DOI: 10.17586/1023-5086-2021-88-02-58-65

Полностью волоконный датчик изменений температуры и показателя преломления на основе последовательных наклонной и прямой брэгговских решёток

Fang Y., He W., Meng F., Zhang W., Zhang K., Zhao H., Zhu L.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Yitao Fang, Wei He, Wen Zhang, Fanyong Meng, Lianqing Zhu, Kun Zhang, Hong Zhao All-fiber temperature and refractive index sensor based on cascaded tilted Bragg grating and Bragg grating (Полностью волоконный датчик изменений температуры и показателя преломления на основе последовательных наклонной и прямой брэгговских решёток) [на англ. яз.] // Оптический журнал. 2021. Т. 88. № 2. С. 58–65. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2021-88-02-58-65

Yitao Fang, Wei He, Wen Zhang, Fanyong Meng, Lianqing Zhu, Kun Zhang, Hong Zhao All-fiber temperature and refractive index sensor based on cascaded tilted Bragg grating and Bragg grating (Полностью волоконный датчик изменений температуры и показателя преломления на основе последовательных наклонной и прямой брэгговских решёток) [in English] // Opticheskii Zhurnal. 2021. V. 88. № 2. P. 58–65. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2021-88-02-58-65

Ссылка на англоязычную версию:

Yitao Fang, Wei He, Wen Zhang, Fanyong Meng, Lianqing Zhu, Kun Zhang, and Hong Zhao, "All-fiber temperature and refractive index sensor based on a cascaded tilted Bragg grating and a Bragg grating," Journal of Optical Technology. 88(2), 100-105 (2021). https://doi.org/10.1364/JOT.88.000100

Аннотация:

Предложен полностью волоконный двухпараметрический датчик на основе последовательных наклонной и прямой волоконных брэгговских решёток. Характеристики как прямой волоконной (fiber Bragg grating (FBG)), так и наклонной волоконной (tilted Bragg grating (TFBG)) решёток зависят от изменения температуры, однако прямая (FBG) нечувствительна к изменению показателя преломления. Таким образом, посредством устранения перекрестных зависимостей от изменений температуры и показателя преломления возможно получение матрицы измеряемых показаний датчика, позволяющей раздельное определение указанных величин.В температурных пределах 25–300 °C температурная чувствительность составила 11,60 пм/°C для прямой (FBG) и 11,25 пм/°C для наклонной (TFBG) брэгговских решёток. Для измерений показателя преломления использовался раствор NaCl с концентрацией от 5% до 20%. Чувстительность к изменениям показателя преломления составила 0,833 нм/RIU. Предложенный датчик может найти применение при двухпараметрических измерениях и перспективен для технических и исследовательских применений.

Ключевые слова:

волоконная бреэгговская решётка, наклонная волоконная брэгговская решётка, волоконный датчик с решёткой Брэгга, волоконный двухпараметрический датчик

Коды OCIS: 060.3735

Список источников:

1. Sidney G., Ben D., Thomas G., Mohammad S., Zahra S., Evangelos K., Diego S., Hugo T., Francis B. Aerospacegrade surface mounted optical fiber strain sensor for structural health monitoring on composite structures evaluated against in-flight conditions // J. Smart Materials and Structures. 2019. V. 28(6). P. 065008.
2. Chen X., Nan Y., Ma X. et al. In-situ detection of small biomolecule interactions using a plasmonic tilted fiber grating sensor // Journal of Lightwave Technology. 2019. V. 37(11). P. 2792–2799.
3. Rong Q., Qiao X. FBG for oil and gas exploration // Journal of Lightwave Technology. 2019. V. 37(11). P. 2502–2515.
4. He W., Zhu L., Zhang W. et al. Point-by-point femtosecond-laser inscription of 2-μm-wavelength-band FBG through fiber coating // IEEE Photonics Journal. 2018. V. 11(1). P. 7100108.
5. Wu H., Lin Q., Jiang Z., Zhang F., Li L., Zhao L.B. A temperature and strain sensor based on a cascade of double fiber Bragg grating // J. Measurement Science and Technology. 2019. V. 30(6). P. 065104.
6. Su D., Qiao X., Bao W., Chen F., Rong Q. Orientation-dependent fiber-optics displacement sensor by a grating inscription within four-mode fiber // J. Optics and Laser Technology. 2019. V. 155. P. 229–232.
7. Vorathin E., Hafizi Z.M., Aizzuddin A.M., Zaini M.K.A., Lim K.S. Temperature-independent chirped FBG pressure transducer with high sensitivity // J. Optics and Lasers in Engineering. 2019. V. 117. P. 39–56.
8. Mizuno Y., Ishikawa R., Lee H., Theodosiou A., Kalli K., Nakamura K. Potential of discriminative sensing of strain and temperature using perfluorinated polymer FBG // J. IEEE Sensors Journal. 2019. V. 19(12). P. 4458–4462.
9. Mamidi Venkata Reddy, Kamineni Srimannarayana, Ravinuthala L.N. Sai Prasad et al. Characterization of encapsulating materials for fiber bragg grating-based temperature sensors // J. Fiber and Integrated Optics. 2014. V. 33(4). P. 325–335.
10. Wang R., Si J., Chen T. et al. Fabrication of high-temperature tilted fiber Bragg gratings using a femtosecond laser // J. Optics Express. 2017. V. 25(20). P. 23684–23690.
11. Lu H., Luo B., Shi S. et al. Study on spectral and refractive index sensing characteristics of etched excessively tilted fiber gratings // J. Applied Optics. 2018. V. 57(10). P. 2590–2597.
12. Jiang B., Bi Z., Wang S. et al. Cascaded tilted fiber Bragg grating for enhanced refractive index sensing // J. Chinese Physics B. 2018. V. 27(11). P. 261–265.
13. Guan T., Gu Z., Ling Q., Feng W. Tilted long-period fiber grating strain sensor based on dual-peak resonance near PMTP // J. Optics and Laser Technology. 2019. V. 114. P. 20–27.
14. Jiang B., Bi Z., Hao Z., Yuan Q., Feng D., Zhou K. et al. Graphene oxide-deposited tilted fiber grating for ultrafast humidity sensing and human breath monitoring // J. Sensors & Actuators: B. Chemical. 2019. V. 293. P. 336–341.
15. Yu J., Wu Z., Yang X., Han X., Zhao M. Tilted fiber Bragg grating sensor using chemical plating of a palladium membrane for the detection of hydrogen leakage // J. Sensors (Basel, Switzerland). 2018. V. 18(12). P. 4478.
16. Li Z., Luo Q., Yan B. et al. Titanium dioxide film coated excessively tilted fiber grating for ultra-sensitive refractive index sensor // Journal of Lightwave Technology. 2018. V. 36(22). P. 5285–5297.
17. Cieszczyk S., Harasim D., Kisala P. A novel simple TFBG spectrum demodulation method for RI quantification // J. IEEE Photonics Technology Letters. 2017. V. 29(24). P. 2264–2267.
18. Ying Y., Zhang R., Si G., Wang X., Qi Y. D-shaped tilted fiber Bragg grating using magnetic fluid for magnetic field sensor // J. Optics Communications. 2017. V. 405. P. 228–232.
19. De Miguel-Soto Veronica, Leandro Daniel, Lopez-Aldaba Aitor et al. Study of optical fiber sensors for cryogenic temperature measurements // J. Sensors (Basel, Switzerland). 2017. V. 17(12). P. 2773–2785.
20. Pham X., Si J., Chen T., Qin F., Hou X. Wide range refractive index measurement based on off-axis tilted fiber Bragg gratings fabricated using femtosecond laser // Journal of Lightwave Technology. 2019. V. 37(13). P. 3027–3034.
21. Liu Y., Yang D., Wang Y., Zhang T., Shao M., Yu D., Fu H., Jia Z. Fabrication of dual-parameter fiber-optic sensor by cascading FBG with FPI for simultaneous measurement of temperature and gas pressure // J. Optics Communications. 2019. V. 443. P. 166–171.
22. Hu T., Zhao Y., Song A. Fiber optic SPR sensor for refractive index and temperature measurement based on MMF-FBG-MMF structure // J. Sensors & Actuators: B. Chemical. 2016. V. 237. P. 521–525.
23. Jiang B., Zhou K., Wang C., Zhao Y., Zhao J., Zhang L. Temperature-calibrated high-precision refractometer using a tilted fiber Bragg grating // J. Optics express. 2017. V. 25(21). P. 25910–25918.