Name: fiber optic distributed sensors for high-resolution temperature field mapping
Uploaded: 2016-11-07T12:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 48 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fiber Optic Distributed Sensors for High-resolution Temperature Field Mapping at JoVE.com

The authors thank Tyler Gorney and Aida Rahim at Luna Innovations for their invaluable technical insight and assistance with our application.
The submitted manuscript has been created by UChicago Argonne, LLC, Operator of Argonne National Laboratory ("Argonne"). Argonne, a U.S. Department of Energy Office of Science laboratory, is operated under Contract No. DE-AC02-06CH11357. This work was supported by the U.S. Department of Energy, Office of Nuclear Energy.

Başvuru için 1. Optimal Sensör Tipi <ol><li> örnekleme hızı ve veri noktalarının sayısı arasındaki ikileme dayalı sensör uzunluğunu seçin. NOT: 2.5 Hz ve çözünürlük &lt;10 mm olan uzunluğunda 50 m&#39;ye kadar bir sorgulayıcı örnekleri sensörler diğer örnekler sensörler kadar 5 mm çözünürlük ve 100 Hz uzunluğunda 10 m iken. </li><li> servis sıcaklığı limitleri, zaman tepki, nem hassasiyeti ve yükleme yapılandırması (çıplak ya da kılcal) için gereksinimlerine göre tek modlu fiber optik türü seçin. NOT: Burada biz kullandık 155 mikron çapında poliimid kaplı tek modlu ticari telekom fiber optik. NOT: bizim laboratuvarda kullanılan elyafı ve yapılandırmaları örnekleri olarak Tablo 1 ve 2 Bkz. </li></ol> 2. Test Bölüm Fiber Optik kurun <ol><li> Uzun cam yan plakalar birini kaldırarak açık test bölümü. </li><li> Uygulama, 1 mm çaplı delikleryan duvarları tel çapa (Şek. 3) için kapağın altında 3 mm. NOT: Çapalar sensörü destekleyen çelik tel tutun. bağlantı sahasının Test bölümü büyüklüğü ve akış beklenen dinamik yükleme uygun olarak değişebilir. Burada kullanılan 20 mm adımlı 1 m / sn yakın akışında az titreşim ile stabil olduğunu kanıtladı. Titreşim bozarsa DTS sinyal ve uzun sensörler 15,16 ile daha da problemlidir. </li><li> Dize tankının her iki ucunda bir pirinç çapa onu bağlayarak test bölümünde genelinde 127 mikron çapında çelik tel segmenti. tankın üzerinde sinirli 47 tel bölümlerinin toplam vardır kadar tekrarlayın. </li><li> ekleme konnektörü ve sonlandırma lif tüketilmesi gereken rezerv ile iletişim / elektrikçiler makas kullanarak fiber optik 50 m Cut (büyük olasılıkla &lt;0,5 m, ancak ekleme de yeterlilik bağlıdır). ~, Küçük bir makara üzerinde çapı 50 mm, bu fiber toplayın. </li><li> Sıcaklık wit ölçmek için seçilen alanın bir kenarında birinci sensör parçasını Layh sensörü dizisi. NOT: ilk parça pozisyonda sabitlenir sonra lif, bir bitişik segment için ilmekli pozisyonda sabitlenir ve daha fazla lif tüm fiber kullanılan kadar dizisini oluşturur tekrar eden işlemde sonraki bölüm için tevzi edilir. </li><li> Gerektiğinde makaradan diğer dağıtma fibere tankın bir taraftan çalışma yukarıdaki ve bitişik teller aşağıda bir örgü. NOT: Şekil l&#39;de gösterildiği gibi, fiber kablo diktir. Diğer bir yönde ve akış yerçekimine karşı destek örgü 3. </li><li> konvansiyonel şeffaf bant veya Polyimide film bant ile kapak birinci elyaf segmentinin her bir ucunu takın. dizinin ilk bölümü yerine artık. NOT: Bir gitar dize gibi gergin sensörü düzeltmek etmeyin, ama yeterince yerine gergin düz olması ve görünür boşunu almak için. Sensör destek olarak, küçük yük gerilmiş durumunda, örneğin, ısı expanKapağın sion, bu gerginliği değiştirmek ve sinyal uzaklıklar ve ölçüm hataları anormal üretecektir. </li><li> Şek Döngü lif 180 derece sonraki bölüm için geri dönün. İlk bölüm 10 mm&#39;lik bir mesafede kapağın 4 ve bant da. NOT: çevrim çapının en aza indirin çünkü o &quot;boşa lif&quot; (dizinin parçası değil), ama tolere edilebilir gerilmeler için yaklaşık 30 mm veya daha fazla olmalıdır. Burada kullanılan elyaf 30 mm çapında fark edilebilir bir sinyal kaybı ile birkaç ay döngüler tolere, ancak sınırlar elyaf tipine göre değişir. Burada kullanılan lif için, üretici ≥ 10 mm ve ≥ 17 mm olarak &quot;uzun vadeli&quot; limit olarak &quot;kısa vadeli&quot; bend radius sınırını belirtir. </li><li> Yine pozisyonda tankı ve bandın karşıt tarafına doğru telleri arasındaki bir örgü. tüm fiber kullanıldığı kadar, loop bantlama ve dokuma işlemi tekrarlayın. </li></ol> 3. Splice Bağlayıcı ve TerminaFiber yon <ol><li> Üreticinin talimatlarına 17 izlenerek füzyon ek kullanarak elyaftan bir ucuna LC-tipi tek modlu konektörü splice. </li><li> elektrikçi / iletişim makasla ~ 0.25 m sonlandırma fiber kesmek ve üretici talimatları izleyerek bir füzyon splicer yine lif diğer ucuna splice. NOT: Bu takımı (lif, bağlayıcı ve sonlandırma) artık bir &quot;sensör&quot; olarak anılacaktır. sonlandırma fiber sorgulayıcı dönen engellemek için lazer darbesi bakiye sinyal dağılır. </li></ol> 4. Sensör Yapılandırma <ol><li> sorgulayıcı portuna sensörün LC-tipi konnektör ucunu ve yapılandırma yazılımını başlatmak. </li><li> Tarama tamamlandığında otomatik olarak görüntülenir &quot;acquire&quot; (sıcaklık verileri farklı), seçerek sensör genlik verileri oluşturmak. NOT: genine sahip olacak iyi eklerle bir sensör için izŞek ral özellikleri. 5. Bir fakir ekleme konnektörü beklenen bir belirsiz gürültü zemin veya baskın yansıması ile belirtilebilir. fakir bir ekleme şüpheleniliyorsa, adım 3 ve yapıştırma işlemini tekrarlayın dönün. </li><li> sensörün başında ve sonunda kırmızı imleç ekranda gösterilen sarı imleci sürükleyerek sensörün aktif bölümünü seçin. </li><li> sensörü bir ad verin ve &quot;sensör dosyaları kaydetmek&quot; seçeneğini seçin. NOT: Sensör artık yapılandırılmıştır ve kullanıma hazırdır. </li><li> konfigürasyon yazılımını kapatın ve ölçüm yazılım geçmek. </li></ol> Deney Bölüm içinde 5. Map Sensörü Konumu <ol><li> sorgulayıcı ölçüm yazılımını başlatın ve sadece yapılandırılmış sensörü yükleyin. </li><li> 5-10 dakika ön ısıtma, ~% 40 olarak ayarlanmış bir değişken transformatör bir havya bağlayın. NOT: havya haritalama için yerel sıcaklık ani üretir. Bir havya kutu mFiber kaplama elt ve sensör çok net sivri elde etmek için yeterli gücü kullanılarak, düşük bir transformatör ayarı ile başlar berbat. A 10-20 ° C başak bu işlem için yeterlidir. </li><li> Ekranda canlı verileri çizmek için sorgulayıcı yazılımındaki &quot;ölçü&quot; seçeneğini seçin. </li><li> Ekranda tüm sensör görüntülemek için uzaklaştırın. </li><li> O kapağı (Şek. 4) karşılayan havalandırma gelen ilk haritalama noktasında burada bölüm uzağa dokunma kısaca sensöre yakın havya ve basılı tutun. </li><li> Test bölümünde ilgili fiziksel konumu ile birlikte yazılım tarafından belirtildiği gibi sıcaklık tepe kayıt konumunda. </li><li> 49 segment bitiş noktalarını eşleştirmek için 5.5-5.6 tekrarlayın. </li></ol> 6. Sensör Baseline: Mutlak Sıcaklık bağlantı <ol><li> Pozisyon bir veya daha fazla sıcaklık standartları, örneğin, TC veya direnç sıcaklık dedektörü (RTD), DTS yakın mutlak te DTS okumaları bağlayan standart olarak hizmet etmekmperature. </li><li> Adım 2.1 çıkarıldı uzun cam yan plaka değiştirerek tankı kapatın. </li><li> battaniye veya geleneksel yalıtım panelleri onu sararak tankı izole ve bir izotermal bir atmosfer oluşturmak için bir gecede oturup bekleyin. </li><li> TC (veya RTD) okumayı kaydetmek / not aynı anda &quot;dayanak&quot; (ya da &quot;dara&quot;) seçin, sorgulayıcı yazılımını başlatın ve. Yazılım başlangıca bittiğinde, select &quot;ölçü&quot; taban kalitesini incelemek için canlı verileri çizmek için. NOT: Bu kritik adım DTS taban çizgisi belirler ve sinyal şimdi sıfır, yani DT (x) 0 ± bir derece bir kısmını = belirtmelidir. Tank sıcaklığı referans sıcaklığına uzaklaşmakta olduğu andan itibaren, sinyal değişecektir: DT (x) = T (x) abs - T (x) abs elyaf ve T tabanı boyunca mutlak sıcaklık T üssü, başlangıç olduğunu sıcaklık 6,18. Test sezaryen isen izotermal olmayan, T taban pozisyonunun bir fonksiyonu, yani T taban (x) olacak ve T taban (x), birden fazla TC veya RTD (tartışma bölümüne bakınız) ile eşleştirilmiş sürece doğruluğu tehlikeye olacak. Hareket etmeyin veya adım 7 tamamlanana kadar. herhangi bir şekilde Süzme ölçüm doğruluğunu bozabilir uzaklıklar tanıtabilirsiniz sensörüne dokunun. </li><li> sıfırdan uzak kayması olmamalıdır canlı sinyal inceleyin. sürüklenme uygulaması için çok fazla ise, (aşağıdaki nota bakınız) termal dengeye ulaşır ve / veya izolasyon geliştirmek için deneme bölümü için daha fazla zaman tanımak ve daha sonra adım 6.4 tekrarlayın (bizim sınır kabaca 0.5 ° C min 5 ~ sonra). NOT: Sinyal kalitesi bazal sonra her zaman hemen en iyi ve test bölümünde sıcaklık dağılımına bağlı zamanla sürüklenir. Baz astar öncesi iyi bir yalıtım ve uzun bekleme süreleri sürüklenme ve ölçüm hatasını azaltacaktır. Büyükçe, hızlı sürükleniyor Test bölümü değil göstermektedirsonuçta yanlış ölçümlere yol açacaktır izotermal. </li><li> sorgulayıcı yazılımı günlük işlevini seçin ve sadece bazal üretmek için kullanılan aynı durgun, izotermal koşulları için DTS veri 10-100 taramaları kaydedin. Ayrıca kayıt TC / RTD okuma. NOT: Bu testi bölüm veya destek akışı veya beklenmedik deformasyon suşu tarafından oluşturulabilir ofsetler son test kontrolü için rezervasyon verileridir. </li></ol> 7. çalıştırın Testi <ol><li> hava akışını oluşturmak ve her kanala 1,25 kg / sn debi oranlarını eşleştirmek için akış kontrol ayarlamak için kompresör açın. NOT: Ortalama giriş hızının 1,1 m / sn ve Reynolds sayısı 10.000 &#39;dir. </li><li> 600 W olarak ayarlayın ısıtıcı güç ortam sıcaklığında olan batı jet, yukarıda doğu JET 20 ° C&#39;ye ısınmaya. </li><li> Sistem dengeye ulaşmak için bir gecede çalışmasına izin verir. </li><li> Ertesi gün gürültü düzeylerini değerlendirmek için canlı DTS sinyalini inceleyin. Sensör &quot;Gage l seçinYazılımda ength &quot;kabul edilebilir gürültü düzeyleri (30 mm ölçer burada kullanılan) elde etmek. NOT: Gage uzunluğu uzaysal çözünürlüğü sensör karşılık gelir. Genel olarak, ölçü uzunluğu azaldıkça ve akış kaynaklı titreşim artar (kullanıcı kılavuzu ve başvuru 13 ve 14) gürültü artar sinyal. </li><li> 4 Hz 2000 DTS taramaları yapın. </li><li> Isıtıcı gücü ve hava akışını kapatın. Tank dengeye ulaşmak ve kontroller ofset sontest için kaydedilmiş ön test veri seti tamamlamak için 10-100 DTS taramaları kaydetmek için gece bekletin. </li></ol> 8. Veri Analizi <ol><li> özel bir ikili formatında test verileri, sorgulayıcı yazılımının ana penceresinde sonrası işleme özelliğini seçin ve ithalat. </li><li> Geleneksel elektronik tablo programları tarafından okunabilir bir düz metin dosyası olarak veri ihracat. Not: - T baz Bu veriler lif DT (x) = T (X) ABS boyunca ölçülen sıcaklık gradyanını gösterir. Bu hiçbir başvuru içeriyorTest bölümünde pozisyon (Şekil. 6). Ek ayrıntılar bu adımın ve bir sonraki için sorgulayıcı kullanım kılavuzuna ve referanslar 6 ve 16 mevcuttur. </li><li> Geleneksel bir elektronik tabloya İthalat metin verileri ve tüm verilere adım 6.4 TC veya RTD ile ölçülen T taban çizgisini, ekleyerek mutlak sıcaklık dönüştürmek. NOT: Biz Test bölümü taban sırasında izotermal olduğu öngörülen beri T (x) abs = DT (x) + T taban: mutlak sıcaklık dönüşüm sadece tek değer ofset düzeltmedir. </li><li> Kullanım tablosu programı veya benzeri veri işleme programı T (x) verileri ayrıştırmak ve Şekil 7 ve 8&#39;de gösterilen gibi deney bölümünde fiziksel konumlara eşlemek. NOT: Program 5 adımda havya ile toplanan verilerin kullanacak. </li></ol>

<ol>
	<li>Raffel, M., Willert, C., Wereley, S., Kompenhans, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Particle Image Velocimetry. , (2007).</li><li>Adrian, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Twenty+years+of+particle+image+velocimetry.">Twenty years of particle image velocimetry.</a> Exp. Fluids. 39, 159-169 (2015).</li><li>Vetrano, M. R., Simonini, A., Steelant, J., Rambaud, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+characterization+of+a+flashing+jet+by+planar+laser-induced+fluorescence.">Thermal characterization of a flashing jet by planar laser-induced fluorescence.</a> Exp. Fluids. 54, 1573-1583 (2013).</li><li>Dahikar, S. K., Sathe, M. J., Joshi, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigation+of+flow+and+temperature+patterns+in+direct+condensation+using+PIV,+PLIF+and+CFD.">Investigation of flow and temperature patterns in direct condensation using PIV, PLIF and CFD.</a> Chem. Eng. Sci. 65, 4606-4620 (2010).</li><li>Ju&#353;kaitis, R., Mamedov, A. M., Potapov, V. T., Shatalin, S. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Distributed+interferometric+fiber+sensor+system.">Distributed interferometric fiber sensor system.</a> Opt Lett. 17 (22), 1623-1625 (1992).</li><li>Gifford, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Swept-wavelength+interferometric+interrogation+of+fiber+Rayleigh+scatter+for+distributed+sensing.">Swept-wavelength interferometric interrogation of fiber Rayleigh scatter for distributed sensing.</a> Proc. SPIE. 6770, (2007).</li><li>Kreger, S., Gifford, D., Froggatt, M., Soller, B., Wolfe, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+resolution+distributed+strain+or+temperature+measurements+in+single-+and+multi-mode+fiber+using+swept-wavelength+interferometry.">High resolution distributed strain or temperature measurements in single- and multi-mode fiber using swept-wavelength interferometry.</a> Optical Fiber Sensors. 2006, (2006).</li><li>Bersan, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+a+high+resolution+distributed+temperature+sensor+in+a+physical+model+reproducing+subsurface+water+flow.">Application of a high resolution distributed temperature sensor in a physical model reproducing subsurface water flow.</a> Measurement. , (2015).</li><li>Bao, X., Chen, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+progress+in+distributed+fiber+optic+sensors.">Recent progress in distributed fiber optic sensors.</a> Sensors. 12, 8601-8639 (2012).</li><li>Ukil, A., Braendle, H., Krippner, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Distributed+temperature+sensing:+review+of+technology+and+applications.">Distributed temperature sensing: review of technology and applications.</a> IEEE Sensors J. 12 (5), 885-892 (2012).</li><li>Zhou, D., Qin, Z., Li, W., Chen, L., Bao, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-spatial-resolution+distributed+vibration+measurement+using+time-resolved+optical+frequency-domain+reflectometry.">High-spatial-resolution distributed vibration measurement using time-resolved optical frequency-domain reflectometry.</a> Proc. SPIE 22nd Int. Conf. Optical Fiber Sensors. 8421, 842115 (2012).</li><li>Ding, F., Wang, L., Fang, N., Huang, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+study+on+humidity+sensing+using+a+FBG+sensor+with+polyimide+coating.">Experimental study on humidity sensing using a FBG sensor with polyimide coating.</a> SPIE-Int Soc Opt. Eng. 7990, (2011).</li><li>Palmieri, L., Schenato, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Distributed+optical+fiber+sensing+based+on+Rayleigh+Scattering.">Distributed optical fiber sensing based on Rayleigh Scattering.</a> Open Optics J. 7 (1), 104-127 (2013).</li><li>Bhargava, P., Chuang, C. K., Chen, K., Zehnder, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Moisture+diffusion+properties+of+HFPE-II-52+polyimide.">Moisture diffusion properties of HFPE-II-52 polyimide.</a> J Appl Polymer Sci. 102 (4), 3471-3479 (2006).</li><li>Lomperski, S., Gerardi, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessment+of+distributed+fiber+optic+sensors+for+flow+field+temperature+mapping.">Assessment of distributed fiber optic sensors for flow field temperature mapping.</a> Proc. ASME 2014 4th Joint US-European Fluids Engineering Division Summer Meeting and 12th International Conference on Nanochannels, Microchannels, and Minichannels. , 8 (2014).</li><li>Lomperski, S., Bremer, N., Gerardi, C., Lisowski, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Performance+assessment+of+a+50+m-long+fiber+optic+distributed+temperature+sensor+in+a+fluid+dynamics+experiment.">Performance assessment of a 50 m-long fiber optic distributed temperature sensor in a fluid dynamics experiment.</a> , (2016).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Fusion Splicer 70S Instruction Manual. Fujikura Ltd., 70S_Rev2. , (2013).</li><li>Lomperski, S., Gerardi, C., Pointer, W. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fiber+optic+distributed+temperature+sensor+mapping+of+a+jet+mixing+flow+field.">Fiber optic distributed temperature sensor mapping of a jet mixing flow field.</a> Exp. Fluids. 56, 16 (2015).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Biz bir akışkan dinamiği deneyde bir DTS kullanımını göstermiştir. Bu sensörlerin ana avantajı, tek bir sensör elde edilebilir ölçüm noktalarının büyük sayısıdır. Burada kullanılan DTS kadar bu tür termokupllar gibi geleneksel nokta sensörlerinin uygulanabilir sınırlarının ötesinde, bir 0.5 x 0.8 m düzlemi boyunca 4067 noktalarında veri oluşturulur. bu tür veri yoğunluğu lazer kaynaklı floresan (LIF) gibi optik teknikler ile aşılabilir iken, bir DTS opak sıvılar ve optik erişimi olmayan uygulamalarda işleyecektir. Bir DTS yüksek veri yoğunluğu hesaplamalı akışkanlar dinamiği kod doğrulama katılan deneyler için uygundur. Baselining ölçüm doğruluğunu belirlemede kritik protokolde adım ve merkezi. Bir izotermal Test bölümü, başlangıç ​​çizgisi zaman, tüm DTS bir sıcaklıkta olduğundan emin olmak için önemlidir. Bu mümkün değilse, T baz T baz (X), mapp olmalıdır olurDTS yakın yerleştirilen birden fazla TC&#39;ler ederek hazırlanabilir. Bazal kalite bu şekilde geliştirilebilir rağmen, mutlak sıcaklık dönüşüm standartlarına DTS taban çizgisi haritalama sürecini zorlaştırmaktadır. Her zaman öngörülemeyen sinyal vardiya tanıtabilirsiniz bazal sonra zorlanma kaynakları için uyanık, olmak. Bu gibi kaynaklar, örneğin, test edilen sensör uzanan termal genleşme, destek hareketi, dinamik yükleme yüksek akış oranları, veya akış kaynaklı titreşim vardır. izotermal şartlar altında ön ve son test ölçümleri gibi sorunları tespit yardımcı olacaktır. Gerilme duyarlılığı bu Rayleigh saçılması tabanlı DTS ana eksikliktir. Termokupllar gibi geleneksel sensörler aksine, taşıma, nem ve titreşime karşı duyarlıdır. Bu konular burada gösterdi çıplak sensör yapılandırması için en uygun, ama çok daha az önemli kılcal damarlar içinde yer sensörler içindir. Geleneksel sensörlerin aksine, bir DTS evrak, NIST (National Institute of Standards and Technology) gibi tanınmış kalibrasyon standardı için izleme ile tedarik edilemez. In-situ kalibrasyonları bazı zor olabilir bir izotermal testi bölümünde, tercihen, gerekli olan Uygulamalar. Titreşim büyük bir test bölümünde üzerinde sinirli çıplak fiber özel bir endişe kaynağıdır. Biz 1.7 m segment boylarda tankın uzun ekseni yayılan bir dikey yönelimli dizi ile karışık bir başarı oldu. Lif 28 m ve 16 kesimleriyle bir yapılandırma Bir çalışmada 18 sırasında iyi bir performans, ancak 53 m 29 ile segmentlere için başarısız 16 oldu genişletmek için çalışır. Genel olarak, herhangi bir sensör uzunluğu ve yapılandırma için gürültü sorgulayıcı yazılım Rayleigh sinyal kayması hesaplar, üzerinde Gage uzunluğunu artırarak azaltılabilir sinyal, ancak bu etkili uzaysal çözünürlüğü azaltır. her bir Applicayon sinyal gürültü ve uzaysal çözünürlük arasında kendi denge kurmalıdır. Yine, bu tür zorluklar büyük ölçüde genişletilmiş termal tepki süresi pahasına bir kılcal sensörü konut önlenebilir. Bu nispeten yeni sıcaklık ölçüm teknolojisi titreşim yatkınlığı azaltmak için geliştirilmesini gerektirmektedir. Bu çalışmaların çoğu mutlaka sorgulayıcı donanım ve yazılım içerecektir. sensörler kendileri de lif kaplamalar etkilenir taşıma ve nem değişikliklerine karşı hassasiyeti azaltmak için geliştirilmiş olabilir. Çalışma şu anda piyasada mevcut polimid ve akrilat kaplı liflerin üstün kaplamalar geliştirmeye odaklanmak olabilir.

Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) kodları kan akışını arteriyel aşağı uçaklar ve otomobiller etrafında hava akımı gelen sıvı sistemleri geniş bir yelpazede simüle etmek için kullanılır. Bu tür simülasyonlar kapsamı ve sadakat işlem gücü durumu ile büyüdü. Ancak, gelişmiş simülasyon gelişmişliği rağmen, bunların doğruluğu ve güvenilirliği genellikle ölçmek zordur. Uygulamada, CFD kodları doğruluğu süreci olarak adlandırılan kod doğrulama deneysel verilerle simülasyonlar karşılaştırılarak değerlendirilir. Tipik bir deneysel veri seti, titiz kodu doğrulama kolaylaştırmak için ideal yüksek uzaysal ve zamansal çözünürlüğe hem hız ve sıcaklık ölçümlerinin esas oluşur. Hız alanları parçacık görüntüleyerek hız ölçümü (PIV), iyi kurulmuş bir optik teknik 1,2 kullanarak yüksek çözünürlükte eşlenebilir. Bunun aksine, PIV karşılaştırılabilir çözünürlük sıcaklık alanları harita zordur. OpticaLazer indüklemeli fluoresans olarak l teknikleri 3,4 mevcuttur, ancak kameralar ve nispeten yüksek güçlü lazerler gerektirir ve opak akışkanlar için uygun değildir. Bir alternatif Rayleigh saçılımı dayalı ve süpürüldü dalgaboyu enterforemetre (SWI) 5-7 dağıtılmış sıcaklık algılama nispeten yeni tekniği kullanılabilir. Sıcaklık ölçümlerinin binlerce tek bir optik fiber boyunca elde edilebilir. Bir dağıtılmış sıcaklık sensörü (DTS) görüntü tabanlı teknikler 8 için uygun olmayan ortamlarda büyük akış alanları ve fonksiyon yayılabilir. Orada Raman ve Brillouin 9,10 saçılma dayalı PTS&#39;ler, ama sensörler Rayleigh saçılımı dayalı da ve SWI tipik akışkan dinamiği deneyler için mekansal ve zamansal çözünürlük daha uygun sağlamak. Gerçi bu tür Rayleigh scatte dayalı termokupl (TC), sensörler kadar geleneksel sensörleri ötesinde PTS&#39;ler teklif veri yoğunluğuhalka cevap sıcaklığı 11 gibi zorlanma. Fiber kaplama higroskopik ise nem 12,13 değişiklikleri için, sensörler de yanıt verir. Kusma, altta yatan cam elyafı suşları ve sinyal değiştirir ki, bu 14 küçülür ise su buharı emilimi kaplama şişer. Bunun bir sonucu olarak, doğru, taşıma titreşim ve bağıl nem kaymalar etkilenir. Bu oldukça geleneksel sensörlerin aksine ve çok sıradışı kurulum ve ölçüm yöntemleri doğru veri elde etmek için dikkat edilmelidir. Bu yazıda doğruluğunu sağlamak için bir protokol ve yönergeler sunan bir termal karıştırma deneyde bir DTS kullanımını gösterir. Burada kullanılan DTS fiber optik dalga kılavuzu içinde tespit ve Rayleigh saçılması analizine dayanmaktadır. elyaf çekirdeği boyunca yabancı maddeler ve yapısal varyasyonların rastgele dağılımı elyaf ve genel olarak yatay özgü bir geri saçılma desen meydana getirir. spektrum ve genlikBu modelin bir lif imzanız olarak okunabilir. Sıcaklık vardiya veya zorlanma gibi fiziksel değişiklikler tekrarlanabilir bir şekilde imza değiştirir ve imza varyasyonları tespit bir sensör olarak fiber kullanarak temelidir. Şekil 1 optoelektronik algılama cihazının ana bileşenleri, bir optik sensör dağıtılmış sorgulayıcı denilen ve sadece &quot;sorgulayıcı&quot; olarak burada ifade göstermektedir. Süpürüldü dalga boyu interferometre olarak bilinen bir yöntem olarak, bir düşük güç ayarlanabilir lazer 5-7 geri saçılma bileşkesini kayıt amacıyla fibere dar bantlı bir sinyal başlatır. Lazer birkaç nanometre aralıklarla süpüren ve sinyal referans ve ölçüm bacaklarının arasına bölünmüş. Sensörün saçılan ışık detektörleri parazit sinyalleri üretmek için bir referans sinyali ile birleştirilir. Dedektör çıkışı sayısallaştırılmış ve Rayleigh saçılması sinyalini almak için analiz olduğunu. Rayledalga boyu sensörü sıcaklık (zorlanma veya nem) değişiklikler sensör kaymaların igh imzası. bu dalga boyu kaymanın büyüklüğüyle bir TC Seebeck kat benzer bir kalibrasyon faktörü lif tipi ile ilişkili fiziksel bir sabittir hassasiyeti, sensör ile ilgilidir. Şekil 2, bu çalışmada kullanılan deney bölümü olarak hizmet Cam tankı göstermektedir. tankın arkasında kamera ölçek duygusu verir. Hava iki altıgen kanalları yoluyla girer ve bir havalandırma yoluyla çıkmadan önce karıştırır. diğer saf hava kalırken jetleri vurgulamak için, bir akış akışı yağ sisi ile ekilmiştir. Tank kapağı siyah polimer ekrana kaplı bir pencere vardır. fotoğrafın görünür olmasa da, DTS siyah ekran altında askıya alınır. Şek 50 m uzunluğunda DTS depo kapağının altına monte edildi. 3.. Bu 155 mikron çapında poliimid kaplamalı optik fiberden moda olduve tank uç panelleri arasına gerilmiş 127 mikron çapında çelik tel üzerinde asılı. Sensör dalgalı bir tel aracılığıyla dokuma ve ileri geri tankın karşısında 49 kez düğümlenmişti. Bu 0.5 x 0.8 m uçağı kapsayan ve 10 mm aralıkla oversampled zaman 1355 4 Hz bağımsız veri noktaları ve 30 mm uzaysal çözünürlüğü, 4067 veri noktaları oluşturur. Bu tür yüksek yoğunluklu sıcaklık veri hızı verileri tamamlar ve CFD doğrulama için veri setleri değerini artırır. protokol akışkanlar dinamiği deneyde DTS kullanarak belirli kaygılar odaklanırken sensör seçimi, imalat, ve yapılandırma sürecini özetliyor.

<table><tbody><tr><td>Sensor interrogator</td><td>Luna Inc.</td><td>ODiSI-A and -B</td><td>The two systems differ primarily in speed and spatial resolution</td></tr><tr><td>Fusion splicer</td><td>Fujikura</td><td>70S</td><td></td></tr><tr><td>Cleaver</td><td>Fujikura</td><td>CT-3A</td><td></td></tr><tr><td>3-hole jacket stripper</td><td>Fiber Instrument Sales</td><td>F11301T</td><td></td></tr><tr><td>Optical fibers</td><td>OFS, Specialty Photonics Division</td><td>BF06160-02</td><td>Polyimide coating</td></tr><tr><td>Optical fibers</td><td>Newport Corp.</td><td>F-SM1500-4.2/50</td><td>Acrylate coating</td></tr><tr><td>Connector</td><td>AFL Global</td><td>FUSE-LC-9U-SMA-6</td><td></td></tr><tr><td>Termination fiber</td><td>OFS, Specialty Photonics Division</td><td>552 HPWR 040</td><td></td></tr></tbody></table>

fiber optic distributed sensors for high-resolution temperature field mapping

hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) kodları güvenilirliği deneysel verilerle simülasyonlar karşılaştırılarak kontrol edilir. Tipik bir veri seti hız ve sıcaklık okumaları esas, hem de ideal titiz kodu doğrulama kolaylaştırmak için yüksek uzaysal ve zamansal çözünürlüğe sahip oluşur. yüksek çözünürlüklü hızı verileri, kolaylıkla bu parçacık görüntülemeli hız optik ölçme teknikleri ile elde edilirken, içindeki çözünürlüğü sıcaklık verilerini elde etmek zor olduğu kanıtlanmıştır. Böyle termokupllar gibi geleneksel sensörler bu rolü doldurmak değil, ancak Rayleigh saçılması ve süpürüldü dalga interferometriye dayalı dağıtık algılama son gelişmeler CFD kodu doğrulama çalışmaları için uygun çözünürlük sunuyor. sıcaklık ölçümleri Binlerce Hertz yüzlerce tek bir ince fiber optik boyunca oluşturulabilir. Sensörler büyük sıcaklık aralıklarında ve optik teknikler uygun olan opak sıvıların içinde çalışır. Ancak bu tip bir sensörgerilme ve nem gibi sıcaklığa karşı hassastır ve bu yüzden doğru, taşıma titreşim ve bağıl nem kaymalar etkilenir. Böyle bir davranış oldukça geleneksel sensörler benzemez ve bu yüzden sıradışı kurulum ve çalıştırma prosedürleri doğru ölçüm sağlamak için gereklidir. Bu çalışma, 25 ve 45 ° C &#39;de iki hava jeti ile ilgili bir ısı karıştırma deneyinde bir Rayleigh saçılması tipi dağıtılmış sıcaklık sensörü uygulanmasını göstermektedir. Biz sensör için fiber optik seçiminde rehberlik ve bir jet karıştırma deney için kurulum ayarları tanımlamak için kriterleri sunuyoruz. Biz titreşim kaynaklı akış nedeniyle hata olarak mutlak sıcaklık standardına okumaları bağlayan sensör baselining, göstermek ve pratik konuları görüşmek. Bu malzeme akışkan dinamiği deneyler ve benzer uygulamalar için yüksek veri yoğunluğu ve bant genişliği olan sıcaklık ölçümleri ilgilenenler yardımcı olabilir. Biz estetik bilimi için bu sensörler belirli tuzaklar vurgulamakDeney tasarımı ve operasyonda yon.

Ham DTS veri Şekil çizilir. 6 sensörün boyunca mesafeye göre taban sıcaklığında (yaklaşık 20 ° C) ölçülen sıcaklık gradyanını gösteren. veriler mutlak sıcaklık dönüştürülür ne Test bölümünde fiziksel pozisyonlarda eşleştirilmiş olmuştur ne anlamda &quot;ham&quot; olduğunu. Veriler 50 m tam bir sensör uzunluğu boyunca 1.666 bağımsız ölçümler sağlayan bir 30 mm açıklığa dayanmaktadır. 30 mm ölçer 5,000 veri noktalarının sayısını arttıran bir örnekleme modunda 10 mm aralıklarla uygulandı. Bu tür veri yoğunluğu gibi TC&#39;lerin gibi geleneksel sensörleri ile mümkün değildir. Şekil l&#39;de x = 0. 6 sensör tankın doğu ucunda ve x arttıkça geri ve ileri batı ucuna doğru döngüler. soğuk batı je üzerinde olduğu Peaks sensörü sıcak doğu jet üzerinden geçerken meydana geldiği ve daha sonra solmayat. arsa, tek bir DTS ham sinyal oldukça geniş bir bölge üzerinde sıcaklık temel tasviri sağlayabilir bile nasıl göstermektedir. Akış kaynaklı titreşim nedeniyle lif, batı ucuna doğru sinyal gürültü unutmayın. titreşim çıplak gözle görünmez olsa, sinyali aşağılamak için yeterli oldu ve biz uzun sensörler (&gt; 10 m) en sık bu sorunu görüyoruz. Ham veri Şekil test bölümünün üzerine eşleştirilir. DTS dizisi ile oluşturulan 0.5 x 0.8 m ölçüm düzlemi boyunca sıcaklığını gösterir 7. bakış açısı kapağının üzerine aşağı seyir tankın üstünde değil. altıgen kanalların Anahatları bir oryantasyon yardımı olarak dahil edilmiştir. Kapağın altında bantlanmış döngüler hariç tuttuğundan dolayı, kontur 4067 veri noktaları dayanmaktadır. Bitişik sensör segmentleri arasındaki doğrusal interpolasyon 2D kontur oluşturmak için kullanıldı. the kontur doğu jet üzerinde sıcak bölge ile kapağın altında termal desen net bir duygusu sağlar, ancak bunun etrafında değil. Ayrıca belirgin arsa üzerinde y = 0 Tank orta düzlemine, etrafında kaba bir simetri olduğunu. sıcaklık verileri bu tür termal karıştırma ve ısı transferini içeren akışkanlar dinamiği çalışmalarında hız verilerine yararlı bir iltifat olduğunu. Titiz kod doğrulama hem sıcaklık ve hız alanları için böyle yüksek çözünürlük verileri gerektirir. Aynı sensör verileri sıcaklık dalgalanmaları büyüklüğünü ortaya çıkarmak için işlenebilir. 2.000 tarama veri setinin RMS (karekök ortalama) Şekil 8&#39;de çizilmiştir. Eflatun sıcaklık dalgalanmaları nispeten yüksektir bölgeyi işaretler. Bu aynı zamanda iki yükselen jetler kapağın çarpacak olarak etkileşim yüksek türbülans bir bölgedir. RMS veriler, termal karıştırma bağlamında türbülans modelleri için kullanışlıdır. Şekil 1. Sorgulayıcı şematik. Sıcaklık ölçümleri için optik dağıtılmış sensör sorgulayıcı prensibi bileşenleri. Sistem sensörün Rayleigh geri yansıma imzasını karakterize süpürüldü dalga boyu interferometri dayanmaktadır. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54076/54076fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="şekil 2" src="/files/ftp_upload/54076/54076fig2.jpg" /> Şekil 2. Test bölümü deney karıştırma Hava jeti. Havasını üst havalandırma yoluyla çıkmadan önce iki altıgen kanalları ve karışımları vasıtasıyla tabanı ile tanka girer. Kapak penceresini kaplayan siyah ekran 3 mm DTS (görünmez) üzerindedir. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54076/54076fig2large.jpg" target="_blank">Pl</a>kolaylık, bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın. <img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/54076/54076fig3.jpg" /> Şekil yapılandırmasını montaj 3. DTS. Tankın uzun ekseni boyunca sinirli çelik destek telleri arasındaki dokuma DTS gösteren tankın üstten görünümü. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54076/54076fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 4," src="/files/ftp_upload/54076/54076fig4.jpg" /> Şekil 4. DTS yakın çekim. Close-up havya ile eşlenmesi için sensör döngüler, eki ve ilk test noktasının konumunu vurgulamak için yukarı kapağın tankın içinden görüntüsü DTS fotoğraf. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54076/54076fig4large.jpg" target="_blank">Büyük halini görmek için tıklayınız Bu fi</a>şekil. <img alt="Şekil 5," src="/files/ftp_upload/54076/54076fig5.jpg" /> Şekil 5. Rayleigh saçılması sinyali. Sensör yapılandırma programı (burada görülmesi için kısa sensörü) ile kaydedilen tipik Rayleigh saçılması sinyali. Uygun sonlandırma gürültü tabanı keskin sinyal düşüşü üretecektir. Konnektörünün hafif sinyal adım ve mütevazı yansıma düzgün eklenmiş konnektörü özelliğidir. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54076/54076fig5large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 6," src="/files/ftp_upload/54076/54076fig6.jpg" /> Şekil 6. Ham DTS verileri. 25 ° C&#39;de 45 ° C&#39;de sıcak doğu jet ham DTS veri tek tarama ve soğuk batı jet Sensör doğrudan nerede zirveleri ortaya<html> Sıcak jet üstünde. Sensör ve geriye depo duvarları arasında döngü olduğunu hatırlayın. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54076/54076fig6large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 7," src="/files/ftp_upload/54076/54076fig7.jpg" /> Aşağıdaki kapak. Şekil 7. Ölçülen hava sıcaklığı tank içindeki fiziksel konumuna mutlak sıcaklık dönüştürülür ve eşleştirilmiş ham veriyi DTS. Veriler 4 Hz açmış 2,000 taramaları dayalı. Veri aralığı 4.067 çizilen veri noktaları, toplam 10 mm. Sensör kesimleri arasında bölgeleri doldurmak için kullanılan lineer interpolasyon. Altıgenler girişlerinin konumlarını göstermektedir. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54076/54076fig7large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> 54076fig8.jpg &quot;/&gt; Şekil 8. Kök ölçülen sıcaklığın kare (RMS) anlamına gelir. Şekil çizilir verilerin RMS. 7. Eflatun yüksek sıcaklık dalgalanmaları ve sıcak ve soğuk jetleri termal karışmasını gösterir. Altıgenler girişlerinin konumlarını göstermektedir. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54076/54076fig8large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="tablo 1" src="/files/ftp_upload/54076/54076table1.jpg" /> 1 m / sn ve 20 ° C de çapraz akış seçilen elyaf türleri ve konut konfigürasyonları için büyüklüğü termal tepki süresi Tablo 1. al. <img alt="Tablo 2" src="/files/ftp_upload/54076/54076table2.jpg" /> Tablo 2. Seçilen kaplama yapılandırmaları için yaklaşık çalışma sıcaklığı sınırları ve nem hassasiyetleri.

Watch this Scientific Journal Video about Fiber Optic Distributed Sensors for High-resolution Temperature Field Mapping at JoVE.com

Fiber Optic Distributed Sensors for High-resolution Temperature Field Mapping

Bu hava jetleri karıştırma sıcaklık alanını eşleştirmek için bir fiber optik sensör dağıtılmış kullanımını göstermektedir. Rayleigh saçılması tabanlı sensör gibi termokupllar gibi geleneksel sensörleri ile ulaşılamaz istisnai uzaysal çözünürlüğü sağlamak için tek bir fiber boyunca veri noktaları binlerce üretir.

Yüksek çözünürlüklü Sıcaklık Alan Haritalama için Fiber Optik Sensörler Dağıtılmış

The reliability of computational fluid dynamics (CFD) codes is checked by comparing simulations with experimental data. A typical data set consists ...

fiber-optic-distributed-sensors-for-high-resolution-temperature-field

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Engineering

11.9K Görüntüleme.  Argonne National Laboratory.  Bu hava jetleri karıştırma sıcaklık alanını eşleştirmek için bir fiber optik sensör dağıtılmış kullanımını göstermektedir. Rayleigh saçılması tabanlı sensör gibi termokupllar gibi geleneksel sensörleri ile ulaşılamaz istisnai uzaysal çözünürlüğü sağlamak için tek bir fiber boyunca veri noktaları binlerce üretir. 

Video: Fiber Optic Distributed Sensors for High-resolution Temperature Field Mapping

Method for Simultaneous fMRI/EEG Data Collection during a Focused Attention Suggestion for Differential Thermal Sensation

In the present work, we demonstrate a method for concurrent collection of EEG/fMRI data. In our setup, EEG data are collected using a high-density 256-channel sensor net. The EEG amplifier itself is contained in a field isolation containment system (FICS), and MRI clock signals are synchronized with EEG data collection for subsequent MR artifact characterization and removal. We demonstrate this method first for resting state data collection. Thereafter, we demonstrate a protocol for EEG/fMRI data recording, while subjects listen to a tape asking them to visualize that their left hand is immersed in a cold-water bath and referred to, here, as the cold glove paradigm. Thermal differentials between each hand are measured throughout EEG/fMRI data collection using an MR compatible temperature sensor that we developed for this purpose. We collect cold glove EEG/fMRI data along with simultaneous differential hand temperature measurements both before and after hypnotic induction. Between pre and post sessions, single modality EEG data are collected during the hypnotic induction and depth assessment process. Our representative results demonstrate that significant changes in the EEG power spectrum can be measured during hypnotic induction, and that hand temperature changes during the cold glove paradigm can be detected rapidly using our MR compatible differential thermometry device.

We present a protocol for concurrent collection of EEG/fMRI data, and synchronized MR clock signal recording. We demonstrate this method using a unique paradigm whereby subjects receive &#x2018;cold glove&#x2019; instructions during scanning, and EEG/fMRI data are recorded along with hand temperature measurements both before and after hypnotic induction.

Diferansiyel Termal His için Odaklanmış Dikkat Önerisi Sırasında Eşzamanlı fMRI/EEG Veri Toplama Yöntemi

In the present work, we demonstrate a method for concurrent collection of EEG/fMRI data. In our setup, EEG data are collected using a high-density ...

Davranış

Surface Renewal: An Advanced Micrometeorological Method for Measuring and Processing Field-Scale Energy Flux Density Data

Advanced micrometeorological methods have become increasingly important in soil, crop, and environmental sciences. For many scientists without formal training in atmospheric science, these techniques are relatively inaccessible. Surface renewal and other flux measurement methods require an understanding of boundary layer meteorology and extensive training in instrumentation and multiple data management programs. To improve accessibility of these techniques, we describe the underlying theory of surface renewal measurements, demonstrate how to set up a field station for surface renewal with eddy covariance calibration, and utilize our open-source turnkey data logger program to perform flux data acquisition and processing. The new turnkey program returns to the user a simple data table with the corrected fluxes and quality control parameters, and eliminates the need for researchers to shuttle between multiple processing programs to obtain the final flux data. An example of data generated from these measurements demonstrates how crop water use is measured with this technique. The output information is useful to growers for making irrigation decisions in a variety of agricultural ecosystems. These stations are currently deployed in numerous field experiments by researchers in our group and the California Department of Water Resources in the following crops: rice, wine and raisin grape vineyards, alfalfa, almond, walnut, peach, lemon, avocado, and corn.

Surface renewal is a micrometeorological method that is being used increasingly to determine energy fluxes, but its technical complexity makes it inaccessible to a broad audience. We describe the steps needed to set up and calibrate a surface renewal field station, to acquire and process data, and to correctly interpret results.

Advanced micrometeorological methods have become  increasingly important in soil, crop, and environmental sciences.  For many scientists without formal ...

Çevre

High-resolution Fiber-optic Microendoscopy for in situ Cellular Imaging

Many biological and clinical studies require the longitudinal study and analysis of morphology and function with cellular level resolution. Traditionally, multiple experiments are run in parallel, with individual samples removed from the study at sequential time points for evaluation by light microscopy. Several intravital techniques have been developed, with confocal, multiphoton, and second harmonic microscopy all demonstrating their ability to be used for imaging in situ 1. With these systems, however, the required infrastructure is complex and expensive, involving scanning laser systems and complex light sources. Here we present a protocol for the design and assembly of a high-resolution microendoscope which can be built in a day using off-the-shelf components for under US$5,000. The platform offers flexibility in terms of image resolution, field-of-view, and operating wavelength, and we describe how these parameters can be easily modified to meet the specific needs of the end user.
We and others have explored the use of the high-resolution microendoscope (HRME) in in vitro cell culture 2-5, in excised 6 and living animal tissues 2,5, and in human tissues in vivo 2,7. Users have reported the use of several different fluorescent contrast agents, including proflavine 2-4, benzoporphyrin-derivative monoacid ring A (BPD-MA) 5, and fluoroscein 6,7, all of which have received full, or investigational approval from the FDA for use in human subjects. High-resolution microendoscopy, in the form described here, may appeal to a wide range of researchers working in the basic and clinical sciences. The technique offers an effective and economical approach which complements traditional benchtop microscopy, by enabling the user to perform high-resolution, longitudinal imaging in situ.

High-resolution Fiber-optic Microendoscopy for in situ Cellular Imaging

In many biological and clinical situations it is advantageous to study cellular processes as they evolve in their native microenvironment. Here we describe the assembly and use of a low-cost fiber-optic microscope which can provide real time imaging in cell culture, animal studies, and clinical patient studies.

Yüksek çözünürlüklü Fiber-optik Mikroendoskopi In situ Hücresel Görüntüleme

Many biological and clinical studies require the longitudinal study and analysis of morphology and function with cellular level resolution.  ...

Biyomühendislik

Development of Whispering Gallery Mode Polymeric Micro-optical Electric Field Sensors

Optical modes of dielectric micro-cavities have received significant attention in recent years for their potential in a broad range of applications. The optical modes are frequently referred to as "whispering gallery modes" (WGM) or "morphology dependent resonances" (MDR) and exhibit high optical quality factors. Some proposed applications of micro-cavity optical resonators are in spectroscopy1, micro-cavity laser technology2, optical communications3-6 as well as sensor technology. The WGM-based sensor applications include those in biology7, trace gas detection8, and impurity detection in liquids9. Mechanical sensors based on microsphere resonators have also been proposed, including those for force10,11, pressure12, acceleration13 and wall shear stress14. In the present, we demonstrate a WGM-based electric field sensor, which builds on our previous studies15,16. A candidate application of this sensor is in the detection of neuronal action potential.
The electric field sensor is based on polymeric multi-layered dielectric microspheres. The external electric field induces surface and body forces on the spheres (electrostriction effect) leading to elastic deformation. This change in the morphology of the spheres, leads to shifts in the WGM. The electric field-induced WGM shifts are interrogated by exciting the optical modes of the spheres by laser light. Light from a distributed feedback (DFB) laser (nominal wavelength of ~ 1.3 &mu;m) is side-coupled into the microspheres using a tapered section of a single mode optical fiber. The base material of the spheres is polydimethylsiloxane (PDMS). Three microsphere geometries are used: (1) PDMS sphere with a 60:1 volumetric ratio of base-to-curing agent mixture, (2) multi layer sphere with 60:1 PDMS core, in order to increase the dielectric constant of the sphere, a middle layer of 60:1 PDMS that is mixed with varying amounts (2% to 10% by volume) of barium titanate and an outer layer of 60:1 PDMS and (3) solid silica sphere coated with a thin layer of uncured PDMS base. In each type of sensor, laser light from the tapered fiber is coupled into the outermost layer that provides high optical quality factor WGM (Q ~ 106). The microspheres are poled for several hours at electric fields of ~ 1 MV/m to increase their sensitivity to electric field.

A high-sensitivity photonic micro sensor was developed for electric field detection. The sensor exploits the optical modes of a dielectric sphere. Changes in the external electric field perturb the sphere morphology leading to shifts in its optical modes. The electric field strength is measured by monitoring these optical shifts.

Galeri Modu Polimerik Mikro-optik Elektrik Alan Sensörleri Whispering Gelişimi

Optical modes of dielectric micro-cavities have received significant attention in recent years for their potential in a broad range of applications. The ...

Mühendislik

Fabrication and Testing of Photonic Thermometers

In recent years, a push for developing novel silicon photonic devices for telecommunications has generated a vast knowledge base that is now being leveraged for developing sophisticated photonic sensors. Silicon photonic sensors seek to exploit the strong confinement of light in nano-waveguides to transduce changes in physical state to changes in resonance frequency. In the case of thermometry, the thermo-optic coefficient, i.e., changes in refractive index due to temperature, causes the resonant frequency of the photonic device such as a Bragg grating to drift with temperature. We are developing a suite of photonic devices that leverage recent advances in telecom compatible light sources to fabricate cost-effective photonic temperature sensors, which can be deployed in a wide variety of settings ranging from controlled laboratory conditions, to the noisy environment of a factory floor or a residence. In this manuscript, we detail our protocol for the fabrication and testing of photonic thermometers.

We describe the process of fabrication and testing of photonic thermometers.

İmalat ve fotonik termometreler test

In recent years, a push for developing novel silicon photonic devices for telecommunications has generated a vast knowledge base that is now being ...

Kimya

A Random-displacement Measurement by Combining a Magnetic Scale and Two Fiber Bragg Gratings

Long-distance displacement measurements using optical fibers have always been a challenge in both basic research and industrial production. We developed and characterized a temperature-independent fiber Bragg grating (FBG)-based random-displacement sensor that adopts a magnetic scale as a novel transferring mechanism. By detecting shifts of two FBG center wavelengths, a full-range measurement can be obtained with a magnetic scale. For identification of the clockwise and counterclockwise rotation direction of the motor (in fact, the direction of movement of the object to be tested), there is a sinusoidal relationship between the displacement and the center wavelength shift of the FBG; as the anticlockwise rotation alternates, the center wavelength shift of the second FBG detector shows a leading phase difference of around 90&#176; (+90&#176;). As the clockwise rotation alternates, the center wavelength shift of the second FBG displays a lagging phase difference of around 90&#176; (-90&#176;). At the same time, the two FBG-based sensors are temperature independent. If there is some need for a remote monitor without any electromagnetic interference, this striking approach makes them a useful tool for determining the random displacement. This methodology is appropriate for industrial production. As the structure of the whole system is relatively simple, this displacement sensor can be used in commercial production. In addition to it being a displacement sensor, it can be used to measure other parameters, such as velocity and acceleration.

A protocol to create a full-range linear displacement sensor, combining two packaged fiber Bragg grating detectors with a magnetic scale, is presented.

Manyetik Ölçek ve İki Fiber Bragg Gratings Birleştirerek Rastgele Yer Değiştirme Ölçümü

Long-distance displacement measurements using optical fibers have always been a challenge in both basic research and industrial production. We developed ...

A Silicon-tipped Fiber-optic Sensing Platform with High Resolution and Fast Response

In this article, we introduce an innovative and practically promising fiber-optic sensing platform (FOSP) that we proposed and demonstrated recently. This FOSP relies on a silicon Fabry-Perot interferometer (FPI) attached to the fiber end, referred to as Si-FOSP in this work. The Si-FOSP generates an interferogram determined by the optical path length (OPL) of the silicon cavity. Measurand alters the OPL and thus shifts the interferogram. Due to the unique optical and thermal properties of the silicon material, this Si-FOSP exhibits an advantageous performance in terms of sensitivity and speed. Furthermore, the mature silicon fabrication industry endows the Si-FOSP with excellent reproducibility and low cost toward practical applications. Depending on the specific applications, either a low-finesse or high-finesse version will be utilized, and two different data demodulation methods will be adopted accordingly. Detailed protocols for fabricating both versions of the Si-FOSP will be provided. Three representative applications and their according results will be shown. The first one is a prototype underwater thermometer for profiling the ocean thermoclines, the second one is a flow meter to measure flow speed in the ocean, and the last one is a bolometer used for monitoring exhaust radiation from magnetically confined high-temperature plasma.

This work reports an innovative silicon-tipped fiber-optic sensing platform (Si-FOSP) for high-resolution and fast-response measurement of a variety of physical parameters, such as temperature, flow, and radiation. Applications of this Si-FOSP span from oceanographic research, mechanical industry, to fusion energy research.

Silikon uçlu Fiber Optik algılama peron ile yüksek çözünürlüklü ve hızlı tepki

In this article, we introduce an innovative and practically promising fiber-optic sensing platform (FOSP) that we proposed and demonstrated recently. This ...

Design, Instrumentation and Usage Protocols for Distributed In Situ Thermal Hot Spots Monitoring in Electric Coils using FBG Sensor Multiplexing

Random wound coils are a key operational element of most electric apparatus in modern industrial systems, including low voltage electric machines. One of the major current bottlenecks in improved exploitation of electrical devices is the high sensitivity of their wound components to in-service thermal stress. The application of conventional thermal sensing methods (e.g., thermocouples, resistance temperature detectors) for thermal condition monitoring of current carrying random wound coils can impose considerable operational limitations due to sensor size, EMI sensitivity and the existence of electrically conductive material in their construction. Another substantial limitation exists in distributed sensing applications and is caused by what is often a considerable length and volume of conventional sensor wiring leads.
This paper reports the design of a fiber optic FBG&#160;sensing system&#160;intended for enabling real-time distributed internal thermal&#160;condition monitoring within random wound coils. The procedure of random wound coil instrumentation with the FBG sensing system is reported in a case study on an IEEE standard wound coil representative of those utilized in electrical machines. The reported work also presents and discusses important practical and technical aspects of FBG sensing system implementation and application, including the FBG array geometry design, sensing head and fiber packaging, the sensor array installation and calibration procedure and the use of a commercial interrogation system for obtaining thermal measurements. Finally, the in situ multiplexed FBG sensing system thermal monitoring performance is demonstrated in representative static and dynamic thermal conditions.&#160;

This paper presents a protocol that enables instrumentation of random wound electric coils with fiber Bragg grating (FBG) thermal sensors for the purpose of distributed condition monitoring of internal thermal hot spots.

FBG Sensör Lüplama kullanılarak Elektrikli Bobinlerde Situ Termal Sıcak Noktalar İzlemesi Için Tasarım, Enstrümantasyon ve Kullanım Protokolleri

Random wound coils are a key operational element of most electric apparatus in modern industrial systems, including low voltage electric machines. One of ...

Optimizing Brillouin Optical Time-Domain Analyzers Based on Gain Spectrum Engineering

Demonstrated is a unique method for sensing performance enhancement in Brillouin optical time-domain analyzers (BOTDA). A Brillouin gain spectrum (BGS) is superimposed with two symmetric Brillouin loss spectra (BLS). This leads to a complex engineered spectrum shape that is more resistant to the sensing system noise. Instead of only one pump and probe interaction as in the conventional BOTDA setup, three optical probe waves are exploited, with one probe located in the BGS and the other two symmetrically in the BLS. Due to the resistance and insensitivity of the engineered spectrum shape to the noise, the sensing performance is enhanced by 60% and the measurand resolution is doubled.

A protocol for Brillouin optical time-domain analyzers based on gain spectrum engineering is presented. Enhancements in the sensing performance, including sensing range and measurand resolution are achieved and the excess Brillouin intensity noise is studied. The protocol introduces a new way to enhance distributed Brillouin sensing performance.

Demonstrated is a unique method for sensing performance enhancement in Brillouin optical time-domain analyzers (BOTDA). A Brillouin gain spectrum (BGS) is ...

Eser Gaz Spektroskopisinde Uygulama için Bir Fabry-Pérot Etalon İmalatı

Fabrication of a Low-Cost, Fiber-Coupled, and Air-Spaced Fabry-P&#233;rot Etalon

Fabry-P&#233;rot etalons (FPE) have found their way into many applications. In fields such as spectroscopy, telecommunications, and astronomy, FPEs are used for their high sensitivity as well as their exceptional filtering capability. However, air-spaced etalons with high finesse are usually built by specialized facilities. Their production requires a clean room, special glass handling, and coating machinery, meaning commercially available FPEs are sold for a high price. In this article, a new and cost-effective method to fabricate fiber-coupled FPEs with standard photonic laboratory equipment is presented. The protocol should serve as a step-by-step guide for the construction and characterization of these FPEs. We hope this&#160;will enable researchers to conduct fast and cost-effective prototyping of FPEs for various fields of application. The FPE, as presented here, is used for spectroscopic applications. As shown in the representative results section via proof of principle measurements of water vapor in ambient air, this FPE has a finesse of 15, which is sufficient for the photothermal detection of trace concentrations of gases.

Yazar Spot Işığı: Düşük Maliyetli, Elyaf Bağlantılı ve Hava Aralıklı Fabry-Pérot Etalon'un İmalatı  

This protocol describes the construction of a low-cost, discrete, fiber-coupled, and air-spaced Fabry-Perot etalon with various applications, such as in trace-gas spectroscopy. The fabrication is possible in any facility with standard optical laboratory equipment available.

Düşük maliyetli, fiber bağlantılı ve hava aralıklı Fabry-Pérot etalon imalatı

Fabry-P&#233;rot etalons (FPE) have found their way into many applications. In fields such as spectroscopy, telecommunications, and astronomy, FPEs are ...