In the fields of civil engineering and seismology, it is essential to detect and tracking the vibrations, and the fiber Bragg gratings (FBGs) are typically used as sensors to measure vibrations. Where, one of the most popular and detailed approaches to use FBGs as vibration sensors involves the use of cantilever beam designs, which adds a mass to measure low and moderate frequencies (from 20 Hz up to 1 kHz) with high sensitivities (greater than 10 pm/g). The design consists of a bending strain in the cantilever that is simultaneously transferred to the FBG, resulting in a shift in the wavelength that is proportional to the strain experienced by the cantilever. In this work, we present the experimental results of a vibration sensor design using a cantilever beam to generate an axial uniform strain in the FBG in-line with the vertical axis, which modifies the cantilever's natural frequency that allows the sensor to have a wide frequency broadband without losing sensitivity. This sensor achieved a sensitivity of about 339 pm/g and a natural frequency of 227.3 Hz. The presented design compared with the traditional cantilever beam-based FBG vibration sensors, has the advantages of a simple design for detection on vibration-sensitive structures and its physical parameters can be easily modified in order to satisfy the requirements of the desired vibration measurements.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.23
no.2
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pp.199-205
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2014
This research focuses on the development of an interrogator that operates and measures fiber Bragg grating(FBG) multiplexing sensor probes for accurate-measurement of the blade deflection in a wind power generator. We designed and fabricated an optical source and spectrum module for the interrogator. Additionally, we verified the wavelength repeatability within 0.001 nm and the wavelength stability within 1 pm of the optical source, and we experimentally determined that the wavelength scanning range was about 44.4 nm. The FBG sensor with 2 nm resolution can be extended to a performance-efficient system that measures more than 20 sensors. The implemented interrogator has 0.141 nm wavelength variations corresponding to an ambient temperature range of $0^{\circ}C$ to $70^{\circ}C$. The measurement error can be easily reduced by employing a temperature compensation algorithm. In this study, we quantitatively confirmed the accuracy and operating stability of the interrogator.
Kim, Young-Min;Park, Jung-Hwan;Lee, Kwang-Sik;Kim, Jung-Bae;Park, Won-Zoo
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.21
no.4
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pp.80-87
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2007
This paper will suggest that the 1 cross orthogonal loop type sensor improves on the orthogonal loop form sensor-head, which is available a calibration of the linear birefringence, when a fiber optic current sensor was composed. An output characteristics of the 1 cross orthogonal loop form, a general closed loop form, the orthogonal loop form are compared by the IEC(International Electrotechnical Commission) 60044-8 standard, and the state of polarization is compared with three forms. As a result, when the closed loop form was changed to the orthogonal loop form, retardation decreased 15.3[%]. When the closed loop form was changed to the 1 cross orthogonal loop type, the retardation decreased 33.8[%]. As a result of the Faraday Effect measurement, the 1 cross orthogonal loop form has the highest output characteristic and the lowest error ratio. It met the 0.5 class of the IEC 60044-8 standard. Thus, in application of the 1cross orthogonal loop form, the possibility to develop high reliability fiber optic current sensors that have a high output and stable error ratio rises is increased.
Failure detection in a cross-ply laminated composite beam under tensile loading were performed using a fiber Bragg grating (FBG) sensor. A Passive Mach-Zehnder interferometric demodulator was proposed to enhance sensitivity and bandwidth. The proposed FBG sensor system without active device such as a phase modulator is very simple in configuration, easy to implement and enables the measurement of high-frequency vibration with low strain amplitude such as impact or failure signal. Failure signals detected by a FBG sensor had offset value corresponding to the strain shift with vibration at a maximum frequency of several hundreds of kilohertz. at the instant of transverse crack propagation in the 90 degree layer of composite beam.
An optical fiber dislocation fusion humidity sensor coated with graphene quantum dots is investigated. A Mach-Zehnder interferometer is fabricated with three dislocated single-mode fibers with graphene quantum dots coating humidity-sensitive materials. Humidity response experiments showed a good linear response and high sensitivity with easy fabrication and low-cost materials. From 22% to 98% RH, the humidity response sensitivity of the sensor is 0.24 dB/% RH, with 0.9825 linearity. To investigate the cross-response of humidity and temperature, temperature response experiments are conducted. From 30 ℃ to 70 ℃, the results showed 0.02 dB/℃ sensitivity and 0.9824 linearity. The humidity response experimental curve is compared with the temperature experimental curve. The big difference between humidity sensitivity and temperature sensitivity is very helpful to solve the cross-response of humidity and temperature. The influence of temperature fluctuations in humidity measurements is not obvious.
To develop the multi-channel fiber-optic sensor array system, two-channel TDM(Time Division Multiplexing) fiber-optic sensor array was constructed and characterized. The sensor array topology was Mach-Zehender ladder type and PMDI(Phase-Matched Differential Interferometer) technique was used to exploit the efficiency of the array signal processing. By using a synthetic heterodyne demodulation technique, outputs of the two channels were monitored simultaneously. The sensitivities of channel #1 and #2 were measured ${\sim}60{\mu}rad/\sqrt{Hz}$ and ${\sim}80{\mu}rad/\sqrt{Hz}$, respectively. Crosstalk of sensors in the array was found to be approximately -36dB. Based on the results, we could conclude that TDM Mach-Zehnder ladder type sensor array can be used to detect the acoustic signal with stability and efficiency of the sensor array.
Kim, Dae-Sik;Park, Joung-Man;Jung, Jin-Kyu;Kong, Jin-Woo;Yoon, Dong-Jin
Composites Research
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v.17
no.4
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pp.61-67
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2004
Nondestructive damage sensitivity on single-basalt fiber/epoxy composites was evaluated by micromechanical technique and acoustic emission (AE). Piezoelectric lead-zirconate-titanate (PZT), polyvinylidene fluoride (PVDF) and poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) (P(VDF-TrFE)) copolymer were used as AE sensor, respectively. In single-fiber composite, the damage sensing with different sensor types were compared to each other. Piezoelectric PVDF polymer sensor was embedded in and attached on the composite, whereas PZT sensor was only attached on the surface of specimen. In case of embedded polymer sensors, responding sensitivity was higher than that of the attached case. It can be due to full constraint inside specimen to transfer elastic wave coming from micro-deformation. For both the attached and the embedded cases, the sensitivity of P(VDF-TrFE) sensor was almost same as that of conventional PVDF sensor.
This paper has been studied a optical fiber sensor offer important advantages such as electrically passive operation, EMI immunity, high sensitivity, and multi-plexing capabilities of this technology has been the characteristic. The shift in optical fiber Bragg wavelength with mass can be expressed. Using the shift in the optical fiber Bragg grating(FBG) center wavelength due to mass change.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2008.11a
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pp.693-698
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2008
For designing intensity modulation type optical microphone, the irradiance distribution which can be applied to inclined-cut geometrical configuration is suggested. The model is important in analysis of response characteristics f3r intensity modulation type optical microphone. To overcome low sensitivity problem in intensity modulation type optical microphone, inclined-cut optical fiber is considered here. Based on optical geometry, the inclined-cut optical fiber sensor is designed and fabricated. The experiments are carried out to evaluate sensor performance.
A Mach-Zehnder interferometer using single mode optical fiber was constructed which operates in homodyne detection scheme. Its response to air-borne soun pressure was examined experimentally. A signal stabilizer was developed for maintaining optical fiber interferometer in quadrature condition using a cylindrical piezoelectric stretcher. This maintains the optical fiber sensor at a maximum sensitivity in the presence of the phase drift caused by temperature fluctuation and other types of environmental disturbances.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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