هسته¬ی فیبر سیلیکا و همچنین با استفاده از فیبر پلیمری متیل متاکریلات به طراحی حسگرهای کرنش و دما پرداخته شده است. تغییرات دما در حسگرهای توری براگ باعث تغییر عمق مدولاسیون ضریب شکست شده و در نتیجه تغییر طول موج براگ می¬گردد. در نتیجه با استفاده از فیبر پلیمری و تزریق ناخالصی از جمله بنزوفنون به هسته فیبر پلیمری، پارامترهای حرارتی - اپتیکی افزایش یافته و در نتیجه حساسیت دمایی حسگر طراحی شده به شدت ارتقاء می¬یابد. حساسیت به دست آمده برای حسگر دمایی با استفاده از فیبر پلیمری -0.3223nm/°C به دست آمده است. همچنین تغییرات کرنش در توری¬های براگ علاوه بر تغییر عمق مدولاسیون ضریب شکست، باعث تغییر در دوره تناوب توری نیز می¬شود. با تزریق ناخالصی باریوم به هسته فیبر سیلیکا، پارامترهای کرنش - اپتیکی زیاد شد و با توجه به رابطه کرنش با تغییرات طول¬موج براگ، حساسیت کرنش حسگر طراحی شده دچار افزایش می¬شود. حساسیت به دست آمده برای حسگر کرنش طراحی شده 0.0019nm/µ به دست آمد. همچنین با توجه به انتخاب مناسب پارامترهای توری، شدت بازتاب در طول¬موج براگ حسگرهای طراحی شده تقریباً برابر صد در صد است و شدت انتقال توری در طول¬موج براگ کاهش یافته است که در نتیجه کاهش این شدت، اتلاف حسگرهای طراحی شده به طرز قابل قبولی کاهش یافته است.


Article's English abstract:

In this paper, we design the temperature and strain nanosensors using fiber Bragg gratings. Bragg wavelengths for temperature and strain nanosensors are 1555 and 1549 nm, respectively. The design of strain and temperature nanosensors has been investigated by using barium impurity and its injection into silica fiber core as well as by using methyl methacrylate polymer fiber. Temperature changes in the Bragg grating nanosensors change the modulation depth of the refractive index and consequently change the Bragg wavelength. As a result, by using polymer fiber and impurity injection such as benzophenone into the polymer fiber core, the thermo-optical parameters are increased and as a result the temperature sensitivity of the designed nanosensor is greatly enhanced. The sensitivity obtained for the temperature nanosensor was obtained using polymer fiber -0.3223nm /°C. Also, strain changes in Bragg gratings in addition to changing the depth of refractive index modulation also cause changes in the periodicity of gratings. By injecting barium impurities into the silica fiber core, the strain-optical parameters were increased and due to the strain relationship with the Bragg wavelength variations, the strain sensitivity of the designed nanosensor increased. The sensitivity obtained for the designed strain nanosensor was 0.0019nm/μ. Also, due to the proper selection of grating parameters, the reflectance intensity at the Bragg wavelength of the designed nanosensors is approximately 100, and the transmission intensity at the Bragg wavelength is reduced, thereby reducing the intensity, losses of the designed nanosensors, significantly Acceptance has declined.


کلید واژگان:
ناخالصی باریوم، حسگرهای توری براگ، حساسیت دمایی و کرنش، تلفات، طول¬موج براگ.

English Keywords:
Barium impurities, Bragg grating nanosensors, Temperature and strain sensitivity, Losses, Bragg wavelength.

منابع:
[1] R. Kashyap, Fiber bragg gratings. Academic press, 2009. [2] V. G. M. Annamdas, Y. Yang, and H. Liu, "Current developments in fiber Bragg grating sensors and their applications," in Sensors and Smart Structures Technologies for Civil, Mechanical, and Aerospace Systems 2008, 2008, vol. 6932, p. 69320D: International Society for Optics and Photonics. [3] K. K. K. Annamdas and V. G. M. Annamdas, "Review on developments in fiber optical sensors and applications," in Fiber Optic Sensors and Applications VII, 2010, vol. 7677, p. 76770R: International Society for Optics and Photonics. [4] S. Sumitro, M. Tominaga, and Y. Kato, "Monitoring based maintenance for long span bridges," in First International Conference on Bridge Maintenance, Safety and Management, IABMAS, 2002, pp. 14-17. [5] F. Felli, A. Paolozzi, C. Vendittozzi, C. Paris, and H. Asanuma, "Use of FBG sensors for health monitoring of pipelines," in Sensors and Smart Structures Technologies for Civil, Mechanical, and Aerospace Systems 2016, 2016, vol. 9803, p. 98031L: International Society for Optics and Photonics. [6] G. Rajan, Optical fiber sensors: advanced techniques and applications. CRC press, 2015. [7] Y.-J. J. M. s. Rao and technology, "In-fibre Bragg grating sensors," vol. 8, no. 4, p. 355, 1997. [8] Y. Huang, Z. Zhou, Y. Zhang, G. Chen, H. J. I. T. o. I. Xiao, and Measurement, "A temperature self-compensated LPFG sensor for large strain measurements at high temperature," vol. 59, no. 11, pp. 2997-3004, 2010. [9] H. Yu, Y. Wang, J. Ma, Z. Zheng, Z. Luo, and Y. J. S. Zheng, "Fabry-Perot interferometric high-temperature sensing up to 1200° C based on a silica glass photonic crystal fiber," vol. 18, no. 1, p. 273, 2018. [10] Y. Zhang, D. Rong, L. Zhu, M. Dong, and F. J. C. O. L. Luo, "Regenerated fiber Bragg grating for fiber laser sensing at high temperatures," vol. 16, no. 4, p. 040606, 2018. [11] R. Xing, C. Dong, Z. Wang, Y. Wu, Y. Yang, and S. Jian, "Simultaneous strain and temperature sensor based on polarization maintaining fiber and multimode fiber," Optics

English References:
[1] R. Kashyap, Fiber bragg gratings. Academic press, 2009. [2] V. G. M. Annamdas, Y. Yang, and H. Liu, "Current developments in fiber Bragg grating sensors and their applications," in Sensors and Smart Structures Technologies for Civil, Mechanical, and Aerospace Systems 2008, 2008, vol. 6932, p. 69320D: International Society for Optics and Photonics. [3] K. K. K. Annamdas and V. G. M. Annamdas, "Review on developments in fiber optical sensors and applications," in Fiber Optic Sensors and Applications VII, 2010, vol. 7677, p. 76770R: International Society for Optics and Photonics. [4] S. Sumitro, M. Tominaga, and Y. Kato, "Monitoring based maintenance for long span bridges," in First International Conference on Bridge Maintenance, Safety and Management, IABMAS, 2002, pp. 14-17. [5] F. Felli, A. Paolozzi, C. Vendittozzi, C. Paris, and H. Asanuma, "Use of FBG sensors for health monitoring of pipelines," in Sensors and Smart Structures Technologies for Civil, Mechanical, and Aerospace Systems 2016, 2016, vol. 9803, p. 98031L: International Society for Optics and Photonics. [6] G. Rajan, Optical fiber sensors: advanced techniques and applications. CRC press, 2015. [7] Y.-J. J. M. s. Rao and technology, "In-fibre Bragg grating sensors," vol. 8, no. 4, p. 355, 1997. [8] Y. Huang, Z. Zhou, Y. Zhang, G. Chen, H. J. I. T. o. I. Xiao, and Measurement, "A temperature self-compensated LPFG sensor for large strain measurements at high temperature," vol. 59, no. 11, pp. 2997-3004, 2010. [9] H. Yu, Y. Wang, J. Ma, Z. Zheng, Z. Luo, and Y. J. S. Zheng, "Fabry-Perot interferometric high-temperature sensing up to 1200° C based on a silica glass photonic crystal fiber," vol. 18, no. 1, p. 273, 2018. [10] Y. Zhang, D. Rong, L. Zhu, M. Dong, and F. J. C. O. L. Luo, "Regenerated fiber Bragg grating for fiber laser sensing at high temperatures," vol. 16, no. 4, p. 040606, 2018. [11] R. Xing, C. Dong, Z. Wang, Y. Wu, Y. Yang, and S. Jian, "Simultaneous strain and temperature sensor based on polarization maintaining fiber and multimode fiber," Optics



فایل مقاله
تعداد بازدید: 1200
تعداد دریافت فایل مقاله : 291



طراحی پرتال|طراحی پورتالطراحی پرتال (طراحی پورتال): آرانا نتورک