Optical fiber sensor for curvature and temperature simultaneous measurement based on an anti-resonance mechanism

机制(生物学) 曲率 共振(粒子物理) 材料科学 光纤 纤维 光纤传感器 光学 物理 复合材料 几何学 原子物理学 数学 量子力学
作者
Yaxun Zhang,Zhiliang Huang,Yuxin Liu,Pingbang Huang,Xiaoyun Tang,Zhihai Liu,Yu Zhang,Libo Yuan
出处
期刊:Optics and Laser Technology [Elsevier BV]
卷期号:177: 111131-111131 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.optlastec.2024.111131
摘要

Based on an anti-resonance mechanism, we propose and experimentally demonstrate an optical fiber sensor for simultaneous measurement of curvature and temperature. The sensor structure consists of a hollow fiber and a twisted graded index multimode fiber spliced between two single-mode fibers. By using the twisted graded index multimode fiber to change the energy distribution of the mode field, not only improve the coupling efficiency of the sensor but also the sensitivity of the curvature measurement. The experimental results show that the intensity of the resonance peak based on the anti-resonance mechanism decreases with the increase of curvature, while the resonance peak wavelength is insensitive to curvature. In addition, due to the thermal expansion and thermo-optic effect of the fiber, the wavelength of the resonance peak is red-shifted with increasing temperature, and the intensity of the resonance peak is insensitive to temperature. Therefore, the intensity and wavelength signals of the resonance peak are monitored separately, and the simultaneous measurement of displacement and temperature is realized. The maximum sensitivity of the proposed curvature sensor can reach −2.84 dB/m−1, the dynamic range of curvature is 0 m−1 to 20.18 m−1, and the temperature sensitivity of 20 pm/∘C is realized. The proposed sensor has a compact structure, simple preparation, high coupling efficiency, and good repeatability, making it an ideal choice for simultaneous measurement of curvature and temperature in structural monitoring, mechanical manufacturing, and other fields.
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