Augmentation of Sensitivity of FBG Sensor Using Microwave Photonics and Nonlinear Effect

光子学 灵敏度(控制系统) 光纤布拉格光栅 微波食品加热 波长 物理 信号(编程语言) 光学 计算机科学 电子工程 工程类 量子力学 程序设计语言
作者
Chiranjit Ghosh
出处
期刊:IEEE Sensors Journal [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:23 (13): 14108-14113
标识
DOI:10.1109/jsen.2023.3274965
摘要

A simple and unique scheme of high-sensitive fiber Bragg grating (FBG) interrogation system based on microwave signal measurement utilizing the concept of microwave photonics and nonlinear four-wave mixing (FWM) is proposed. The concept of FWM process is combined with microwave photonics to enhance the sensitivity of FBG sensor. The strain-induced wavelength shift of the sensing FBG is translated to a higher wavelength shift of the corresponding higher order FWM signals on either side of FBG sensor wavelength in opposite directions. Thus, the wavelength separation between the FWM signals increases with a small increase in strain. Utilizing the FWM effect and microwave photonics technique, the microwave phase difference is altered, which is ultimately converted to a significant change in RF intensity. A novel mathematical relationship relating FWM, applied strain, and the microwave power of the proposed scheme is established. A high strain sensitivity of $36.52 ~\mu \text{V}/\mu \varepsilon $ ( $26.67 ~\mu \text{W}/\mu \varepsilon {)}$ is attained using the proposed FWM and microwave photonics technique against the initial sensitivity of $4.9 ~\mu \text{V}/\mu \varepsilon $ ( $0.48 ~\mu \text{W}/\mu \varepsilon {)}$ using only microwave photonics technique. The proposed scheme automatically compensates the temperature variations and eliminates the requirement of high dispersive component to enhance the sensitivity.

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