光纤激光系统用于扭力测量,使用三核纤维和基于纳米晶体的反射器

科学领域:

• 光纤光学是指光纤的使用.
• 有光学传感器的感应器.
• 干涉测量是干涉测量的方法.

背景情况:

• 扭矩传感对于各种应用至关重要.
• 现有的传感器可能缺乏灵敏度或广泛的测量范围.
• 光纤传感器为增强性能提供了潜力.

研究的目的:

• 开发一种新且高度灵敏的扭力传感器.
• 将多核纤维 (MCF) 集成到 Sagnac 干扰仪中,以提高传感能力.
• 为了在广的角跨度 (0°-150°) 上实现精确的扭矩估计.

主要方法:

• 在Sagnac干扰仪中集成多核纤维 (MCF) 作为反射元件和传感头.
• 使用分布式反射器 (ZnGa2O4-纳米晶合纤维) 实现光纤环激光架构.
• 使用相位分析 (0°-50°) 和振幅分析 (88°-150°) 进行灵敏度测量.
• 在中等范围 (50°-88°) 采用功能合适的神经网络.

主要成果:

• 在0°-150°以上显示出高扭矩响应.
• 阶段分析在0°-50°范围内产生了0.08rad/° (R2=0.991) 的灵敏度.
• 幅度分析显示,在88°-150°范围内,灵敏度从0.2到0.5dBm/° (R2=0.995) 提高.
• 神经网络在中间范围内实现了0.06°的平方根平均误差.
• 达到0.8°的角分辨率,可以准确地估计扭矩.

结论:

• 开发的光纤扭转传感器提供了高灵敏度和精度.
• 在萨格纳克干扰仪和纤维环激光器架构中,MCF的新集成提高了性能.
• 该系统使用分析方法和神经网络的组合有效地估计了跨广角范围的扭力.