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.

アプリケーションのための1.最適なセンサータイプ<ol><li>サンプリング速度およびデータ点の数との間のトレードオフに基づいて、センサの長さを選択します。 注：One質問器サンプルセンサまでの長さはメートル50から2.5 Hzから解像度で、&lt;10ミリメートル、他のサンプルセンサながら、最大10メートル、長さ5ミリメートルの解像度と100 Hzで。 </li><li>サービス温度制限、時間応答、湿度感度、およびインストール構成（裸またはキャピラリー中）の要件に基づいて、単一モード光ファイバの種類を選択します。 注：ここでは、155μmの直径のポリイミドコーティングされたシングルモードの商用通信光ファイバを使用してきました。 注：我々は我々の研究室で使用している繊維と構成の例として、 表1と表 2を参照してください。 </li></ol> 2.テストセクションに光ファイバをインストールします。 <ol><li>長いガラス側板の1つを取り外して、オープンテストセクション。 </li><li>ドリル直径1mmの穴側壁ワイヤアンカー（ 図3）のための蓋下3 mm単位。 注：アンカーはセンサーをサポートする鋼線を保持します。アンカーピッチは、試験部のサイズおよび流れから予想される動的負荷に応じて変化させることができます。ここで使用される20ミリメートルピッチが1メートル/秒に近い流れで最小の振動と安定した証明しました。振動が壊れるのDTS信号と長いセンサー15,16と、より問題があります。 </li><li>文字列タンクの両端にある真鍮のアンカーにそれを結ぶことにより、テストセクション全体で127μmの直径の鋼線材。タンク全体に張ら47ワイヤセグメントの合計があるまで繰り返します。 </li><li> （0.5メートル&lt;可能性が高いが、スプライシングでの習熟度に依存する）スプライシングコネクタおよび終端繊維で消費される準備金との通信/電気技師のはさみを用いた光ファイバの50メートルをカット。小さなスプールにこの繊維を収集し、直径〜50ミリメートル。 </li><li>温度ウィットを測定するために選択された領域の一端に第1センサセグメントを築きますHセンサアレイ。 注：最初のセグメントが位置に固定された後、繊維は、隣接するセグメントに対してループ位置に固定され、より多くの繊維は、すべての繊維が使用されるまで、アレイを構築し、反復プロセスの次のセグメントに分配されます。 </li><li>必要に応じてスプールから他、調剤ファイバにタンクの一方の側から作業、隣接する配線の上方および下方繊維を織ります。 注： 図2に示すように 、繊維は、ワイヤに垂直です。他の内の1つの方向と流れに重力の力に抗して、それを支える織りと3。 </li><li>従来の明確なテープまたはポリイミドフィルムテープで蓋に第1のファイバセグメントの各端に取り付けます。配列の最初のセグメントは、所定の位置になりました。 注：ギターの弦のようにぴんと張らセンサーが、真っ直ぐで、可視たるみを取るには十分ではなくピンと張った状態を修正しないでください 。センサーがサポートで、小さな変形を引っ張られた場合は、 例えば 、熱EXPAN蓋のシオンは、この緊張を変更し、異常信号のオフセットと測定誤差が発生します。 </li><li> 図に示すように、ループ繊維180度は、次のセグメントのためにそれをバック戻ります。 4と第1のセグメントから10mmの距離で蓋にテープを。 注：それは「無駄な繊維」（配列の一部ではない）であるため、ループの直径を最小化し、それが許容応力のために約30 mm以上でなければなりません。ここで使用される繊維は目立っ信号損失で数ヶ月のための30ミリメートルの直径のループを容認しているが、限界が繊維の種類によって異なります。ここで使用される繊維は、製造元は≥10ミリメートルと≥17ミリメートルとして「長期」限度として「短期」曲げ半径の制限を指定します。 </li><li>再び位置にタンクとテープの反対側に配線間の繊維を織ります。すべての繊維が使用されるまで、ループテーピング、および製織プロセスを繰り返します。 </li></ol> 3.スプライスコネクタとTerminaファイバへン<ol><li>製造業者の使用説明書17以下の融着接続機を使用してファイバの一端にLC型シングルモードコネクタスプライス。 </li><li>電気技師/通信ハサミで〜0.25メートル終端繊維をカットし、製造業者の指示に従って、融着接続機で再び、光ファイバの他端にスプライス。 注：このアセンブリ（ファイバ、コネクタ、および終端）は、現在、「センサ」と呼ぶことにします。終端ファイバは、質問に戻ることを防止するために、レーザパルスからの残差信号を分散させます。 </li></ol> 4.センサの設定<ol><li>質問器ポートにセンサーのLCタイプコネクタ端を接続し、設定ソフトウェアを起動します。 </li><li>スキャンが完了すると自動的に表示され、「取得」（温度データとは異なる）を選択することによって、センサ振幅データを生成します。 注：遺伝子を持つことになり、良好なスプライスとセンサーのトレース図1に示すRAL特性。 5。悪いスプライス不明瞭ノイズフロアまたはコネクタが予想される支配的な反射によって示すことができます。貧しいスプライスが疑われる場合は、ステップ3とスプライシング手順を繰り返すように戻ります。 </li><li>センサーの最初と最後に赤いカーソルを画面に表示されている黄色のカーソルをドラッグすることで、センサの活性部分を選択します。 </li><li>センサーに名前を付け、「センサーファイルを保存」を選択します。 注：センサーは現在設定され、使用できるようになります。 </li><li>コンフィギュレーション・ソフトウェアを終了し、測定ソフトウェアに切り替えます。 </li></ol>テストセクション内の5地図センサーの位置<ol><li>質問器の測定ソフトウェアを起動し、ちょうど構成されたセンサをロードします。 </li><li> 5〜10分間予熱、〜40％に設定された可変変圧器へのはんだごてを接続します。 注：はんだごては、マッピングのための局所的な温度スパイクを生成します。はんだごて缶メートルそれほど明確スパイクを取得するだけの十分な電力を使用して、低トランス設定で始まる繊維コーティングをELTとセンサーを台無しに。 10-20℃のスパイクは、このプロセスには十分。 </li><li>画面上でライブデータをプロットする質問器のソフトウェアで「測定」を選択します。 </li><li>画面上のセンサ全体を表示するには、ズームアウト。 </li><li>センサーの近くに半田ごてを持って、簡単に最初のマッピング点でそれに触れて、ここでそれは蓋満たしベントからセグメント遠い（図4）。 </li><li>テストセクション内の対応する物理的な場所と一緒にソフトウェアによって示されるように温度ピークのレコード位置。 </li><li>すべての49のセグメントのエンドポイントをマップするために5.5から5.6を繰り返します。 </li></ol> 6.センサーベースライン：絶対温度へのリンク<ol><li> DTS近い位置1つ以上の温度基準、 例えば 、TC又は抵抗温度検出器（RTD）は、絶対的なTE標準連結DTSの読みとして機能しますmperature。 </li><li>ステップ2.1で削除された長いガラスサイドプレートを交換することにより、タンクをクローズアップ。 </li><li>毛布や従来の断熱パネルでそれをラップすることにより、タンクを絶縁し、それが等温雰囲気を​​確立するために一晩座ってすることができます。 </li><li> 、質問ソフトウェアを起動し、「ベースライン」（または「風袋」）を選択して、同時に注意/ TC（またはRTD）の読み取りを記録。ソフトウェアは、ベースラインで終了すると、選択し「測定」は、ベースラインの品質を検査するために生データをプロットします。 注：この重要なステップは、DTSのベースラインを確立し、信号が今、ゼロを示す必要があり、 すなわち 、ΔT（x）の度合いを0±割合を=。 - T（x）はABSがファイバに沿っ絶対温度であり、Tのベースは 、ベースラインであるT 塩基 、ΔT（x）は= T（x）がABS：タンク温度が基準温度から発散するように、今から、信号が変化します温度6,18。試験切断面の場合nは非等温である、T ベースは位置の関数、 すなわち 、T 塩基 （X）になり、T 塩基（x）は 、複数のTCまたはRTD（議論のセクションを参照）にマッピングされていない限り、精度が損なわれます。 移動しないでくださいステップ7が完了するまで、またはいずれかの方法でそれに負担が測定精度を低下させる可能性がオフセットを導入することができます。センサーをタッチします。 </li><li>ゼロから遠くドリフトしてはならないライブ信号を、調べます。ドリフトがアプリケーションのために過剰である場合には（私たちの限界はおよそ0.5〜5分後に°C）で、試験部のためのより多くの時間が熱平衡に達し、および/または絶縁性を向上することができます（下記の注を参照）、その後、ステップ6.4を繰り返します。 注：信号の品質がすぐにベースライン後に常に最善であると試験部内の温度分布に応じて時間をかけてドリフトします。ベースライニングの前に良好な絶縁性と長い待機期間は、ドリフトや測定誤差を低減します。かなりの、急速なドリフトは、テストセクションがないであることを示します最終的には不正確な測定につながる等温、。 </li><li>質問機ソフトウェアのロギング機能を選択して、ちょうどベースラインを生成するのに使用したのと同じ停滞、等温条件のためのDTSデータの10-100スキャンを記録。また、録音TC / RTDの読書。 注：これは試験部または支持体の流れまたは予期しない変形からの歪みによって生成することができるオフセットの事後チェックのための予備データです。 </li></ol> 7.テストの実行<ol><li>空気の流れを生成し、各チャンネルに1.25キロ/秒で流量と一致するように流量コントローラを調整するためにコンプレッサーをオンにします。 注：平均流入速度は1.1メートル/秒であり、レイノルズ数は10,000です。 </li><li>周囲温度であり、西ジェット、上記東ジェットを暖める600 Wに設定しヒータ電力20°C。 </li><li>システムが平衡に到達するために夜間に実行することを可能にします。 </li><li>次の日は、ノイズレベルを評価するためのライブDTS信号を調べます。センサー「ゲージリットルを選択許容可能なノイズレベルを達成するためのソフトウェアでength &quot;（30ミリメートルゲージがここで使用されます）。 注：ゲージ長は、空間分解能のセンサに対応します。一般に、信号ノイズが大きくなるゲージ長さが減少するにつれて、フローによって誘発される振動が大きくなるように（ユーザーガイドおよび基準13及び14を参照）。 </li><li> 4 Hzで2000 DTSスキャンをログに記録します。 </li><li>ヒータ電力と空気の流れをオフにします。タンクはチェックをオフセット平衡に達すると事後テストのために保存試験前のデータセットを補完するために10-100 DTSスキャンを記録するために一晩放置します。 </li></ol> 8.データ解析<ol><li>独自のバイナリ形式であるテストデータを、質問ソフトウェアのメインウィンドウでの後処理機能を選択し、インポートします。 </li><li>従来のスプレッドシートプログラムで読み取ることができプレーンテキストファイルとしてデータをエクスポートします。 注： - T ベースこのデータは、ΔT（X）= T（x）の絶対繊維に沿って測定されたΔTを表します。それはへの参照が含まれていません試験セクションの位置（ 図6参照）。その他の詳細は、このステップと次のための質問機のユーザーズ・ガイドとリファレンス6と16でご利用いただけます。 </li><li>従来のスプレッドシートにインポートするテキストデータとは、すべてのデータに、ステップ6.4でTCまたはRTDによって測定されたT ベースラインを 、追加することにより、絶対温度に変換します。 注：我々はテストセクションは、ベースライン時に等温であったことを規定しているので、T（x）はABS =ΔT（x）は+ T ベースライン ：絶対温度への変換は、単に単一値のオフセット補正です。 </li><li> T（x）のデータを分解し、 図7および図8に示すようなテストセクション内の物理的な位置にマップするために、表計算ソフトや同様のデータ操作プログラムを使用してください。 注：プログラムは、ステップ5で半田ごてで収集したデータを利用します。 </li></ol>

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	<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.

我々は、流体力学の実験でDTSを使用することを実証しました。これらのセンサの主な利点は、単一のセンサから得られる測定点の大きな数です。ここで使用DTSははるかにこのような熱電対のような従来のポイントセンサの実用的な限界を超えて、0.5×0.8メートル面全体に4067点のデータを生成しました。このようなデータ密度は、レーザ誘起蛍光（LIF）などの光学技術により超過することができますが、DTSは、光アクセスを欠いている不透明な流体およびアプリケーションで機能します。 DTSの高いデータ密度は、計算流体力学コードの検証に関係する実験のために適しています。 ベースラインは、測定精度を決定する際のプロトコルと中央における重要なステップです。等温試験部は、ベースライン時に全体DTSは1温度であることを確認することが不可欠です。これが不可能な場合、T 塩基は Tと塩基 （X）、MAPPあるべきなりますDTSに近接して配置された複数のTCによってエド。ベースラインの品質がこの方法で向上させることができるが、それは絶対的な温度への変換のための基準にDTSの基準をマッピングするプロセスを複雑にします。 常に予測不可能な信号シフトを導入することができ、ベースライン後の歪みの発生源に目を光らせ、上にあります。このようなソースは、センサ、支持体の動き、高流量から動的ロード、または流動励起振動を伸ばし、例えば、試験部の熱膨張です。等温条件下で前と事後テストの測定は、このような問題を特定するのに役立ちます。 ひずみ感度はこのレイリー散乱に基づくDTSの主な欠点です。熱電対のような従来のセンサとは異なり、それが取り扱い、湿度、振動に敏感です。これらの問題は、ここで実証裸のセンサ構成のために最も関連しているが、はるかに重要な毛細血管内に収容されたセンサ用。 従来のセンサとは異なり、DTSは、NIST（国立標準技術研究所）として認識された校正標準にトレース事務処理で調達することはできません。 その場校正がいくつかでは困難であってもよい、好ましくは等温試験部と、必要とされますアプリケーション。振動は、大規模なテストセクションを横切って張らベアファイバのための特別な関心事です。私たちは、1.7メートルのセグメント長でタンクの長軸にまたがる垂直配向アレイとの混合成功を収めています。一つの研究18の間によく行っ繊維と16セグメントの28メートルの構成を例示したが、しかし、29セグメントと53メートルに拡張しようとしたが失敗した16でした。 一般に、任意のセンサの長さおよび構成のための信号ノイズは、質問ソフトウェアはレイリー信号のずれを算出し、これは効果的な空間分解能を減少させる上でのゲージ長さを増加させることによって減少させることができます。各アプリケーションは、信号雑音と空間分解能の間、自身のバランスを取る必要があります。再び、このような困難性は、主に、拡張熱応答時間を犠牲にし、毛細管内のセンサを収容することによって回避することができます。 この比較的新しい温度測定技術は、振動に対する感受性を低下させるための開発が必要となります。この作業の多くは、必ずしも質問器のハードウェアとソフトウェアを含むであろう。センサー自体も、ファイバ被覆の影響を受ける処理と湿度変化に対する感度を低減するために改善することができます。作業は現在市販されているポリイミド、アクリルコーティングされた繊維に優れたコーティング剤の開発に集中できます。

計算流体力学（CFD）コードは、動脈血流まで飛行機や自動車の周囲の空気流から、流体システムの様々なシミュレートするために使用されます。このようなシミュレーションの範囲と忠実度は計算能力の可用性と成長してきました。しかし、高度なシミュレーションの高度化にもかかわらず、その精度と信頼性は、多くの場合、定量化するのは難しいです。実際には、CFDコードの精度は、コード検証と呼ばれるプロセスにおける実験データとシミュレーションを比較することによって評価されます。 典型的な実験データセットは、厳密なコードの検証を容易にするための理想的なの高空間分解能と時間分解能の両方を速度と温度の測定値の主に構成されています。速度場は、粒子画像速度測定（PIV）、十分に確立された光学技術1,2を用いて高分解能でマッピングすることができます。対照的に、PIVに匹敵する分解能での温度場をマッピングすることは困難です。 Opticaこのようなレーザー誘起蛍光としてL技術が3,4使用可能であるが、カメラと、比較的高出力のレーザーを必要とし、不透明な流体には不適当です。 代替案は、レイリー散乱に基づいており、掃引波長干渉（SWI）5-7分散型温度検出の比較的新しい技術で利用可能です。温度測定の数千人は、単一の光ファイバに沿って取得することができます。分散型温度センサー（DTS）は、画像ベースの技術8には適していない環境での大規模な流れ場と機能にまたがることができます。そこ9,10ラマン散乱とブリルアンに基づいてのDTSもありますが、レイリー散乱とSWIに基づくセンサは、典型的な流体力学実験のためのより適切な空間および時間分解能を提供します。 しかし、このようなレイリーscatteに基づいて、熱電対（TCS）、センサーまでの伝統的なセンサーのそれを超えたDTSのオファーデータ密度リング応答は、温度11と同様に歪みます。繊維コーティングは吸湿性である場合、センサは、12,13を変更湿度に対応しています。水蒸気の吸収は、脱着が14を縮小しながら、コーティングの膨潤基礎となるガラス繊維株および信号を変更します。その結果、精度が取り扱い、振動、及び相対湿度の変化に影響されます。これは非常に伝統的なセンサーとは異なりますので、型破りなインストールおよび測定方法は、正確なデータを得ることが観察されなければなりません。本論文では、精度を確保するためのプロトコルおよびガイドラインを提示し、熱混合実験ではDTSの使用方法を示します。 ここで使用するDTSは光ファイバ導波路内のレイリー散乱の検出および分析に基づいています。ファイバコアに沿って不純物や構造変化のランダムな分布は、繊維と一般に安定に固有の後方散乱パターンを生じさせます。スペクトル振幅このパターンの繊維署名として機能するように読み取ることができます。このような温度変化や歪みなどの物理的変化は繰り返しの方法で署名を変更し、署名の変動を検出するセンサとして光ファイバを使用するための基礎です。 図1は、光電子検出装置の原理構成要素を示す、光分散センサ質問器と呼ばれ、単に「質問器」としてここに示されます。掃引波長干渉として知られている技術では、低出力波長可変レーザは、得られた後方散乱5-7の登録のために繊維に狭帯域信号を起動します。レーザーは、数ナノメートルの間隔や基準及び測定の足の間の信号の分割にわたって掃引されます。センサからの散乱光を検出器で干渉信号を生成する基準信号と組み合わされます。検出器の出力は、デジタル化され、レイリー散乱信号を取得するために分析されます。 Rayleセンサ温度（歪み、または湿度）の変化の波長でセンサーシフトのIGH署名。この波長シフトの大きさは、TCのゼーベック係数と類似の校正係数を有する繊維の種類に関連する物理定数である感度、センサに関係します。 図2は、本研究で使用した試験部としてのガラスタンクを示しています。タンクの後ろのカメラは、スケールの感覚を与えます。空気は2六角形のダクトを通って入り、ベントから出る前に混合します。他には、純粋な空気をままジェットを強調表示するには、一つのフローストリームは、オイルミストを播種しました。タンクの蓋は黒ポリマースクリーンで覆われた窓を有します。写真では見えていないが、DTSが黒画面の下に吊り下げられています。 図2に示す50としてメートル長いDTSは、タンクの蓋の下に装着しました。 3。これは、155μmの直径のポリイミドコーティングした光ファイバから作られましたタンクエンドパネルとの間に張ら127μmの直径の鋼線に停止しました。センサは、交互のパターンで配線を介して織り、タンクを横切って前後に49回ループしました。これは、0.5×0.8 m個面にわたり、10mMの間隔でオーバーサンプリングされた場合4ヘルツから30mm、4,067データポイントの空間解像度で1,355独立したデータ点を生成します。このような高密度の温度データは、速度データを補完し、CFDの検証のためのデータセットの値を増加させます。プロトコルは、流体力学の実験でDTSを使用して、特定の問題に焦点を当てながら、センサ選択、製造、および設定のプロセスの概要を説明します。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="611">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="190">
			<td height="190" style="height:190px;width:139px;">Sensor interrogator</td>
			<td style="width:155px;">Luna Inc.</td>
			<td style="width:147px;">ODiSI-A and -B</td>
			<td style="width:172px;">The two systems differ primarily in speed and spatial resolution</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:139px;">Fusion splicer</td>
			<td style="width:155px;">Fujikura</td>
			<td style="width:147px;">70S</td>
			<td style="width:172px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:139px;">Cleaver</td>
			<td style="width:155px;">Fujikura</td>
			<td style="width:147px;">CT-3A</td>
			<td style="width:172px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:139px;">3-hole jacket stripper</td>
			<td rowspan="2" style="width:155px;">Fiber Instrument Sales</td>
			<td rowspan="2" style="width:147px;">F11301T</td>
			<td rowspan="2" style="width:172px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:139px;">jacket stripper</td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:139px;">Optical fibers</td>
			<td style="width:155px;">OFS, Specialty Photonics Division</td>
			<td style="width:147px;">BF06160-02</td>
			<td style="width:172px;">Polyimide coating</td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:139px;">Optical fibers</td>
			<td style="width:155px;">Newport Corp.</td>
			<td style="width:147px;">F-SM1500-4.2/50</td>
			<td style="width:172px;">Acrylate coating</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:139px;">Connector</td>
			<td style="width:155px;">AFL Global</td>
			<td style="width:147px;">FUSE-LC-9U-SMA-6</td>
			<td style="width:172px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:139px;">Termination fiber</td>
			<td style="width:155px;">OFS, Specialty Photonics Division</td>
			<td style="width:147px;">552 HPWR 040</td>
			<td style="width:172px;"></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fiber optic distributed sensors for high-resolution temperature field mapping

計算流体力学（CFD）コードの信頼性は、実験データとシミュレーションを比較することによってチェックされます。典型的なデータセットは、速度と温度の測定値の主に、両方の理想的に厳密なコードの検証を容易にするために、高い空間分解能と時間分解能を持つ構成されています。高分解能の速度データが容易にそのような粒子画像速度測定などの光学測定技術を介して取得されているが、同様の分解能で温度データを得ることが困難であることが判明しました。このような熱電対のような従来のセンサがこの役割を埋めることはできませんが、レイリー散乱と掃引波干渉法に基づく分散センシングの最近の開発は、CFDコードの検証作業に適した解像度を提供しています。温度測定の数千人がヘルツの何百もの単一の細い光ファイバに沿って生成することができます。センサーは、大きな温度範囲にわたって、光技術は不適当である不透明な流体内で機能します。しかし、このタイプのセンサー歪みや湿度だけでなく、温度に敏感であるので、精度は、取扱い振動、および相対湿度の変化に影響されます。このような挙動は非常に伝統的なセンサーとは異なりますので、型破りなインストールと操作手順は、正確な測定を確保するために必要です。本論文では、25と45℃の2つの空気ジェットを伴う熱混合実験でレイリー散乱型分散型温度センサの実装を示しています。私たちは、センサ用光ファイバの選択を誘導し、ジェット混合実験用のインストール・セットアップを記述するための基準を提示します。私たちは、絶対温度標準に読みをリンクするセンサーベースラインを、示しており、このような流動励起振動に起因する誤差として実用的な問題を議論します。この材料は、流体力学の実験と同様の用途のための高データ密度及び帯域幅を有する温度測定に興味のある人を助けることができます。私たちは、consideraのためのこれらのセンサに特有の落とし穴を強調表示しました実験の設計および動作でる。

生DTSのデータを図にプロットされています。 6センサーに沿った距離に対するベースライン温度（約20℃）からの測定ΔTを示します。データは、絶対温度に換算することも、テストセクション内の物理的位置にマッピングされているどちらという意味で「生」です。データは、50メートルの完全なセンサ長にわたって1666の独立した測定値を提供する30ミリメートルゲージの長さに基づいています。 30mmゲージ5000へのデータポイントの数を増加させるオーバーサンプリングモードに10mm間隔で適用しました。このようなデータ密度は、技術委員会のような従来のセンサーを備えた実用的ではありません。 図中のx = 0で。 6センサは、タンクの東端にあり、xが増加すると、それは西の端に向かって前後にループします。ピークはセンサーが熱い東ジェット上を通過する場合に発生し、それが冷たい西のjeの上にあるフェードトン。プロットは、単一のDTSからの生の信号はかなり広い領域にわたって温度の基本的な描写を提供することができますどのようにさえ示しています。流動励起振動に起因する繊維、の西の端に向かって信号ノイズに注意してください。振動が肉眼では見えませんでしたが、信号を劣化させるのに十分であったと我々は長いセンサー（&gt; 10メートル）で最も頻繁にこの問題を参照してください。 生データは、 図中の試験セクションにマッピングされます。 DTSアレイによって形成された0.5×0.8メートルの測定面全体の温度を示している7、。ビューのポイントは、蓋の上に見下ろしタンクの上からです。六角形のチャネルの概要は、オリエンテーション助剤として含まれています。蓋の下にテープで留めループが除外されているので、輪郭が4067のデータポイントに基づいています。隣接するセンサーセグメント間の線形補間が、2D輪郭を作成するために使用されました。 目Eの輪郭は東ジェットオーバー暖かい領域と蓋の下の熱パターンの明確な感覚を提供していますが、それを中心としません。また、明らかにプロット上のy = 0であるタンクのミッドプレーン、周りのラフな対称性があります。温度データのこの種の熱混合及び熱伝達を伴う流体力学研究における速度データへの便利な賛辞です。厳格なコードの検証は、温度と速度場の両方のために、このような高解像度のデータを必要とします。 同じセンサデータは、温度の変動の大きさを明らかにするように処理することができます。 2000スキャンデータセットのRMSは、（二乗平均平方根）は、 図8にプロットされている。マゼンタは、温度変動が比較的高い地域をマーク。これはまた、2つの立ち上がりジェットは蓋の上に衝突するように相互作用の高乱流の領域です。 RMSデータは熱混合の文脈において乱流モデルのために有用です。 図1.質問の概略図。温度測定用の光分散センサ質問器の原理コンポーネント。システムは、センサのレイリー後方散乱シグネチャを特徴付ける掃引波長干渉計に基づいている。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54076/54076fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/54076/54076fig2.jpg" /> 図2.テストセクションエアジェットが実験を混合：空気は上部通気孔を通って出る前に2つの六角形のダクトとミックスを介してベースを介してタンクに入ります。蓋ウィンドウをカバーする黒い画面が（見えない）DTS上記3ミリメートルである。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54076/54076fig2large.jpg" target="_blank">PL</a>この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックして容易になります。 <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/54076/54076fig3.jpg" /> 図の構成を取り付け3. DTS。タンクの長軸を横切って張ら鋼支持線間織りDTSを示すタンクの上面図。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54076/54076fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図4" src="/files/ftp_upload/54076/54076fig4.jpg" /> 図4. DTSクローズアップ。クローズアップセンサーループ、添付ファイル、およびはんだごてでマッピングされた最初のテストポイントの位置を強調するために蓋に上方タンク内からの眺めとDTSの写真。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54076/54076fig4large.jpg" target="_blank">拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。このFiのの</a>グレ。 <img alt="図5" src="/files/ftp_upload/54076/54076fig5.jpg" /> 図5.レイリー散乱信号。センサ構成ユーティリティ（明瞭にするためにここに示したショートセンサ）で記録された典型的なレイリー散乱信号。適切な終端は、ノイズフロアに鋭いシグナルの低下を生成します。コネクタにわずかな信号のステップアップと控えめな反射が適切にスプライスされたコネクタの特性である。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54076/54076fig5large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図6" src="/files/ftp_upload/54076/54076fig6.jpg" /> 図6.生DTSデータ。25℃で45℃のホット東ジェットと生DTSデータの単一のスキャンと冷たい西ジェットセンサーが直接ここでピークが発生します<html>ホットジェット上記。センサーはタンク壁との間で前後にループしていることを思い出してください。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54076/54076fig6large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図7" src="/files/ftp_upload/54076/54076fig7.jpg" /> 図7.蓋以下の測定気温は。生データが絶対温度に変換し、タンク内の物理的な位置にマッピングされたDTS。 4 Hzでログインして2000のスキャンに基づくデータ。 4,067の合計データ間隔10ミリのデータポイントをプロットしました。線形補間は、センサーセグメント間の領域を充填するために使用されます。六角形は、入口の位置を示している。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54076/54076fig7large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> 54076fig8.jpg &quot;/&gt; 図8.ルートデータの測定温度の二乗平均（rms）。RMSは、図1にプロットしました。 7。マゼンタは、高温度変動やホットとコールドジェットの熱混合を示しています。六角形は、入口の位置を示している。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54076/54076fig8large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="表1" src="/files/ftp_upload/54076/54076table1.jpg" /> 1メートル/秒および20℃でのクロスフローで選択される繊維の種類や住宅構成の大きさの熱応答時間の表1注文。 <img alt="表2" src="/files/ftp_upload/54076/54076table2.jpg" /> 表2.選択されたコーティング構成のおおよその動作温度範囲と湿度感度。

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Fiber Optic Distributed Sensors for High-resolution Temperature Field Mapping

我々は、空気ジェットを混合する温度場をマッピングするためのセンサを分散光ファイバの使用を示します。レイリー散乱に基づくセンサは、熱電対のような従来のセンサと達成できない例外的な空間分解能を提供するために、単一のファイバに沿ってデータポイントの数千を生成します。

高分解能温度フィールドマッピングのための光ファイバの分散センサ

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

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Research

JoVE Journal

Engineering

11.9K ビュー.  Argonne National Laboratory. 我々は、空気ジェットを混合する温度場をマッピングするためのセンサを分散光ファイバの使用を示します。レイリー散乱に基づくセンサは、熱電対のような従来のセンサと達成できない例外的な空間分解能を提供するために、単一のファイバに沿ってデータポイントの数千を生成します。 

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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.

ギャラリーモード高分子マイクロ光電界センサを囁くの開発

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

工学

High-resolution, High-speed, Three-dimensional Video Imaging with Digital Fringe Projection Techniques

Digital fringe projection (DFP) techniques provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;Like the human eyes and brain, DFP uses triangulation between matching points in two views of the same scene at different angles to compute depth.&#160;However, unlike a stereo-based method, DFP uses a digital video projector to replace one of the cameras1. The projector rapidly projects a known sinusoidal pattern onto the subject, and the surface of the subject distorts these patterns in the camera&#8217;s field of view. Three distorted patterns (fringe images) from the camera can be used to compute the depth using triangulation.
Unlike other 3D measurement methods, DFP techniques lead to systems that tend to be faster, lower in equipment cost, more flexible, and easier to develop.&#160;DFP systems can also achieve the same measurement resolution as the camera.&#160;For this reason, DFP and other digital structured light techniques have recently been the focus of intense research (as summarized in1-5). Taking advantage of DFP, the graphics processing unit, and optimized algorithms, we have developed a system capable of 30&#160;Hz 3D video data acquisition, reconstruction, and display for over 300,000 measurement points per frame6,7.&#160;Binary defocusing DFP methods can achieve even greater speeds8.
Diverse applications can benefit from DFP techniques. Our collaborators have used our systems for facial function analysis9, facial animation10, cardiac mechanics studies11, and fluid surface measurements, but many other potential applications exist.&#160;This video will teach the fundamentals of DFP techniques and illustrate the design and operation of a binary defocusing DFP system.

This video describes the fundamentals of digital fringe projection techniques, which provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;It also demonstrates the design and operation of a high-speed binary defocusing system based on these techniques.

デジタル干渉縞投影技術と高分解能、高速、三次元ビデオ画像

Digital fringe projection (DFP) techniques provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;Like the human eyes and brain, DFP uses ...

Construction of a High Resolution Microscope with Conventional and Holographic Optical Trapping Capabilities

High resolution microscope systems with optical traps allow for precise manipulation of various refractive objects, such as dielectric beads 1 or cellular organelles 2,3, as well as for high spatial and temporal resolution readout of their position relative to the center of the trap. The system described herein has one such "traditional" trap operating at 980 nm. It additionally provides a second optical trapping system that uses a commercially available holographic package to simultaneously create and manipulate complex trapping patterns in the field of view of the microscope 4,5 at a wavelength of 1,064 nm. The combination of the two systems allows for the manipulation of multiple refractive objects at the same time while simultaneously conducting high speed and high resolution measurements of motion and force production at nanometer and piconewton scale.

The system described herein employs a traditional optical trap as well as an independent holographic optical trapping line, capable of creating and manipulating multiple traps. This allows for the creation of complex geometric arrangements of refractive particles while also permitting simultaneous high-speed, high-resolution measurements of the activity of biological enzymes.

従来のホログラフィック光トラッピング機能を備えた高分解能顕微鏡の構成

High resolution microscope systems with optical traps allow for precise manipulation of various refractive objects, such as dielectric beads 1 or cellular ...

In-situ Tapering of Chalcogenide Fiber for Mid-infrared Supercontinuum Generation

Supercontinuum generation (SCG) in a tapered chalcogenide fiber is desirable for broadening mid-infrared (or mid-IR, roughly the 2-20 &mu;m wavelength range) frequency combs1, 2 for applications such as molecular fingerprinting, 3 trace gas detection, 4 laser-driven particle acceleration, 5 and x-ray production via high harmonic generation. 6 Achieving efficient SCG in a tapered optical fiber requires precise control of the group velocity dispersion (GVD) and the temporal properties of the optical pulses at the beginning of the fiber, 7 which depend strongly on the geometry of the taper. 8 Due to variations in the tapering setup and procedure for successive SCG experiments-such as fiber length, tapering environment temperature, or power coupled into the fiber, in-situ spectral monitoring of the SCG is necessary to optimize the output spectrum for a single experiment.
	In-situ fiber tapering for SCG consists of coupling the pump source through the fiber to be tapered to a spectral measurement device. The fiber is then tapered while the spectral measurement signal is observed in real-time. When the signal reaches its peak, the tapering is stopped. The in-situ tapering procedure allows for generation of a stable, octave-spanning, mid-IR frequency comb from the sub harmonic of a commercially available near-IR frequency comb. 9 This method lowers cost due to the reduction in time and materials required to fabricate an optimal taper with a waist length of only 2 mm.
	The in-situ tapering technique can be extended to optimizing microstructured optical fiber (MOF) for SCG10 or tuning of the passband of MOFs, 11 optimizing tapered fiber pairs for fused fiber couplers12 and wavelength division multiplexers (WDMs), 13 or modifying dispersion compensation for compression or stretching of optical pulses.14-16

In-situ Tapering of Chalcogenide Fiber for Mid-infrared Supercontinuum Generation

We describe a method for in-situ tapering of As2S3 fibers to achieve efficient mid-infrared supercontinuum generation. By tapering while monitoring the supercontinuum&#x2019;s spectrum, the spectral width can be maximized for a fiber taper. In-situ fiber tapering can be applied to optimize the performance of other fiber-based devices.

in-situで中間赤外線スーパーコンティニューム生成のカルコゲナイド繊維のテーパ

Supercontinuum  generation (SCG) in a tapered chalcogenide fiber is desirable for broadening mid-infrared  (or mid-IR, roughly the 2-20 &mu;m wavelength ...

Advanced Experimental Methods for Low-temperature Magnetotransport Measurement of Novel Materials

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film synthesis) for the purpose of exploratory materials research. Certain materials pose a challenge wherein the traditional bulk Hall bar device fabrication method is insufficient to produce a measureable device for sample transport measurement, principally because the single crystal size is too small to attach wire leads to the sample in a Hall bar configuration. This can be, for example, because the first batch of a new material synthesized yields very small single crystals or because flakes of samples of one to very few monolayers are desired. In order to enable rapid characterization of materials that may be carried out in parallel with improvements to their growth methodology, a method of device fabrication for very small samples has been devised to permit the characterization of novel materials as soon as a preliminary batch has been produced. A slight variation of this methodology is applicable to producing devices using exfoliated samples of two-dimensional materials such as graphene, hexagonal boron nitride (hBN), and transition metal dichalcogenides (TMDs), as well as multilayer heterostructures of such materials. Here we present detailed protocols for the experimental device fabrication of fragments and flakes of novel materials with micron-sized dimensions onto substrate and subsequent measurement in a commercial superconducting magnet, dry helium close-cycle cryostat magnetotransport system at temperatures down to 0.300 K and magnetic fields up to 12 T.

We describe the methodology of mechanical exfoliation and deposition of flakes of novel materials with micron-sized dimensions onto substrate, fabrication of experimental device structures for transport experimentation, and the magnetotransport measurement in a dry helium close-cycle cryostat at temperatures down to 0.300 K and magnetic fields up to 12 T.

新規材料の低温磁気伝導測定のための高度な実験方法

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film ...

High Resolution Phonon-assisted Quasi-resonance Fluorescence Spectroscopy

High resolution optical spectroscopy methods are demanding in terms of either technology, equipment, complexity, time or a combination of these. Here we demonstrate an optical spectroscopy method that is capable of resolving spectral features beyond that of the spin fine structure and homogeneous linewidth of single quantum dots (QDs) using a standard, easy-to-use spectrometer setup. This method incorporates both laser and photoluminescence spectroscopy, combining the advantage of laser line-width limited resolution with multi-channel photoluminescence detection. Such a scheme allows for considerable improvement of resolution over that of a common single-stage spectrometer. The method uses phonons to assist in the measurement of the photoluminescence of a single quantum dot after resonant excitation of its ground state transition. The phonon&#39;s energy difference allows one to separate and filter out the laser light exciting the quantum dot. An advantageous feature of this method is its straight forward integration into standard spectroscopy setups, which are accessible to most researchers.

The manuscript describes a method of phonon-assisted quasi-resonant fluorescence spectroscopy that incorporates both laser-limited resolution and photoluminescence (PL) spectroscopy. This method utilizes optical phonons to provide linewidth-limited resolution spectra of atom-like semiconductor structures in the energy domain. The method is also easily realized with a single spectrometer optical spectroscopy setup.

高解像度フォノンアシスト準共鳴蛍光分光

High resolution optical spectroscopy methods are demanding in terms of either technology, equipment, complexity, time or a combination of these. Here we ...

High-resolution Thermal Micro-imaging Using Europium Chelate Luminescent Coatings

Micro-electronic devices often undergo significant self-heating when biased to their typical operating conditions. This paper describes a convenient optical micro-imaging technique which can be used to map and quantify such behavior. Europium thenoyltrifluoroacetonate (EuTFC) has a 612 nm luminescence line whose activation efficiency drops strongly with increasing temperature, due to T-dependent interactions between the Eu3+ ion and the organic chelating compound. This material may be readily coated on to a sample surface by thermal sublimation in vacuum. When the coating is excited with ultraviolet light (337 nm) an optical micro-image of the 612 nm luminescent response can be converted directly into a map of the sample surface temperature. This technique offers spatial resolution limited only by the microscope optics (about 1 micron) and time resolution limited by the speed of the camera employed. It offers the additional advantages of only requiring comparatively simple and non-specialized equipment, and giving a quantitative probe of sample temperature.

Europium thenoyltrifluoroacetonate (EuTFC) has an optical luminescence line at 612 nm, whose activation efficiency decreases strongly with temperature. If a sample coated with a thin film of this material is micro-imaged, the 612 nm luminescent response intensity may be converted into a direct map of sample surface temperature.

ユーロピウムキレート発光塗料を用いた高解像度サーマルマイクロイメージング

Micro-electronic devices often undergo significant self-heating when biased to their typical operating conditions. This paper describes a convenient ...

Nanostructured Ag-zeolite Composites as Luminescence-based Humidity Sensors

Small silver clusters confined inside zeolite matrices have recently emerged as a novel type of highly luminescent materials. Their emission has high external quantum efficiencies (EQE) and spans the whole visible spectrum. It has been recently reported that the UV excited luminescence of partially Li-exchanged sodium Linde type A zeolites [LTA(Na)] containing luminescent silver clusters can be controlled by adjusting the water content of the zeolite. These samples showed a dynamic change in their emission color from blue to green and yellow upon an increase of the hydration level of the zeolite, showing the great potential that these materials can have as luminescence-based humidity sensors at the macro and micro scale. Here, we describe the detailed procedure to fabricate a humidity sensor prototype using silver-exchanged zeolite composites. The sensor is produced by suspending the luminescent Ag-zeolites in an aqueous solution of polyethylenimine (PEI) to subsequently deposit a film of the material onto a quartz plate. The coated plate is subjected to several hydration/dehydration cycles to show the functionality of the sensing film.

A protocol for the synthesis of moisture-responsive luminescent Ag-zeolite composites is described in this report.

発光ベースの湿度センサなどのナノ構造のAg-ゼオライト複合

Small silver clusters confined inside zeolite matrices have recently emerged as a novel type of highly luminescent materials. Their emission has high ...

Method for Recording Broadband High Resolution Emission Spectra of Laboratory Lightning Arcs

Lightning is one of the most common and destructive forces in nature and has long been studied using spectroscopic techniques, first with traditional camera film methods and then digital camera technology, from which several important characteristics have been derived. However, such work has always been limited due to the inherently random and non-repeatable nature of natural lightning events in the field. Recent developments in lightning test facilities now allow the reproducible generation of lightning arcs within controlled laboratory environments, providing a test bed for the development of new sensors and diagnostic techniques to understand lightning mechanisms better. One such technique is a spectroscopic system using digital camera technology capable of identifying the chemical elements with which the lightning arc interacts, with these data then being used to derive further characteristics. In this paper, the spectroscopic system is used to obtain the emission spectrum from a 100 kA peak, 100 &#181;s duration lightning arc generated across a pair of hemispherical tungsten electrodes separated by a small air gap. To maintain a spectral resolution of less than 1 nm, several individual spectra were recorded across discrete wavelength ranges, averaged, stitched, and corrected to produce a final composite spectrum in the 450 nm (blue light) to 890 nm (near infrared light) range. Characteristic peaks within the data were then compared to an established publicly available database to identify the chemical element interactions. This method is readily applicable to a variety of other light emitting events, such as fast electrical discharges, partial discharges, and sparking in electrical equipment, apparatus, and systems.

Emission spectroscopy techniques have traditionally been used to analyze inherently random lightning arcs occurring in nature. In this paper, a method developed to obtain the emission spectroscopy from reproducible lightning arcs generated within a laboratory environment is described.

実験室雷アークの広帯域高解像度発光スペクトルの記録方法

Lightning is one of the most common and destructive forces in nature and has long been studied using spectroscopic techniques, first with traditional ...

Installation Method to Enhance Quality Control for Fiber Reinforced Polymer Spike Anchors

Fiber reinforced polymer (FRP) anchors are a promising way to enhance the performance of externally-bonded FRPs applied to existing structures, as they can delay or even prevent debonding failure. However, a major concern faced by designers is the premature failure of the anchors due to stress concentration. Poor installation quality and preparation of the clearance holes can result in stress concentration that provokes this premature failure. This paper deals with an installation method that aims to reduce the impact of the stress concentration and to provide a proper quality control of the preparation of the drill hole. The method involves three parts: the drilling and cleaning of the holes, the smoothing of the hole edges with a customized drill bit, and the installation of the anchor itself, including the impregnation of the anchor dowel and its insertion. Anchor fans (the free length of the spikes) are then bonded to the external FRP reinforcement. For the end anchorage, and in the case of reinforcements with multiple plies, it is recommended that the anchor fan be inserted between two plies to assist the stress-transfer mechanism. 
The proposed procedure is complemented with a design approach for spike anchors, based on an extensive database. It is proposed that the design follow a number of steps, namely: selection of the anchor diameter and subsequent tensile strength of the connector (that is to say, the anchor before fanning out the free end), evaluation of the reduction in the tensile strength due to bending, provision of enough embedment to prevent slippage failure, and consideration of the number and spacing of anchors for a given reinforcement. In this sense, it should be noted that further research is needed in order to obtain a general expression for the contribution of spike anchors to overall bond strength of FRP reinforcements.

This manuscript presents a method for controlling the quality of installation for spike anchors designed to delay delamination of externally bonded fiber reinforced polymers. The protocol includes the preparation of the drill hole and the insertion process. The most influential parameters on the efficiency of the anchors are discussed.

繊維の品質管理を強化するインストール方法強化ポリマー スパイク アンカー

Fiber reinforced polymer (FRP) anchors are a promising way to enhance the performance of externally-bonded FRPs applied to existing structures, as they ...