ITMO
en/ en

ISSN: 1023-5086

en/

ISSN: 1023-5086

Научно-технический

Оптический журнал

Полнотекстовый перевод журнала на английский язык издаётся Optica Publishing Group под названием “Journal of Optical Technology“

Подача статьи Подать статью
Больше информации Назад

DOI: 10.17586/1023-5086-2026-93-06-79-86

УДК: 10.17586/1023-5086-2026-93-06-79-86

Исследование влияния материала покрытия волоконной решётки Брэгга на её чувствительность к механическому растяжению

Сковородкина М.В., Дмитриев А.А., Хомутинникова Л.Л., Мамулевич Н.В., Вольнова Д.А., Варжель С.В.
Ссылка для цитирования:

Сковородкина М.В., Дмитриев А.А., Хомутинникова Л.Л., Мамулевич Н.В., Вольнова Д.А., Варжель С.В. Исследование влияния материала покрытия волоконной решётки Брэгга на её чувствительность к механическому растяжению // Оптический журнал. 2026. Т. 93. № 6. С. 79–86. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-06-79-86

Skovorodkina M.V., Dmitriev A.A., Khomutinnikova L.L., Mamulevich N.V., Volnova D.A., Varzhel S.V. Investigation of the influence of the coating material on the sensitivity of a fiber Bragg grating to mechanical strain [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2026. V. 93. № 6. P. 79–86. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-06-79-86

Ссылка на англоязычную версию:
-
Аннотация:
Предмет исследования. Волоконные брэгговские решётки отличаются высокой чувствительностью к механическим деформациям, что ограничивает их использование в сфере медицины, 
робототехники и промышленности. Цель работы. Снижение чувствительности волоконной решётки Брэгга к растяжению при сохранении температурных характеристик чувствительного 
элемента. Метод. Проведены экспериментальные и численные исследования влияния различных 
материалов покрытия на температурную и механическую чувствительность волоконной брэгговской решётки. В работе использовались полимеры Гермокаст и RTV655, нанесённые на волоконные решётки. Основные результаты. Показано, что покрытие Гермокаст обеспечивает быстрый 
тепловой отклик, а использование RTV655 снижает чувствительность волоконных брэгговских 
решёток к механическим нагрузкам с 13,3 пм/г для решёток без покрытия до 2,6 пм/г. При этом 
температурный отклик изменяется незначительно: температурная чувствительность возрастает 
лишь на 1,1 пм/°С по сравнению с решёткой без покрытия. Практическая значимость. Полученные результаты открывают возможность создания специализированных волоконно-оптических 
сенсоров, востребованных в медицине, робототехнике и промышленности.
Ключевые слова:

волоконные брэгговские решётки, покрытие, температурная чувствительность, механическая нагрузка, волоконно-оптические сенсоры

Благодарность:
исследование выполнено в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FSER-2024-0006).

Коды OCIS: 060.3735, 060.2370, 060.2300

Список источников:
  1. Presti D.L., Massaroni C., Leitao C.S.J., Domingues M.F., Sypabekova M., Barrera D., Floris I., Massari L., Oddo C.M., Sales S., Iordachita I.I., Tosi D., Schena E. Fiber Bragg gratings for medical applications and future challenges: A review // IEEE Access. 2020. V. 8. P. 156863–156888. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.3019138
  2. Lu Y., Lu B., Li B., Guo H., Liu Y.H. Robust three-dimensional shape sensing for flexible endoscopic surgery using multi-core FBG sensors // IEEE Robot. Autom. Lett. 2021. V. 6 (2). P. 2374–2381. https://doi.org/10.1109/LRA.2021.3067279
  3. Lai W., Cao L., Liu J., Tjin S.C., Phee L. A three-axial force sensor based on fiber Bragg gratings for surgical robots // IEEE/ASME Trans. Mechatron. 2021. V. 26 (3). P. 1234–1244. https://doi.org/10.1109/TMECH.2021.3071437
  4. Mihailov S.J. Fiber Bragg grating sensors for harsh environments // Sensors. 2012. V. 12 (2). P. 1898–1918. https://doi.org/10.3390/s120201898
  5. Berthold J.W. Microbend fiber optic sensors / Grattan K.T.V., Meggitt B.T. (Eds.) // Optical Fiber Sensor Technology. Springer. Boston. MA. 1999. P. 1–20. https://doi.org/10.1007/978-1-4757-6077-4_8
  6. Méndez A. Fiber Bragg grating sensors: a market overview // Proc. SPIE. 2007. V. 6619. P. 661905. https://doi.org/10.1117/12.738334
  7. Westbrook P.S., Kremp T., Feder K.S., Ko W., Monberg E.M., Wu H., Simoff D.A., Taunay T.F., Ortiz R.M. Continuous multicore optical fiber grating arrays for distributed sensing applications // J. Lightwave Technol. 2017. V. 35 (6). P. 1248–1254. https://doi.org/10.1109/JLT.2017.2661680
  8. Idrisov R., Floris I., Rothhardt M., Bartelt H. Characterization and calibration of shape sensors based on multicore optical fibre // Opt. Fiber Technol. 2021. V. 61. P. 102319. https://doi.org/10.1016/j.yofte.2020.102319
  9. Idrisov R., Becker M., Rothhardt M., Bierlich J., Bartelt H. Optimisation of fibre Bragg gratings inscription in multicore fibres // Proc. SPIE. 2018. V. 10323. P. 103230W. https://doi.org/10.1364/OFS.2018.WF64
  10. Van Hoe B., Oman K.G., Van Steenberge G., Stan N., Schultz S.M., Peters K.J. High-speed interrogation of multiplexed fiber Bragg gratings with spectral distortion // IEEE Sens. J. 2017. V. 17 (21). P. 6941–6947. https://doi.org/10.1109/JSEN.2017.2750329
  11. Poiana D.A., Posada-Roman J.E., Garcia-Souto J.A. Compact interrogation system of fiber Bragg grating sensors based on multiheterodyne dispersion interferometry for dynamic strain measurements // Sensors. 2022. V. 22 (9). P. 3561. https://doi.org/10.3390/s22093561
  12. Xu Z., Shu X., Fu H. Fiber Bragg grating sensor interrogation system based on an optoelectronic oscillator loop // Opt. Express. 2019. V. 27 (16). P. 23274–23281. https://doi.org/10.1364/OE.27.023274
  13. Kalli K., Dobb H.L., Webb D.J., Carroll K., Komodromos M., Themistos C., Boyd I.W. Electrically tunable Bragg gratings in single-mode polymer optical fiber // Opt. Lett. 2007. V. 32 (3). P. 214–216. https://doi.org/10.1364/OL.32.000214
  14. Li Z., Hsiao V.K.S., Chen Z., Tang J.Y., Zhao F.L., Wang H.Z. Optically tunable fiber Bragg grating // IEEE Photonics Technol. Lett. 2010. V. 22 (15). P. 1123–1125. https://doi.org/10.1109/LPT.2010.2049738
  15. Iocco A., Limberger H.G., Salathe R.P., Everall L.A., Chisholm K.E., Williams J.A.R., Bennion I. Bragg grating fast tunable filter for wavelength division multiplexing // J. Lightwave Technol. 1999. V. 17 (7). P. 1217–1221. https://doi.org/10.1109/50.774258
  16. Майорова Е.А., Варжель С.В., Клишина В.А., Козлова А.И. Исследование изменения чувствительности волоконной брэгговской решетки к температуре и деформации с использованием покрытий из легкоплавких металлов // Научный журнал информационных технологий, механики и оптики. 2023. Т. 23(5). С. 871–877. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2023-23-5-871-877

       Mayorova E.A., Varzhel S.V., Klishina V.A., Kozlova A.I. Investigation of changes in the sensitivity of a fiber Bragg grating to temperature and deformation using coatings made of low-melting metals // Scientific Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics. 2023. V. 23(5). P. 871−877. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2023-23-5-871-877

  1. Грибаев А.И., Павлишин И.В., Стам А.М., Идрисов Р.Ф., Варжель С.В., Коннов К.А. Лабораторная установка для записи волоконных брэгговских решеток на основе интерферометра Тальбота // Оптика и квантовая электроника. 2016. Т. 48(5). С. 540. https://doi.org/10.1007/s11082-016-0792-7
  2. Gribaev A.I., Pavlishin I.V., Stam A.M., Idrisov R.F., Varzhel S.V., Konnov K.A. Laboratory installation for recording fiber Bragg gratings based on a Talbot interferometer // Optics and quantum electronics. 2016. V. 48(5). P. 540. https://doi.org/10.1007/s11082-016-0792-7
  3. Дмитриев А.А., Грибаев А.И., Варжель С.В., Коннов К.А., Моторин Е.А. Высокоэффективный метод записи массивов волоконных решеток Брэгга // Оптико-волоконные технологии. 2021. Т. 63. С. 102508. https://doi.org/10.1016/j.yofte.2021.102508

       Dmitriev A.A., Gribaev A.I., Varzhel S.V., Konnov K.A., Motorin E.A. A highly efficient method for recording arrays of Bragg fiber gratings // Fiber-optic technologies. 2021. V. 63. P. 102508. https://doi.org/10.1016/j.yofte.2021.102508

  1. Nedoma J., Fajkus M., Bednarek L., Frnda J., Zavadil J., Vasinek V. Encapsulation of FBG sensor into the PDMS and other materials for enhanced performance // Opt. Optoelectron. 2016. V. 14 (4). P. 460–466. https://doi.org/10.15598/AEEE.V14I4.1786
  2. Germokast 0285: Two-component polyurethane compound // Datasheet. Yunga. [Online]. Available: https://polyurethane-spb.ru/upload/Tekh_dannye/poliuretany/Dvukhkompon_holod_dlia_promyshl/Germokast_0285.pdf
  3. RTV 615 Silicone Rubber // Datasheet. Momentive Performance Materials. [Online]. Available: https://reinhardoil.dk/PDB/RTV615.pdf