Abstract
In this paper, we developed a numerical modeling of a sensor composed of a single mode optical fiber inserted between two thin steel ribbons that are embedded in a polyurethane-type material. The different steps of calculation are performed using the method of finite element discretization. From a mechanical view point, the ribbon transfers its applied external loading to the fiber in the unidirectional form. This transmission causes birefringence in the optical fiber by modifying the opto-geometrical parameters related to the difference between principal stresses in the fiber core. The polarization phase shift enables to evaluate the applied load. The application of this study is about the development of an instrumentation dedicated to the analysis of road traffic (vehicle WIM
The numerical results presented, show the behavior of the sensor as a function of the ribbon geometry for elastic massive under load. These results should be validated from experiments taking into account environmental characteristics and conditions of use
چکیده
در این مقاله، ما یک مدلسازی عددی از یک سنسور ساخته شده از یک فیبرنوری تک مد را ارائه می دهیم که بین دو نوار فولادی نازک قرار داده می شود که در یک ماده حاوی پلی یورتان جا داده شده است. مراحل مختلف محاسبه با استفاده از روش گسسته سازی المان محدود انجام می شوند. از نقطه نظر مکانیکی، نوار، بارگذاری خارجی وارد بر خود را به صورتی تک جهتی به فیبر انتقال می دهد. این گذار با تغییر پارامترهای هندسی-اپتیکی مربوط به اختلاف بین تنش های اصلی در مغزی فیبر، سبب شکست مضاعف در فیبر نوری می شود. جابجایی فاز قطبش امکان ارزیابی فشار وارده را فراهم می کند. کاربرد این تحقیق در ساخت ابزار مخصوص بررسی ترافیک جاده (WIM وسایل نقلیه) است. نتایج عددی ارائه شده نشان می دهند رفتار سنسور تابعی از هندسه نوار برای جرم الاستیک تحت فشار است. این نتایج از آزمایشاتی به دست آمدند که مشخصات محیطی و شرایط استفاده را در نظر می گیرند.
1-مقدمه
وظیفه اصلی فیبرهای نوری، انتقال اطلاعات در فواصل طولانی از طریق امواج نوری واقع در محدوده طیفی گسترده از ناحیه مرئی تا نزدیک فروسرخ است. این ها هدایت کننده های اپتیکی (نوری) هستند (عموما با یک تقارن کروی) که شامل یک هسته و یک پوشش اپتیکی از سیلیکا می شوند که همه آنها به وسیله یک روکش مکانیکی حفاظت می شوند. بسیاری از آزمایشگاه ها بطور جدی درباره روش اندازه گیری کمیت های فیزیکی خاص با استفاده از فیبرهای نوری تحقیق نموده اند. با این همه اگرچه مقالات غنی درباره اصول سنسورها و پاسخ های ذاتی آنها وجود دارد، مطالعات بسیار اندکی به پاسخ خارجی آنها نزدیک شده اند (یعنی محیط به کارگیری سنسور را نیز در نظر گرفته اند). این مسئله دقیقا موضوع این تحقیق است.
2-سنسور کار گذاشته شده در یک توده حجیم
سنسور شامل یک فیبر نوری تک مدی کارگذاشته شده بین دو نوار فولادی جوش خورده در لبه ها می شود. سپس سنسور روی تکیه گاه پایینی یک تیوب فلزی U شکل قرار داده می شود. این تیوب با یک ماده کشسان پلی یورتان پر می شود و در معرض فشار یکنواختی قرار می گیرد که فشار غلتش یک وسیله نقلیه را شبیه سازی می کند (شکل 1). کارگذاری سنسور در محیط الاستیک به چند دلیل انجام می شود. اولا این ترتیب یک حفاظت فیزیکی و شیمیایی خوبی را برای سنسور به دست می دهد و درنتیجه امکان توزیع بهتری از فشار اعمال شده به سنسور را فراهم می آورد. از نقطه نظر مکانیکی، نقش اصلی نوار، جمع آوری نیروهای خارجی وارد بر فیبر در یک تک جهت است...