Βαθμονόμηση και πειραματική μελέτη αισθητήρα FBG για την μέτρηση μηχανικής καταπόνησης
Calibration and experimental study of FBG sensor for mechanical strain measurement
Subject
TPSH::Τεχνολογία::ΗλεκτρονικήKeywords
Οπτικές ίνες ; Αισθητήρες ; Fiber Bragg GratingsAbstract
Στα πλαίσια της πτυχιακής αυτής θα μελετήσουμε τον αισθητήρα FBG, ο οποίος αποτελεί αισθητήρα οπτικών ινών. Για το λόγο αυτό, θα κάνουμε μια σύντομη αναφορά στις αρχές λειτουργίας των οπτικών ινών και πως καταφέρνουμε να τις χρησιμοποιήσουμε σαν ένα μέσο μετάδοσης. Αφού αναφέρουμε την δομή της οπτικής ίνας και τα είδη που συναντάμε ανάλογα με την χρήση της, θα περιγράψουμε την διαδικασία συγκόλλησης μιας οπτικής ίνας όπως την πραγματοποιήσαμε στο εργαστήριο.Στην συνέχεια θα επικεντρωθούμε στον αισθητήρα FBG, αναφέροντας τον τρόπο λειτουργίας του και πως επηρεάζεται από τις μηχανικές καταπονήσεις και αλλαγές στην θερμοκρασία. Θα περιγράψουμε τις διάφορες διαδικασίες κατασκευής ανάλογα με τα χαρακτηρίστηκα που θέλουμε να έχει. Επειδή πρόκειται για αισθητήρα ο οποίος μετράει πολύ μικρές μεταβολές, θα αναφέρουμε τις τεχνικές ανάγνωσής του, με μεγάλη ακρίβεια.Το πειραματικό μέρος της πτυχιακής εργασίας περιλαμβάνει την μέτρηση του αισθητήρα FBG και την βαθμονόμησή του. Πριν πραγματοποιηθεί όμως οποιαδήποτε μέτρηση, θα πρέπει να αναλύσουμε την πειραματική διάταξη που θα χρησιμοποιήσουμε. Αυτό είναι απαραίτητο, καθώς το πείραμα δεν γίνεται σε ιδανικές συνθήκες και τα όργανα εισάγουν απώλειες στις μετρήσεις μας και συνεπώς αλλοίωση των αποτελεσμάτων. Η ανάλυση της πειραματικής διάταξης περιλαμβάνει την μελέτη των σχετικών προδιαγραφών, μέτρηση του κάθε οργάνου ξεχωριστά και απεικονίζοντας τις γραφικές παραστάσεις. Για τον αισθητήρα FBG, αρχικά έγινε μέτρηση του ανακλώμενου κύματος για τον υπολογισμό της ανακλαστικότητας και του εύρους του. Με βάσει τις μετρήσεις αυτές και με δεδομένες προδιαγραφές καθορίστηκε και η απόσταση σε μήκη κύματος τοποθέτησης FBG για την μέτρηση πολλαπλών σημείων καταπόνησης. Στην συνέχεια έγινε η βαθμονόμηση του αισθητήρα FBG για να δούμε πόσο μικρές μεταβολές επιμήκυνσης (αντίτοιχο μέγεθος της καταπόνησης) μπορεί να μετρήσει. Τέλος με την βοήθεια του κατάλληλου προγράμματος υπολογισμού μπορέσαμε να προσομοιώσουμε της λειτουργία του αισθητήρα και να βρούμε τον τρόπο με τον οποίο κατασκευάστηκε.
Abstract
In this project we study the FBG sensor, which is a fiber optic sensor. For this reason initially, we make a brief reference to the principles of fiber optic operation and how we use them as a transmission medium. After describing the structure of the optical fiber, we described the process of splicing fiber optics as we did in the laboratory.Then we focused on the FBG sensor, indicating how it works and how it is affected by mechanical stresses and temperature changes. We described the various manufacturing processes according to their specifications and we indicated that is a very sensitive sensor. The experimental part of the thesis includes the measurement of the FBG sensor and its calibration. First we presented the described the experimental setup is needed for the experimental characterization of the available FBG. The analysis of the experimental setup takes into account the study of all involved devices by calculating the optical power budget through all of them. From these calculations and measurements spectral reflectivity of the FBG sensor has been conducted. Based on these measurements and given specifications, the distance (in wavelengths) between FBG sensors for multiple stress points has been determined. Then, the FBG sensor was calibrated to see how small elongation changes could be measured. Finally, with the help of the appropriate calculation program, we were able to simulate the spectral reflectivity of the sensor and find out how it was inscripted.
Number of pages
58Faculty
Σχολή Τεχνολογικών ΕφαρμογώνAcademic Department
Τμήμα Ηλεκτρονικών Μηχανικών Τ.Ε.Language
GreekCollections
Except where otherwise noted, this item's license is described as
Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα
Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα