Научно-технический
«ОПТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ»
издается с 1931 года
 
   
Русский вариант сайта Английский вариант сайта
   
       
   
       
Статьи последнего выпуска

Электронные версии
выпусков начиная с 2008


Алфавитный указатель
2000-2010 гг


444
Архив оглавлений
выпусков 2002-2007 гг


Реквизиты и адреса

Вниманию авторов и рецензентов!
- Порядок публикации
- Порядок рецензирования статей
- Типовой договор
- Правила оформления
- Получение авторского вознаграждения
- Редакционная этика


Контакты

Подписка

Карта сайта




Журнал с 01.12.2015 допущен ВАК для публикации основных результатов диссертаций как издание, входящее в международные реферативные базы систем цитирования (Web Science, Scopus) (см. Vak.ed.gov.ru Перечень журналов МБД 16.03.2018г)

ALL-FIBER TEMPERATURE AND REFRACTIVE INDEX SENSOR BASED ON CASCADED TILTED BRAGG GRATING AND BRAGG GRATING

 

© 2021    Fang Yitao*, **, He Wei**, Zhang Wen**, Meng Fanyong**, Zhu Lianqing**, Zhang Kun*, Zhao Hong*

*   Science and Technology on Solid-State Laser Laboratory, North China Research Institute of Electro-Optics, Beijing,100015, China

** Key Laboratory of the Ministry of Educationfor Optoelectronic Measurement Technology and Instrument, Beijing Information Science & Technology University, Beijing, 100192, China

E-mail: zhaohong_2000@263.net

Submitted 30.07.2020

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

An all-fiber dual-parameter sensor based on cascaded tilted grating and Bragg grating for temperature and refractive index measurement was proposed. Both a fiber Bragg grating and a tilted Bragg grating are sensitive to temperature, but a fiber Bragg grating is not sensitive to refractive index. Therefore, through decoupling the cross sensitivity of temperature and refractive index, the sensor sensitivity matrix can be obtained. In the temperature range of fiber Bragg grating 25–300 °C, temperature sensitivities were 11.60 pm/°C for the fiber Bragg grating and 11.25 pm/°C for the tilted Bragg grating. NaCl solutions with concentration from 5 to 20% were used for the refractive index test, and the refractive index sensitivity was 0.833 nm/RIU for the tilted Bragg grating. The proposed sensor can be used for dual-parameters measurement, showing good application prospect and research reference value.

Keywords: fiber Bragg grating, tilted fiber Bragg grating, fiber grating sensor, dual-parameter sensor.

OCIS codes: 060.3735

 

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

© 2021 г. Fang Yitao, He Wei, Zhang Wen, Meng Fanyong, Zhu Lianqing, Zhang Kun, Zhao Hong

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.

 

References

1.    Sidney G., Ben D., Thomas G., Mohammad S., Zahra S., Evangelos K., Diego S., Hugo T., Francis B. Aerospace-grade 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.

 

 

Полный текст