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 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

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="http://ecsource.jove.com/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="http://ecsource.jove.com/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="http://ecsource.jove.com/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="http://ecsource.jove.com/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="http://ecsource.jove.com/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="http://ecsource.jove.com/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="http://ecsource.jove.com/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="http://ecsource.jove.com/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

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

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

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.

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.

Geleneksel ve Holografik Optik Yakalama Yetenekleri ile bir Yüksek Çözünürlüklü Mikroskop İnşaatı

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 Orta kızılötesi Supercontinuum Üretimi için Chalcogenide Fiber kademeli olarak azaltılması

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.

Yeni Malzemelerin Düşük sıcaklık Magnetotransport Ölçüm İleri Deneysel Yöntemler

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.

Yüksek Çözünürlüklü Fonon destekli Yarı-rezonans Floresans Spektroskopisi

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.

Öropiyum Şelat Lüminesans Kaplamaları Kullanma yüksek çözünürlüklü Termal Mikro görüntüleme

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.

Lüminesans merkezli Nem Sensörler olarak Nanostructured Ag-zeolit ​​kompozitler

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.

Laboratuvar Yıldırım Yaylar Genişbant Yüksek Çözünürlüklü Emisyon Spectra Kayıt Yöntemi

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.

Kalite kontrol için Fiber geliştirmek için yükleme yöntemi takviyeli polimer Spike çapa

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