Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả đã đề xuất một thiết kế mới, trong đó cảm biến FBG được tích hợp vào cấu trúc hình oval chế tạo bằng vật liệu PLA thông qua công nghệ in 3D. Khi chịu tác động của áp suất, cấu trúc oval biến dạng tạo ra lực kéo lên sợi quang, làm thay đổi bước sóng Bragg phản xạ. Sự thay đổi này được ghi nhận và chuyển đổi thành tín hiệu đo áp suất với độ chính xác cao.

Trước khi chế tạo, nhóm nghiên cứu đã sử dụng phần mềm mô phỏng phần tử hữu hạn ANSYS để phân tích ảnh hưởng của kích thước và chiều dày thành cấu trúc đến độ biến dạng của cảm biến. Kết quả mô phỏng giúp tối ưu hóa thiết kế nhằm đạt độ nhạy cao trong dải áp suất thấp và trung bình, phù hợp với nhiều ứng dụng công nghiệp.

Các thử nghiệm thực nghiệm cho thấy cảm biến đạt độ nhạy lên tới 6,834 nm/MPa, tương ứng 4,43 × 10⁻³ MPa⁻¹ trong dải đo từ 0 đến 0,45 MPa. Hệ số tuyến tính trung bình đạt 98,57%, trong khi sai số trễ trung bình chỉ khoảng 2,3%, cho thấy cảm biến có độ ổn định và khả năng lặp lại tốt. So với nhiều thiết kế cảm biến FBG trước đây, cấu trúc đề xuất cho độ nhạy cao hơn đáng kể, đồng thời vẫn duy trì ưu điểm về chi phí thấp, thời gian chế tạo nhanh và khả năng tùy biến linh hoạt.

Điểm nổi bật của nghiên cứu là việc kết hợp giữa công nghệ cảm biến sợi quang và công nghệ in 3D hiện đại, cho phép chế tạo nhanh các cấu trúc cảm biến với hình dạng và thông số tùy chỉnh theo yêu cầu ứng dụng. Thiết kế này mở ra tiềm năng ứng dụng trong các lĩnh vực giám sát áp suất công nghiệp, hệ thống đường ống, thiết bị thủy lực, công trình kỹ thuật và các hệ thống giám sát thông minh trong xu hướng Công nghiệp 4.0.

Kết quả nghiên cứu không chỉ góp phần nâng cao hiệu quả đo lường của cảm biến FBG mà còn khẳng định năng lực nghiên cứu của giảng viên Trường Đại học Nha Trang trong lĩnh vực cảm biến quang học và công nghệ chế tạo tiên tiến, đồng thời thúc đẩy các hướng nghiên cứu liên ngành giữa cơ khí, vật liệu và công nghệ quang tử.

Nguồn: V.Q. Nguyen, C.C. Chiang và L. Tsai, Enhanced Sensitivity of Bare FBG Pressure Sensor Based on the Oval-Shaped 3D Printed Structure, Optical Fiber Technology, Vol. 73, 2022

Một số hình ảnh