High-Sensitivity Transverse-Load and Axial-Strain Sensor Based on Air-Bubble Fabry–Pérot Cavity and Fiber Sagnac Loop Cascaded

灵敏度(控制系统) 横截面 物理 纤维 光纤 拉伤 光纤传感器 光学 材料科学 电子工程 复合材料 结构工程 工程类 医学 内科学
作者
Han Zhang,Chao Jiang,Xiping Zhu,Jin Hu,Pei Wang,Hong Li,Simei Sun,Tingshui Cao
出处
期刊:IEEE Sensors Journal [IEEE Sensors Council]
卷期号:23 (6): 5795-5802 被引量:15
标识
DOI:10.1109/jsen.2023.3240160
摘要

We have designed a highly sensitive optical fiber transverse load and axial strain sensor based on the cascaded Fabry–Perot (F–P) cavity and fiber Sagnac loop. F–P cavity is composed of an air-bubble formed by a Section of quartz capillary discharge. Fiber Sagnac loop is made by winding a Section of panda fiber (PF) through a 3 dB coupler. When the free spectral ranges (FSRs) of two interferometers are similar, they are cascaded to form the optical Vernier effect, which amplifies the sensitivity of the sensor. The experimental results show that the sensitivities of transverse load and axial strain of the sensor are up to 19.1 nm/N and 28.9 pm/$\mu \varepsilon $, respectively. The sensitivities of a single F–P cavity for measuring the transverse load and the axial strain are 1.5 nm/N and 2.4 pm/$\mu \varepsilon $, respectively. It can be seen that by using the optical Vernier effect, the sensitivity of the transverse load and axial strain of the sensor is improved by 12.7 and 12 times, respectively. The measurement matrix is constructed by using the sensitivities of a single F–P cavity and the cascaded structure to realize the simultaneous measurement of the transverse load and axial strain and eliminate the cross-sensitivity between them. The designed sensor has a certain attraction in small load and small strain monitoring.

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