EuroWire March 2020

Техническая статья

Волоконно-оптический тензодатчик с использованием псевдослучайного кода Уильям Э. Ходжес, Абхишек П Джавале, Дэймон Э. Пэйт, Райан С. Мак-Энтир, Саймон Дж. Джаковски и Эллиот Дж Паникко, Университет Северной Каролины в Шарлотте, инженерно-конструкторский факультет, Шарлотт, Северная Каролина, США

Аннотация В данной работе будет объяснено и обсуждено назначение и функции волоконно-оптического тензодатчика с использованием псевдослучайного кода. Исследование и завершение этого проекта было сделано с целью создания лабораторного инструмента, который будет использоваться студентами в программе машиностроения в Университете Северной Каролины в Шарлотте. могут использовать и изучать лабораторные приборы для измерения деформации, но для студентов была необходима более точная отраслевая тензометрическая шкала. 1 Введение Волоконно-оптические кабели стали очень универсальной средой для таких вещей, как передача данных и датчики, хотя для этих датчиков требовались оптоволоконные кабели специального назначения, называемые FBG (волоконно-брэгговская решетка). Эти оптоволоконные кабели требуют точной надписи на кабеле для создания необходимого коэффициента отражения, что приводит к удорожанию конечного продукта. Целью данного исследования является создание тензодатчика без использования кабелей FBG. Вместо этого пятно, нанесенное на оптоволоконный кабель, будет рассчитываться путем измерения удлинения кабеля. Это исследование началось с того, что команда провела огромное количество исследований в области применения волоконно-оптической и волоконно- оптической лазерной аппаратуры, а также для исследования специального программного обеспечения, необходимого для обработки данных из волоконной оптики. Студенты-механики уже

В настоящее время на курсе имеется лаборатория по тензодатчикам и другая по волоконной оптике. Требовалась еще одна лаборатория для демонстрации широкого спектра применений для волоконно-оптических кабелей, в том числе для натяжных устройств. Предложенное решение состояло в том, чтобы спроектировать и создать волоконно-оптический тензодатчик, который использует псевдослучайный код для измерения деформации. Это решение было желательным, потому что оно является самой дешевой и простой конструкцией для волоконно- оптического тензодатчика и имеет более высокий уровень точности, чем традиционный тензодатчик. В конце проекта должен быть поставлен полнофункциональный волоконно- оптический тензодатчик, использующий псевдослучайный код, а также испытательный прибор, который можно использовать в инструментальной лаборатории. возможности тестового устройства и логику кода, должны быть доставлены в случае устранения неисправности в будущем. 2.2 Спецификация проекта 2.2.1 Технические характеристики PS1: В о л о к о н н о - о п т и ч е с к и й тензодатчик должен быть таким же точным, как метод волоконной брэгговской решетки, который измеряет 2x10 -3 микронапряжения. PS2: LabVIEW будет собирать данные с частотой 10 Гц и отображать результаты в режиме реального времени во время работы. PS3: Стоимость оборудования должна оставаться ниже 1000 долларов. PS4: Волоконно-оптический кабель, используемый при тестировании, будет иметь длину менее одного метра. Все документы, описывающие функциональные

Использование с преподавателями факультета для этого проекта сыграло огромную роль в достигнутых успехах. Команда пришла к выводу, что аппаратное обеспечение, необходимое для этого проекта, должно быть одномодовым оптоволоконным кабелем, который будет подключен к 10-гигабитному лазерному трансиверу через разъемы LC. Для достижения требуемой скорости передачи данных было решено, что трансивер должен иметь форм-фактор SFP +, который будет иметь преобразователь данных Ethernet для отправки / получения и обработки данных. Псевдослучайный код будет сгенерирован и отправлен по оптоволоконному кабелю. Кабель будет иметь базовый исходный код, который будет постоянно сравнивать полученный код. При приложении напряжения к кабелю будет отображаться смещение из-за увеличенного расстояния перемещения кода. В заключение, высокоточные датчики деформации могут быть изготовлены с использованием стандартных одномодовых волоконно-оптических кабелей вместо использования дорогостоящих волоконно-оптических кабелей Брэгга. Псевдослучайный код, передаваемый по кабелю, будет использоваться для измерения сил деформации, приложенных к кабелю. Эти длинные строки кода позволят программе ощутить измеримую задержку по данным, которые были первоначально получены, когда не было напряжения. консультаций

2 Основная часть 2.1 Обзор проекта

Университет Северной Каролины в Шарлотте хотел создать и внедрить дополнительную лабораторию для курса по приборостроению, в котором использовался волоконно-оптический тензодатчик.

196

www.read-eurowire.com

март 2020 г.