A Ring Core Fiber Sensor Based on Mach–Zehnder Interferometer for Transversal Force Sensing With Solvable Temperature Cross Sensitivity

干涉测量 马赫-曾德尔干涉仪 灵敏度(控制系统) 线性 光纤传感器 纤维 材料科学 光学 光纤 芯(光纤) 物理 消光比 波长 电子工程 工程类 复合材料 量子力学
作者
Weihao Yuan,Zongru Yang,Mingjie Cui,Changyuan Yu
出处
期刊:IEEE Sensors Journal [IEEE Sensors Council]
卷期号:23 (4): 3615-3622 被引量:6
标识
DOI:10.1109/jsen.2023.3234906
摘要

In this work, we proposed a ring core fiber (RCF)-based all-fiber sensor used for transverse force sensing. The sensor is composed of 1-mm coreless fiber (CLF) and 2.5-cm RCF. Then, the coreless (CL)-ring core (RC) fiber structure is connected to two segments of single-mode fibers to form a Mach–Zehnder interferometer (MZI). The transmission spectrum of the MZI structure has a large extinction ratio (ER) of up to 20 dB with a free spectral range (FSR) of 9.3 nm. After the fabrication, the MZI sensor is packaged for force sensing at different temperatures. The different values of forces are applied on the fiber sensor, which are tuned from around 0.26 to 1.5 N/mm. With the increase of transverse force, the spectra of output signals show a linear redshift. The force sensitivity of the proposed MZI sensor reaches up to 4.109 nm/(N/mm) with a good linearity of 0.9824. By using a $2\times2$ matrix, the temperature cross sensitivity can be extracted. The proposed force sensor based on the MZI fiber structure shows great potential applications in the field of structural health monitoring and supercapacitor safety detection.
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