Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2023, № 6 · MATHEMATICAL MODELS IN RADIO ELECTRONICS PROBLEMS

Modal analysis of fiber optic resonance piezoelecluminescent pressure sensor

A.A. Pan'kov1, P.V. Pisarev1, S.R. Bayandin1

1 Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russia
Full text DOI: 10.30898/1684-1719.2023.6.12 UDC 53.083.2 EDN XNSKZI

Abstract

An electro-mechanical mathematical model of the functioning of an optical fiber resonance piezoelectroluminescent (RPEL) sensor with an external nonlinear elastic buffer layer has been developed. The sensor is designed to measure the distribution spectrum along the length of the dynamic and/or static pressure sensor using a resonant diagnostic method based on the results of measuring the amplitude spectrum of the intensity of the resulting light flux at the output from the fiber of the sensor. The numerical values of the frequency characteristics (- these are the proportionality coefficients for the informative relationship "pressure/resonance frequency") of the optical fiber RPEL sensor, which are used in the algorithm for finding the pressure spectrum, for different (first six) modes of vibration, are determined.

  • piezo-electro-elasticity
  • mechanoluminescent effect
  • fiber
  • pressure sensor
  • modal analysis
  • numerical modeling
Аннотация (на русском)

Модальный анализ оптоволоконного резонансного пьезоэлектролюминесцентного датчика давления

Разработана электро-механическая математическая модель функционирования оптоволоконного резонансного пьезоэлектролюминесцент-ного (RPEL) датчика с наличием внешнего нелинейно упругого буферного слоя. Датчик предназначен для измерения спектра распределения по длине датчика динамического и/или статического давления с использованием резонансного метода диагностирования по результатам измерения спектра амплитуды интенсивности результирующего светового потока на выходе из оптоволокна датчика. Определены численные значения частотных характеристик (коэффициенты пропорциональности для информативной зависимости «давление/резонансная частота») оптоволоконного RPEL-датчика, которые используются в алгоритме нахождения спектра давления, для различных (первых шести) мод колебаний.

For citation

Pan'kov A.A., Pisarev P.V., Bayandin S.R. Modal analysis of fiber optic resonance piezoelecluminescent pressure sensor // Journal of Radio Electronics. – 2023. – No. 6. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.6.12

References

  1. Tzou H.S. Piezoelectric shells (Distributed sensing and control of continua). Kluwer Academic Publishers. 1993. 320 p.
  2. Rubio W.M., Vatanabe S.L., Paulino G.H., Silva E.C.N. Functionally graded piezoelectric material systems - a multiphysics perspective. In book Advanced computational materials modeling: from classical to multi-scale techniques. Edited by Miguel Vaz J'unior, Eduardo A. de Souza Neto, Pablo A. Munoz-Rojas. Weinheim, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. 2011. 414 p. P.301-339. http://dx.doi.org/10.1002/9783527632312
  3. Ebrahimi F. Piezoelectric materials and devices-practice and applications.IntechOpen. 2013. 176 p. http://dx.doi.org/10.5772/45936
  4. Уорден К. Новые интеллектуальные материалы и конструкции. Свойства и применение. Москва, Техносфера. 2006. 224 с.
  5. Берлинкур Д., Керран Д., Жаффе Г. Пьезоэлектрические и пьезомагнитные материалы и их применение в преобразователях. Физическая акустика. Т.1. Методы и приборы ультразвуковых исследований. Часть А. Москва, Мир. 1966. С.204-326.
  6. Pan'kov A.A. Piezoelectroluminescent fiber-optic sensors for temperature and deformation fields. Sensors and Actuators A: Physical. 2019. V.288. P.171-176. http://dx.doi.org/10.1016/j.sna.2019.01.030
  7. Pan'kov A.A. Resonant piezoelectroluminescent fiber-optical sensor of a temperature field in composite structures. Mechanics of Composite Materials. 2019. V.55. №4. P.547-556. http://dx.doi.org/10.1007/s11029-019-09833-w
  8. Каттралл Р.В. Химические сенсоры. Москва, Научный мир, 2000. 144 с.
  9. Белянкин С.Е. Сенсоры контроля концентрации газовых компонентов. (Обзор). Фундаментальные исследования. 2006. №2. С.49-51. URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=4722
  10. Паньков А.А., Писарев П.В., Баяндин С.Р. Резонансные характеристики сорбционного оптоволоконного пьезоэлектролюминесцентного датчика. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2022. №8. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.8.4
  11. А.с. №2023102094. Паньков А.А. Волоконно-оптический датчик давления. Дата заявки: 31.01.2023 г. 7 c. URL: https://www.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet