Embedded Fiber Bragg Grating (FBG) Sensors Fabricated by Ultrasonic Additive Manufacturing for High-Frequency Dynamic Strain Measurements

光纤布拉格光栅 材料科学 超声波传感器 磷 光纤传感器 光纤 拉伤 光学 光电子学 声学 纤维 渐变折射率纤维 复合材料 波长 内科学 医学 物理
作者
Jieru Zhao,Wen Yang Dong,Thomas Hinds,Yuqi Li,Zach Splain,Shuda Zhong,Qirui Wang,Nikhil Bajaj,Albert C. To,Moinuddin Ahmed,Christian Petrie,Kevin P. Chen
出处
期刊:IEEE Sensors Journal [IEEE Sensors Council]
卷期号:24 (3): 2853-2862 被引量:36
标识
DOI:10.1109/jsen.2023.3343604
摘要

This article demonstrates high-frequency dynamic strain measurements using fiber Bragg grating (FBG) sensors embedded in metal parts. Using an ultrasonic additive manufacturing (UAM) process, FBGs inscribed in polyimide coated optical fibers were embedded in aluminum parts. An electromagnetic shaker was used to exert dynamic events on the embedded FBG sensors with frequencies from 1 to 10 kHz. The high-speed interrogation of FBG sensors was accomplished using a tunable vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL) and a high-speed interrogation system sampling at 120 kHz. The strain response measured by the FBG sensors was compared with real-time measurements using a laser velocimeter. A finite-element analysis (FEA) was performed to simulate responses to both static strain and high-frequency dynamic strain. Results show that strains as small as$2.5 \mu \varepsilon $can be resolved at frequencies up to 10 kHz.

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