25482

رفع تداخل دما و كرنش در حسگرهاي FBG با استفاده از حسگر فيبر نوري نازك شده

كارشناسي ارشد

فيزيك- اپتيك و ليزر

1397

1400/7/25

محمد واحدي

فيزيك

با پيشرفت‌هاي انجام‌شده در حوزه فيبر نوري و ساخت حسگر با استفاده از انواع فيبر نوري در سال‌هاي اخير استفاده از آن‌ها در حال گسترش است. از انواع حسگرهاي ساخته‌شده با استفاده از فيبر نوري مي‌توان به حسگرهاي دما، گاز، مايع، فشار و ... اشاره كرد كه در صنايع مختلفي همچون پتروشيمي‌، صنايع غذايي و كنترل كيفيت منابع آب مورد استفاده قرار مي‌گيرند. حسگرهاي ساخته‌شده با فيبر نوري خود داراي انواع متنوعي مي‌باشند كه حسگر فيبر نوري نازك شده در سال‌هاي اخير موردتوجه فراوان قرارگرفته است. از طرف ديگر، حسگر توري براگ (FBG) امروزه به دلايلي ازجمله حساسيت بالا، عدم تأثيرپذيري از ميدان‌هاي الكترومغناطيسي، خطي بودن و سبكي، كاربردهاي زيادي در صنعت براي تشخيص سلامت سازه‌هاي مكانيكي پيداكرده است. از جمله اين كاربردها، استفاده از آن به‌عنوان حسگر كرنش و دما است. محدوديتي كه در استفاده از حسگرهاي توري براگ وجود دارد اين است كه پاسخ حسگر به دما و كرنش به‌صورت هم‌زمان مي‌تواند باعث ايجاد خطا در اندازه‌گيري كرنش در سازه‌هاي مختلف گردد. به اين منظور بايد به طريقي اثر دما را از اثر كرنش تفكيك كنيم. تلاش‌هايي در اين زمينه در حال انجام است و پيشنهادهايي توسط پژوهشگران مختلف انجام‌شده است. در اين پايان‌نامه قصد داريم كه با مقايسه پاسخ دمايي حسگرهاي فيبر نوري نازك شده و حسگر توري براگ، راهكاري براي حل اين مشكل بيابيم. به اين منظور، از طراحي حسگري تركيبي فيبر نوري نازك شده و FBG براي اندازه‌گيري دما و كرنش به‌صورت هم‌زمان استفاده‌شده است، بررسي‌هاي انجام‌شده روي حسگري تركيبي طراحي‌شده نشان مي‌دهد تداخل حساسيت در حسگر مذكور ايجاد نخواهد شد. در حسگر تركيبي مذكور، حسگر فيبر نوري نازك شده با حساسيت دمايي -932.8 pm/℃ و حسگر FBG با حساسيت دمايي و كرنشي به ترتيب 9.89 pm/℃ و0.92 pm/με به كار گرفته شده اند.

1400/08/18

Discrimination between the strain and temperature effects of a FBG sensor using a tapered fiber sensor

10/17/2022 12:00:00 AM

With the developments in the field of fiber optics, their usage as sensors is expanding. Different types of sensors are made from optical fibers, such as gas, and liquid, pressure sensors that are used in various industries such as petrochemicals, food industry and water quality control. Fiber Bragg Grating (FBG) sensor has found more usages in industry to diagnose the safety of mechanical structures due to reasons such as high sensitivity, non-exposure to electromagnetic field, linearity and lightness. A limitation for using of FBG sensors is the simultaneous sensor's response to temperature and strain which can cause errors in strain measurement in different structures. For this purpose, we must somehow separate the effect of temperature from the effect of strain. Efforts are being made in this area and suggestions have been made by various researchers. In this thesis, we intend to find a solution to this problem by comparing the temperature response of tapered fiber sensors and FBG sensors. As a result, a tapered fiber-FBG composite sensor design has been used to measure temperature and strain simultaneously. Studies performed on the designed composite sensor show that no sensitivity interference will occur in the sensor. In the composite sensor, a tapered fiber optic sensor with a temperature sensitivity of -932.8 pm/℃ and a FBG sensor with a temperature and strain sensitivity of 9.89 pm/℃ and0.92 pm/με, respectively, are used.

فيبر نوري نازك شده، حسگر دما، حسگر توري براگ، كرنش، سلامت سازه

Tapered fiber, Temperature sensor, FBG sensor, Strain, Structural health monitoring