Методика определения оптимального рабочего спектрального диапазона интерферометра Фабри–Перо на основе чирпированных волоконных решеток Брэгга

Сычева С.Д., Ахмеров А.Х., Дейнека И.Г., Кузнецов В.Н., Пиха Д.В., Волковский С.А., Яндыбаева Ю.И., Дмитриев А.А.

Полный текст на elibrary.ru

Ссылка для цитирования:

Сычева С.Д., Ахмеров А.Х., Дейнека И.Г., Кузнецов В.Н., Пиха Д.В., Волковский С.А., Яндыбаева Ю.И., Дмитриев А.А. Методика определения оптимального рабочего спектрального диапазона интерферометра Фабри–Перо на основе чирпированных волоконных решеток Брэгга // Оптический журнал. 2025. Т. 92. № 7. С. 62–72. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-07-62-72

Sycheva S.D., Akhmerov A.Kh., Deyneka I.G., Kuznetsov V.N., Pikha D.V., Volkovsky S.A., Yandybaeva Yu.I., Dmitriev A.A. Methodology for selection of the optimal operating spectral range of a Fabry–Perot interferometer based on chirped fiber Bragg gratings [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2025. V. 92. № 7. P. 62–72. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-07-62-72

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Методика определения оптимального рабочего спектрального диапазона интерферометра Фабри–Перо на основе чирпированных волоконных решеток Брэгга. Цель работы. Разработка и исследование методики определения оптимального рабочего диапазона длин волн интерферометра Фабри–Перо на основе чирпированных волоконных решеток Брэгга. Метод. Суть предложенной методики заключается в последовательном изменении центральной длины волны излучения вертикально-излучающего лазера и последующем анализе отношения сигнал/шум данных с интерферометра Фабри–Перо на основе чирпированных волоконных решеток Брэгга в составе исследовательской установки в условиях импульсного акустического воздействия на стальную пластину. Критерием выбора рабочего спектрального диапазона в анализе сигнала является достигнутое максимальное значение отношения сигнал/шум. Основные результаты. Разработан оригинальный способ определения оптимального рабочего диапазона длин волн интерферометра Фабри–Перо на основе чирпированных волоконных решеток Брэгга. Достигнуто значение отношения сигнал/шум 23,5 дБ. Оценка повторяемости данных показала, что среднеквадратическое отклонение значений отношения сигнал/шум составляет 0,4 дБ. Практическая значимость. Предложенный метод может быть использован для создания новых технологических решений, в частности для решения задачи неразрушающего контроля промышленных объектов. Интерферометры Фабри–Перо на основе чирпированных волоконных решеток Брэгга за счет повышенной чувствительности могут использоваться в более сложных условиях, обеспечивая стабильную регистрацию менее мощных акустических воздействий.

Ключевые слова:

интерферометр Фабри–Перо, чирпированные волоконные решетки Брэгга, акустические измерения

Благодарность:

работа поддержана Российским научным фондом, проект № 23-79-01274

Коды OCIS: 120.4290, 120.2230, 040.2840

Список источников:

Habel W.R. Optical fiber methods in nondestructive evaluation. Handbook of Advanced Non-Destructive Evaluation. Springer, 2018. 1–49 p. https://doi.org/10.1007/978-3-319-30050-4_39-1
Zhang X., Jin J., Jiang J., et al. Acoustic emission sensing in fiber Bragg grating based on phase demodulation for material health detection // Opt. and Lasers Eng. 2023. V. 171. P. 107823. https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2023.107823
Zhe G., Che J., Wei H., et al. Large dynamic-range fiber Bragg grating sensor system for acoustic emission detection // Appl. Opt. 2021. V. 60. P. 547–5552. http://doi.org/10.1364/AO.427185
Reimer V., Abdalwareth A., Flachenecker G., et al. Non-destructive technique for characterization fiber Bragg gratings via diffraction profile // Photonic Instrumentation Engineering XI. United States, California. March 11, 2024. https://doi.org/10.1117/12.3002504
Chanu-Rigaldies S., Lecomte P., Ollivier S., et al. Self-mixing interferometer for acoustic measurements through vibrometric calibration // Sensors. 2024. V. 24. P. 1777. https://doi.org/10.3390/s24061777
Moradi H., Parvin P., Ojaghloo Al., et al. Ultrasensitive fiber optic Fabry–Pérot acoustic sensor using phase detection // Measurement. 2021. V. 172. P. 108953. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2020.108953
Ромашко Р.В., Башков О.В., Ефимов Т.А. и др. Особенности применения адаптивных интерферометрических волоконно-оптических датчиков акустической эмиссии для контроля состояния полимерных композиционных материалов // Дефектоскопия. 2024. Т. 1. C. 21–27. http://doi.org/10.31857/S0130308224010023

Romashko R.V., Bashkov O.V., Efimov T.A., et al. Features of application of adaptive interferometric fiber sensors of acoustic emission to monitor the condition of polymer composite materials [in Russian] // Defektoskopia. 2024. № 1. P. 21–27. http://doi.org/10.31857/S0130308224010023

Залетин В.В., Савитский О.А., Силников М.В. и др. Акустико-эмиссионная диагностика корпусных конструкций системой интегрированных волоконно-оптических датчиков для обеспечения безопасной эксплуатации самолетов и космических аппаратов [на англ. языке] // Акта Астронавтика. 2024. Т. 229. С. 547–551. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2024.02.001

Zaletin V.V., Savitsky O.A., Silnikov M.V., et al. Acoustic emission diagnostics of a hull structures by a system of integrating fiber-optic sensors for the aircraft and spacecraft safe operation // Acta Astronautica. 2024. V. 229. P. 547–551. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2024.02.001

Bakhtiari G.S., Masoudi A., Brambilla G. Long range Raman-amplified distributed acoustic sensor based on spontaneous Brillouin scattering for large strain sensing // Sensors. 2022. V. 22. P. 2047. https://doi.org/10.3390/s22052047
Zhang Q., Zhu Yup., Luo X., et al. Acoustic emission sensor system using a chirped fiber-Bragg-grating Fabry–Perot interferometer and smart feedback control // Opt. Lett. 2017. V. 42. P. 631–634. https://doi.org/10.1364/OL.42.000631
Tosi D. Review of chirped fiber Bragg grating (CFBG) fiber-optic sensors and their applications // Sensors. 2018. V. 18. P. 2147. https://doi.org/10.3390/s18072147
Rose J.L., Philtron J., Liu G., et al. A hybrid ultrasonic guided wave-fiber optic system for flaw detection in pipe // Appl. Sci. 2018. V. 8. P. 727. https://doi.org/10.3390/app8050727
Ахмеров А.Х., Сычева С.Д., Ходжимухамедов О.И. и др. Метод картирования акустической энергии для акустооптической системы неразрушающего контроля с автоматическим позиционированием [на англ. языке] // Умные электромеханические системы. 2024. Т. 544. С. 111–125. https://doi.org/10.1007/978-3-031-64277-7_9

Akhmerov A.K., Sycheva S.D., Khodzhimukhamedov O.I., et al. Acoustic energy mapping method for acousto-optical non-destructive testing system with automated positioning // Studies in Systems. Decision and Control. 2024. V. 544. P. 111–125. https://doi.org/10.1007/978-3-031-64277-7_9

Бочкова С.Д., Волковский С.А., Ефимов М.Е. и др. Метод локализации воздействия в композитном материале с использованием волоконно-оптических датчиков акустической эмиссии // Приборы и техника эксперимента. 2020. № 4. С. 73–77. https://doi.org/10.31857/S0032816220040230

Bochkova S.D., Volkovsky S.A., Efimov M.E., et al. A method for determining the locations of impacts in a composite material using fiber optical acoustic emission sensors // Instruments and Experimental Techniques. 2020. V. 63. P. 507–510. https://doi.org/10.1134/S0020441220040235

15. Ефимов М.Е. Метод и аппаратура для регистрации акустической эмиссии и деформаций композитного графит-эпоксидного материала на основе анализа амплитудно-фазовых характеристик сигнала волоконно-оптического интерферометра Фабри–Перо Статья поступила в редакцию 01.11.2024

Одобрена после рецензирования 20.03.2025

Принята к печати 30.05.2025 // Дисс. канд. техн. наук. 05.11.01. СПб.: Университет ИТМО, 2018.

Efimov M.E. Method and equipment for recording acoustic emission and deformations of composite graphite-epoxy material based on the analysis of amplitude-phase characteristics of the signal of a fiber-optic Fabry–Perot interferometer [in Russian] // PhD (Engineering). Saint Petersburg: ITMO University Press, 2018.

Дмитриев А.А., Грибаев А.И., Варжель С.В. и др. Метод описания высокопроизводительных волоконных брэгговских решеток [на англ. языке] // Оптико-волоконная технология. 2021. Т. 63. С. 102508. https://doi.org/10.1016/J.YOFTE.2021.102508

Dmitriev A.A., Gribaev A.I., Varzhel S.V., et al. High-performance fiber Bragg gratings arrays inscription method // Opt. Fiber Technol. 2021. V. 63. P. 102508. https://doi.org/10.1016/J.YOFTE.2021.102508