بررسی و شبیه سازی حسگرهای دما مبتنی بر FBG و جبران سازی اثرات فشار و کشش در آن ها

در حسگرهای مبتنی بر توری براگ فیبر نوری (FBG) به دلیل حساسیت بالا، مصونیت در برابر نویز الکترومغناطیسی، ابعاد کوچک و قابلیت اندازه گیری از راه دور به عنوان یکی از گزینه های مناسب برای پایش دما در محیط های صنعتی و هوشمند شناخته می شوند. با این حال، پاسخ این حسگرها علاوه بر دما، تحت تاثیر فشار و کرنش نیز قرار می گیرد که می تواند موجب کاهش دقت اندازه گیری شود. هدف این پژوهش، بررسی و شبیه سازی حسگر دمای مبتنی بر FBG و ارائه روشی برای جبران سازی اثرات فشار و کشش بر پاسخ آن بود. برای این منظور یک مدل استاندارد حسگر در نرم افزار OptiSystem طراحی و داده های خروجی آن در محیط MATLAB پردازش شد. پارامترهای اصلی شامل طول گریتینگ ۱۰ میلی متر، طول موج براگ اولیه ۱۵۵۰ نانومتر و رزولوشن طیفی ۰.۰۰۱ نانومتر در نظر گرفته شد. نتایج نشان داد حسگر دارای رفتار خطی و پایدار نسبت به تغییرات دما بوده و حساسیت دمایی آن برابر ۱۰.۰۲ پیکومتر بر درجه سلسیوس است. همچنین حساسیت نسبت به فشار و کرنش به ترتیب ۰.۵۱ پیکومتر بر مگاپاسکال و ۰.۰۲۱ پیکومتر بر میکروکرنش محاسبه شد. به منظور حذف اثرات متقابل، یک الگوریتم جبران سازی ماتریسی توسعه داده شد که توانست خطاهای اندازه گیری را به طور چشمگیری کاهش دهد به گونه ای که مقدار MAE از ۲۵.۸ به ۰.۸ درجه سلسیوس و MSE از ۱۲ به ۱۰ درجه سلسیوس رسید. ضرایب همبستگی بالاتر از ۰.۹۹ و میانگین انحراف ۰.۱۲ درجه سلسیوس نیز اعتبار مدل را تایید کرد. نتایج این پژوهش نشان می دهد روش پیشنهادی می تواند گزینه ای مناسب برای توسعه سامانه های اندازه گیری چند پارامتری و پایش دقیق صنعتی باشد.

کلیدواژه ها:

حسگر فیبر نوری ، توری براگ ، فیبری ، اندازه گیری دما ، جبران سازی فشار و کرنش ، OptiSystem