I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   15 ,   No .   2 ,  A p r il   20 25 ,   p p .   1 4 3 4 ~ 1 4 4 5   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI :  1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 15 i 2 . pp 1 4 3 4 - 1 4 4 5           1434       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   Tilted  fiber  B ra g g   g ra ting ba sed o ptical sens o r  for s imulta neo us  mea surem ent  of v ital sig ns: a no v el  a ppro a ch       Ra m y a   Arum ug a m,  Ra m a mo o rt hy   K um a r,   Sa m ia pp a n Dha na la k s hm i   D e p a r t me n t   o f   El e c t r o n i c s a n d   C o mm u n i c a t i o n   En g i n e e r i n g ,   C o l l e g e   o f   E n g i n e e r i n g   a n d   Te c h n o l o g y ,   S R M   I n st i t u t e   o f   S c i e n c e   a n d   Te c h n o l o g y ,   C h e n g a l p a t t u ,  I n d i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u l 2 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Sep   2 ,   2 0 2 4   Acc ep ted   Oct  1 ,   2 0 2 4       Vital  sig n a l  m o n it o rin g   a c ts  a s   a   h ig h ly   sig n ifi c a n t   d iag n o stic   m e th o d .   Co n ti n u o u s  m o n it o rin g   o f  v it a l  si g n s  li k e   tem p e ra tu re ,   h e a rt  ra te,  a n d   b lo o d   p re ss u re   a id s in   e a sy   a n d   fa st d ise a se   d iag n o sis.   Ex ist in g   m e th o d s t h a t  e n a b le   c o n ti n u o u s  m o n it o ri n g ,   su c h   a s  sm a rt  wa tch e s,  a r e   n o t  a c c u ra te  e n o u g h   t o   b e   u se d   a s  a   b e n c h m a rk   fo r   d iag n o sin g   d ise a se s.  In   t h is  p a p e r,   w e   p ro p o se   sim u lt a n e o u s  tem p e ra tu re   a n d   h e a rt  ra te  m e a su re m e n t  u sin g   t il ted   fi b e r  Bra g g   g ra ti n g   (TF BG )  wh ic h   e n a b les   c o n c u rre n t  m e a su re m e n t  o f   m e a su ra n d s  d u e   t o   it s  i n tri n sic   o p ti c a l  p r o p e r ty .   Tem p e ra tu re   a n d   h e a rt  ra te  we re   c o n sid e re d   f o r  m e a su re m e n t.   Th e   p ro p o se d   TF BG - b a se d   o p ti c a l  se n so r   h a s  a   se n siti v it y   o f  1 1 . 8 1   p m / °C  a n d   1 . 7 3   p m /µε   t o wa rd s  v a riatio n   in   tem p e ra tu re   a n d   stra in ,   re sp e c ti v e ly .   Th e   se n siti v it y   wa s  d e term in e d   b y   a   sh ift   in   t h e   wa v e len g th   o f  c o re   m o d e   re so n a n c e   fo r  tem p e ra tu re   a n d   a   d iffere n ti a l  c h a n g e   in   t h e   wa v e len g t h   o f  c lad d in g   m o d e   re so n a n c e   fo r  h e a rt   ra te.  Th e   a v e ra g e   re sp o n se   ti m e   o f  th e   p r o p o se d   TF BG   se n so r  wa s  fo u n d   to   b e   3   se c o n d s.  Ac c u ra c y   o f  9 9 . 6 8 %   a n d   9 8 . 4 2 %   we re   a c h iev e d   i n   tem p e ra tu re   a n d   h e a rt  ra te  m e a su re m e n ts  b y   t h e   p ro p o se d   TF BG   se n so r.   T h e   a c c e p tab il it y   o f  th e   p r o p o se d   TF BG   s e n so r  wa s  a n a ly z e d   u sin g   t h e   Blan d - Altma n   p lo t.   K ey w o r d s :   Op tical  s en s o r   T ilted   f ib er   B r ag g   g r atin g   Simu ltan eo u s   m ea s u r em en t   T em p er atu r e   Hea r t r ate   Vital  s ig n   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   R am am o o r th y   K u m ar   Dep ar tm en t o f   E lectr o n ics an d   C o m m u n icatio n   E n g in ee r i n g ,   C o lleg e  o f   E n g in ee r in g   an d   T ec h n o lo g y ,   SR M  I n s titu te  o f   Scien ce   an d   T ec h n o lo g y   Kattan k u lath u r ,   C h e n g alp attu   6 0 3 2 0 3 ,   I n d ia   E m ail:  k u m ar r @ s r m is t.e d u . in       1.   I NT RO D UCT I O N   T h e  ev o lu tio n   o f   f ib er   B r ag g   g r atin g   ( FB G)   b ased   o p tical   s en s o r s   in   b io m ed ical  a p p lic atio n s   an d   clin ical  p r ac tices  is   u n d en iab l e.   T h is   g r o wth   is   d u e  t o   th e   m ain   asp ec t  th at   th ese  o p tical  s en s o r s   ar e  im m u n e   to   in ter f e r en ce   f r o m   elec tr o m ag n etic  wav es,  h av e  h ig h   s en s itiv ity   an d   ac cu r ac y   in   ad d itio n   to   h av in g   o t h er   ad v an tag es  s u ch   as  f lex ib ilit y ,   v er s atility ,   f ast  r esp o n s e  tim e,   co m p ac t  s ize,   r em o te  s en s in g ,   an d   r eliab ilit y   [ 1 ] ,   [ 2 ] .  T h e   ascen d an cy   o f   F B G  f in d s   its   ap p licatio n   in   v ar io u s   f ield s   s u ch   as  tem p er atu r e  an d   s tr ain   s en s in g ,   m u ltip lex er s ,   laser s ,   in   th e   m ed ical  f ield ,   s tr u ctu r al   h ea lth   m o n ito r in g ,   a n d   co r r o s io n   m o n ito r in g   [ 3 ] – [ 9 ] .   I n   th e  m ed ical  f ield ,   it is   wid ely   u s ed   to   m o n ito r   v ital sig n s .   Sev er al  r ec en t stu d ies  [ 1 0 ] – [ 1 6 ]   h av e  s u g g ested   th at   s h o ws  th e  im p lem en tatio n   o f   FB G  in   m ea s u r in g   b o d y   tem p er atu r e  an d   h ea r t  r ate  o r   r esp ir atio n   r ate.   Ned o m a   et  a l .   [ 1 0 ]   im p lem en ts   FB G  f o r   h ea r t  r ate,   r esp ir atio n   r ate ,   an d   b o d y   tem p er atu r e  u s in g   two   F B G  s en s o r s   en ca p s u lated   in   p o ly d im eth y ls ilo x an e  p o ly m er   ( PDMS)   m at er ial  th at  ex h i b its   a  to tal  r elati v e  er r o r   o f   0 . 3 1 %.  T wo   FB Gs  wer e  u s ed   to   ass e s s   th e  b o d y   tem p er at u r e  an d   h ea r t  r ate  o f   1 2 8   i n d iv id u als,  an d   th e  m ea s u r e d   v alu e  lies   with in   th e  ± 1 . 9 6   d ev iatio n   r an g e  [ 1 1 ] .   Ma n u jło   an d   Osu ch   [ 1 2 ]   d is cu s s ed   th e  im p lem en tatio n   o f   FB G  to   m ea s u r e  r esp ir atio n   r ate  u s in g   ex h aled   air   tem p er a tu r e  an d   co m p ar es  th e  r ea d in g s   with   elec tr o n ic  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8       Til ted   fib er  B r a g g   g r a tin g   b a s ed   o p tica l sen s o r   fo r   s imu lta n eo u s   mea s u r eme n t o f   …   ( R a m ya   A r u mu g a m )   1435   s en s o r s   an d   p o r tr ait   th e  a d v an tag e  o f   th e  a b ilit y   to   m ea s u r e   f ast  an d   s lo w  b r ea th in g .   B o d y   tem p er atu r e  u s in g   FB G  f o r   th e   r an g e  o f   3 5   °C   to   4 1  °C   was  im p lem en ted   an d   s en s itiv ity   an d   r eso lu ti o n   o f   8 5 . 9 %  was  ac h iev e d   in   [ 1 3 ] ,   [ 1 4 ]   p r o p o s es  im p lem en tin g   FB G  s en s o r s   f o r   te m p e r atu r e  m o n ito r in g   with   th e   aid   o f   in te g r atio n   in to   h ar d war e  m ad e  o f   p o ly lactic  ac id   ( PLA)   d ev ice  with   a  th in   lay er   o f   co p p er   e n ca p s u latio n   th at  en h an ce s   th e  wav elen g th   s h if t.   C h eth an a  et  a l .   [ 1 5 ]   im p lem e n ts   a  FB G  h e ar tb ea t   d ev ice  to   s im u ltan eo u s ly   m o n ito r   ca r d iac   an d   r esp ir ato r y   ac tiv ities   an d   ad d itio n ally   s en s in g   h ea r tb ea t  r h y th m ,   m o n ito r i n g   ca r d iac  ac tiv ity ,   h ea r t  r ate  v ar iab ilit y ,   an d   b r ea th in g   ac t iv ity .   FB G  en ca p s u lated   in   f ib er g lass   was  u s ed   in   an   m ag n etic  r eso n an ce   im ag in g   ( MRI )   en v i r o n m e n t  to   ca lcu late  r esp ir atio n   r ate  an d   h ea r t  r ate  [ 1 6 ]   co n tin u o u s ly .   I t  was  o b s er v ed   th at  with in   th e  ± 1 . 9 6   d ev iatio n   r an g e  lies   9 5 . 3 6 %  s am p les  f o r   th e  r esp ir atio n   r ate   an d   9 5 . 1 3 %  s am p les  f o r   t h e   h ea r t  r ate  with   a  r elativ e  er r o r   b el o w  5 %.   Ne d o m a   et  a l .   [ 1 7 ]   p r o p o s es  a  p o l y d im eth y ls ilo x an e   ( PDMS )   en ca p s u lated   FB G  f o r   m o n ito r in g   r esp ir ato r y   r ate  an d   h ea r t   r ate  f r o m   th e  m o v em en t  o f   th e  th o r ac ic  ca v ity .   Kr ej   et  a l .   [ 1 8 ]   p r o p o s es  a  d i g ital  s ig n al  p r o ce s s in g   tech n iq u e  to   m ea s u r e   h ea r t   r ate   an d   o p tim ize   it  u s in g   a   g en etic  alg o r ith m .   Ku r asawa  et  a l .   [ 1 9 ]   im p lem en ts   a  FB G  s en s o r   to   ca lcu late  g lu co s e  lev el  f r o m   p u ls e  wav e  m ea s u r ed   at  r a d ial  ar ter y .   T h e  ab o v e - r ef er r ed   wo r k s   u s e  F B G  f o r   s in g le  p a r am eter   m ea s u r in g   o r   m u ltip le   FB G  s en s o r s   f o r   s im u ltan eo u s   m ea s u r em en t  o f   p ar am et er s .   Fu r th er   ad v an ce m en ts   ar e  ca r r ied   o u t  b y   in tr o d u cin g   p o ly m er   f ib er   [ 2 0 ] ,  h elica l  f ib er   [ 2 1 ] ,   s m ar t  tex tiles   with   s en s o r   em b ed d ed   [ 2 2 ] ,  [ 2 3 ] ,   p r o p o s in g   n ew  ap o d izatio n   f u n ctio n s   [ 2 4 ] ,  [ 2 5 ] ,   u s in g   h eter o   co r e  f ib er   [ 2 6 ] ,   u s in g   f o u r   co r e  f ib er   [ 2 7 ] ,   u s in g   p ar tially   co ated   f ib er   [ 2 8 ] ,   u s in g   n o   co r e  f ib er   [ 2 9 ] ,   u s in g   two - lev el  en ca p s u latio n s   in   T ef lo n   p ip e   an d   ca p illar y   tu b e   [ 3 0 ] ,   u s in g   B r ag g   f ib er s   [ 3 1 ] .    I n   th is   wo r k ,   we  p r o p o s e  a  t ilted   f ib er   B r ag g   g r atin g   ( T FB G)   b ased   o p tical  s en s o r   to   o v er co m e  th e   d is ad v an tag e  o f   cr o s s - s en s iti v ity   an d   n ee d   f o r   ad d itio n al  m o d if icatio n   f o r   s im u ltan eo u s   m ea s u r em en t  o f   m u ltip le  p ar a m eter s .   T h e  tilt   in   th e   g r atin g   s tr u ctu r e  e n ab l es  co r e  a n d   clad d in g   m o d e   r e s o n an ce s   [ 3 2 ] .   T h e   d if f er en tial r esp o n s iv en ess   o f   co r e  an d   clad d in g   r eso n an ce s   [ 3 3 ] ,   allo ws th e  p o s s ib ilit y   o f   m ea s u r in g   d if f e r en t  m ea s u r an d s   s im u ltan eo u s ly .   An   ex p er im en tal  in v esti g atio n   was  ca r r ied   o u t  to   ca lib r ate  an d   v alid ate  th e  p r o p o s ed   s en s o r   f o r   s im u ltan e o u s   m o n ito r in g   o f   v ital  s ig n s   s u ch   as  b o d y   tem p er at u r e  an d   h ea r t  r ate.   T ab le  1   p r o v id es th e   s tate  o f   th e  ar t  f o r   th is   s tu d y .     T h e  s tr u ctu r in g   o f   th e  c u r r e n t  wo r k   is   as  s ec tio n   2   g iv es  d etails  o f   th e  s tr u ctu r e   o f   T FB G  an d   its   s en s in g   p r in cip le.   Sectio n   3   elab o r ates  o n   th e  s etu p   f o r   t h e  e x p er im en tal  in v esti g atio n   o f   t h e  p r o p o s ed   T FB G.   Sectio n   4   p r esen ts   th e  r esu lts   an d   its   d is cu s s io n .   Fin ally ,   s ec tio n   5   en ca p s u lates  th e  co n clu s io n ,   f o llo we d   s u b s eq u en tly   b y   r ef e r en ce s .       T ab le  1 .   State - of - th e - a r t  c o m p ar is o n   S e n s o r   t y p e   S e n s o r   p o s i t i o n   M e a su r e d   p a r a me t e r s   S e n s i t i v i t y / e r r o r   ( %)   R e f e r e n c e   2   F B G   w i t h   P D M S   C h e st   B o d y   t e m p e r a t u r e ,   h e a r t   r a t e ,   r e sp i r a t i o n   r a t e   0 . 0 1 0   n m / ° C ,   ± 1 . 9 6   r a n g e   f o r   h e a r t   r a t e   [ 1 1 ]   2   F B G   w i t h   P D M S   C h e st   w a l l ,   t h o r a x   B o d y   t e m p e r a t u r e ,   h e a r t   r a t e   0 . 3 1   n m / ° C ,   ± 1 . 9 6   r a n g e   f o r     h e a r t   r a t e   [ 1 7 ]   P o l y mer F B G   C h e st   B o d y   t e m p e r a t u r e ,   h e a r t   r a t e   - 0 . 0 5 5   n m/ ° C ,   ± 2 %   f o r   h e a r t   r a t e   [ 2 0 ]   F B G   w i t h   f i b e r   g l a ss   Th o r a x   H e a r t   r a t e ,   r e s p i r a t i o n   r a t e   1 1 . 3   n m / ° C ,   4 . 8 7 %   f o r   h e a r t   r a t e   [ 2 1 ]   F B G   Th o r a x   a n d   n e c k   H e a r t   r a t e ,   r e s p i r a t i o n   r a t e   2 %  e r r o r   f o r   h e a r t   r a t e   [ 2 2 ]   P r o p o se d   TF B G   W r i st   B o d y   t e m p e r a t u r e ,   h e a r t   r a t e   0 . 0 1 1 2   n m/ ° C ,   ± 1 . 9 6   r a n g e   f o r   h e a r t   r a t e   -       2.   P RINCI P L E   O F   T I L T E D  F I B E R  B R AG G   G RATI NG   2 . 1 .     T heo re t ica l ba ck g ro un d o f   t i lt ed  f iber  B ra g g   g ra t ing   I n   FB Gs,  th e  m o d u latio n   in   r ef r ac tiv e  in d ex   in   th e  co r e  r e g io n   r esu lts   in   B r ag g   r eso n an ce   d u e  to   co u p lin g   in   t h e  f o r war d   an d   b ac k war d   p r o p a g atin g   c o r e   m o d es.   B r ag g   r eso n an ce   is   af f ec ted   b y   b o t h   tem p er atu r e  a n d   s tr ain   a p p lie d .   Alo n g   with   B r ag g   r eso n a n ce ,   FB Gs  s h o w  m an y   wea k   r eso n an ce s   in   t h e  tr an s m is s io n   s p ec tr u m   wh ich   r esu lts   f r o m   co u p lin g   to   clad d in g   g u id ed   m o d es.  T h ese  w ea k   r eso n an ce s   ar e   u n d etec ted   in   th e  r ef lectio n   s p ec tr u m   d u e   to   lo s s es in   p o wer .     T FB Gs   v ar y   f r o m   FB Gs in   th e   asp ec t th at  th e  g r atin g   f r in g es in   th e  co r e  r eg io n   ar e  tilt ed   b y   an   an g le   ( θ)   in   ac co r d an ce   with   th e  f i b er   ax is .   T h e  tilt   en h an ce s   cl ad d in g   m o d e  r eso n a n ce   b y   c o u p lin g   a  f o r war d - p r o p a g atin g   co r e  m o d e  an d   b ac k war d - p r o p a g atin g   clad d in g   m o d e.   T FB G  ca n   b e  im p le m en ted   f o r   s en s in g   m an y   p ar am eter s   b y   s elec tin g   wh ich   r eso n a n ce s   g iv e  t h e  b es t  s en s itiv ity   f o r   a   g iv en   m ea s u r an d .   W h en   th e  tilt   an g le  in cr ea s es,  th e  co u p led   r eso n an ce s   s h if t  to war d s   s h o r ter   wav elen g th s .   T h e  s tr u ctu r e   o f   T FB G  i s   s h o wn   in   F ig u r e  1 .     Fig u r e  2   s h o ws th e  tr an s m is s i o n   s p ec tr a  o f   T FB G.   T h e  co r e  m o d e  r eso n a n ce   is   ce n ter ed   at  th e  B r ag g   wav elen g th   an d   th e  cla d d in g   m o d e  s p r ea d s   o v er   a  wid e  wa v elen g th   r an g e  c o n s is tin g   o f   m an y   p ea k s .   T FB G   s en s itiv ity   d ep en d s   o n   co r e   m o d e  a n d   p ea k   wav elen g th s   in   clad d in g   m o d e.   W h en   tem p e r atu r e  is   ap p lied ,   all  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   2 ,  Ap r il   20 25 :   1 4 3 4 - 1 4 4 5   1436   r eso n an ce s   h av e   a  g lo b al  s h i f t,  en ab lin g   th e   T FB G  to   m e asu r e  tem p er atu r e  with o u t   cr o s s - s en s itiv ity   f r o m   o th er   m o d alities .   T h e  r elativ e  s h if t in   co r e  an d   clad d i n g   r eso n an ce s   in d icate s   ch an g e   in   ap p lied   tem p er atu r e.     W h en   ax ial  s tr ain   is   a p p lied ,   t h e  v ar iatio n   in   th e   p er io d icity   r esu lts   in   th e   m o d if icatio n   o f   ef f ec tiv e   r ef r ac tiv e  in d ices.  R eso n an ce s   o f   clad d in g   m o d es  f all  s h o r t  o f   co r e  m o d e  r eso n a n ce   as  th e  h ig h er   clad d i n g   m o d es h av e  s m aller   in d ices c o m p ar ed   to   th e  co r e  m o d e.   L ag   in   th e  s h if t in cr ea s es with   in cr ea s in g   s tr ain .   T h e  eq u atio n s   ( 1 ) - ( 3 )   d escr ib e  th e  p r in cip le  o f   T FB G  [ 3 4 ] .  T h e  T FB G  g r atin g   p er io d   ( )   is   g iv en   as  ( 1 ) :     = Λ c os θ ⁄     ( 1 )     w h er e  Λ   is   th e  g r atin g   p er io d   al o n g   t h e  f i b er   a x is   an d   θ   is   th e  ti lt  an g le  in   ac co r d an ce   with   th e  f ib er   ax is .   T h e  wav elen g th   o f   co r e   an d   th   clad d in g   m o d e  r eso n an ce s   in   th e  tr an s m is s io n   s p ec tr u m   o f   T FB G  is   g iv en   as ,       λ  = ( 2n ef f , co r e   Λ ) / c os θ     ( 2 )     λ = ( n ef f , co r e   + n ef f , cl ad )   Λ c os θ ⁄   ( 3 )     w h er e  λ  ,  λ   ar e  th e   wav elen g th   o f   c o r e  a n d   th   clad d in g   m o d e   r esp ec tiv ely ;  n ef f , co r e ,  n ef f , cl ad   ar e   th e  ef f ec tiv e  r ef r ac ti v e  in d e x   o f   t h e  co r e  an d   th   clad d in g   m o d e  r e s p ec tiv ely .           Fig u r e  1 .   T FB G  s tr u ctu r e           Fig u r e  2 .   T r an s m is s io n   s p ec tr u m   o f   T FB G   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8       Til ted   fib er  B r a g g   g r a tin g   b a s ed   o p tica l sen s o r   fo r   s imu lta n eo u s   mea s u r eme n t o f   …   ( R a m ya   A r u mu g a m )   1437   2 . 2 .     Sens it iv it y   o f   T F B G   T h e  s en s in g   p r i n cip le  o f   T FB Gs  is   an alo g o u s   to   FB Gs.  T h e  wav elen g th   o f   th e  c o r e  a n d   clad d in g   m o d e  i n   th e   tr an s m is s io n   s p e ctr u m   will  ch a n g e   ac co r d in g   to   th e   m ea s u r an d   ap p lied .   T h e  tilt   in   t h e  g r atin g   s tr u ctu r e  in d u ce s   d if f er e n t  s en s itiv ity   to   s tr ain   an d   tem p er at u r e.   W av elen g th   s h if t  in   c o r e  an d   clad d in g   m o d e   r eso n an ce s   d if f er s   with   tem p er atu r e  a n d   s tr ain ,   en ab lin g   s i m u ltan eo u s   m ea s u r em en t  o f   b o th .   E q u atio n s   ( 4 )   an d   ( 5 ) ,   wh ich   d ef in e  t h e  s h if t   in   th e  co r e   an d   its   clad d i n g   m o d e,   ch a r ac ter ize  tem p er at u r e  s en s itiv ity   [ 3 4 ] .     ∆ λ  = 2   ( Λ co s θ   n ef f  + n ef f co s θ   Λ    )   ∆ = ,   ∆     ( 4 )     ∆ λ = ( Λ co s θ     ( n ef f , c o r e + n ef f , c l ad )  + ( n ef f , c o r e + n ef f , c l ad ) co s θ   Λ    )   ∆ = ,   ∆     ( 5 )     wh er e  ∆ λ    an d   ∆ λ   ar e  th e   ch a n g e   i n   wav elen g th   i n   co r e  a n d   clad d in g   r eso n a n ce s   r esp ec tiv ely .   ∆   is   th e  ch an g e   in   ap p lied   tem p er at u r e.   T h e  ap p lied   s tr ain   in   th e  T FB G  r esu lts   in   th e  elo n g atio n   o f   th e  g r atin g   p er io d   an d   r ef r ac tiv e  in d ex   ch an g e.   E q u atio n s   ( 6 )   an d   ( 7 )   s h o w  h o w  th e  s tr ain   s en s itiv ity   s h if ts   th e  co r e  an d   cl ad d in g   r eso n a n ce s ,     r esp ec tiv ely   [ 3 4 ] .     ∆ λ  = 2   ( Λ co s θ   n ef f  + n ef f co s θ   Λ    )   ∆ = ,   ∆     ( 6 )     ∆ λ = ( Λ co s θ     ( n ef f , c o r e + n ef f , c l ad )  + ( n ef f , c o r e + n ef f , c l ad ) co s θ   Λ    )   ∆ = ,   ∆     ( 7 )     wh e r e   ∆   is   th e  c h an g e  i n   a p p li e d   s t r a in .   E q u ati o n s   ( 1 0 )   a n d   ( 1 1 )   a r e  o b t ai n e d   f r o m   ( 6 )   an d   ( 7 )   b y   c o n s id er in g   th e   s u b s tit u t io n   o f   ( 8 )   an d   ( 9 )   i n   it.      =   − 1 n ef f , c o r e   n ef f , c o r e      ( 8 )     =   − 1 ( n ef f , c o r e + n ef f , c l ad )   ( n ef f , c o r e + n ef f , c l ad )      ( 9 )     ∆ λ  = λ   (1 -    )  ∆     ( 1 0 )     ∆ λ = λ   (1 -   )  ∆   ( 1 1 )     T h e  r elatio n   b etwe en   wav elen g th   s h if t  a n d   t h e  ap p lied   tem p er atu r e  a n d   s tr ain   f o r   co n cu r r e n t  s en s in g   is   g i v en   as  [ 3 4 ] .     ( ∆ λ ∆ λ )   =  ( ,    ,   ,   ,   )   ( ∆ ∆ )   ( 1 2 )     E q u atio n   ( 1 2 )   s tates th at  s im u ltan eo u s   m ea s u r em en t is f ea s ib le  b y   th e  s h if t in   co r e  a n d   clad d in g   r eso n a n ce s .         3.   E XP E R I M E N T A L   SE T UP   T h e  ex p e r im en tal  s etu p   to   ascer tain   th e  s en s itiv ity   o f   t h e  p r o p o s ed   T FB G  is   ca r r ied   o u t  with   an   o p tical  b r o ad b a n d   s o u r ce ,   p r o p o s ed   T FB G,   an   o p tical  i n ter r o g ato r ,   an d   a   test in g   ch a m b er   is   s h o wn   in     F ig u r e  3 .   T h e  o p tical  s o u r ce   e m p lo y ed   is   DL - B X9 - C S5 1 5 3 A  with   1 . 9 2   m W   in p u t  p o wer .   I t  e m its   lig h t  with   a   wav elen g th   o f   1 , 5 3 5   to   1 , 5 6 5   n m   r an g e.   T h e  i n ter r o g ato r   ( I - MO N  2 5 6   USB )   h as  a  1 , 5 2 5   t o   1 , 5 7 0   n m   d etec tio n   r an g e  an d   a  r eso lu t io n   o f   0 . 3   p m .   T FB G  p r o p o s ed   is   o f   m o d el  T 7 5 .   T h e   f ab r icatio n   u s ed   is   th e   p h ase  m ask   m eth o d   wh ich   is   u s ed   f o r   m ass   p r o d u ctio n   o f   i d en tical  g r atin g s .   I n   th is   m eth o d ,   th e  i n clin atio n   an g le  is   in s cr ib ed   b y   k ee p in g   th e  p h ase  m ask   an d   f ib er   at  9 0 °  to   th e   wr itin g   b ea m   an d   s p in n in g   th e   p h ase   m ask .   T ab le  2   p r o v id es  th e  d e s ig n   s p ec if icatio n   o f   t h e  p r o p o s ed   T FB G.   T h e  lig h t  em itted   f r o m   t h e  s o u r ce   is   co n n ec ted   t o   th e  p r o p o s ed   T F B G.   T h e  tr an s m is s io n   s p ec tr u m   is   o b s er v ed   f o r   wav elen g t h   s h if t  in   th e  r ec eiv e r   en d   with   an   i n ter r o g ato r   co n n ec ted   to   a   co m p u ter .   W av elen g th   s h if t  o cc u r s   i n   c o r e  a n d   clad d in g   r eso n a n ce s   ac co r d in g   to   t h e  s en s in g   p ar a m eter .   Stra in   is   ap p lied   to   th e  p o ly im id e - c o ated   p r o p o s ed   T FB G  in   th e  f o r m   o f   a  ch an g e  in   h u m id ity .   Mo is tu r e  ab s o r p tio n   ca u s es  th e  co atin g   to   s well,   g en er atin g   a  s tr ain   o n   th e  T FB G   u n d er n ea th .   T h e  r elatio n   b etwe en   th e  s tr ain   o n   th e  f ib e r   d u e  to   m o is tu r e  ab s o r p tio n   is   g iv e n   as  ( 1 3 ) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   2 ,  Ap r il   20 25 :   1 4 3 4 - 1 4 4 5   1438    =  ∗ ∆   ( 13 )     wh er e     is   th e   g en er ated   s tr ain ,      is   th e  h y g r o s co p ic   ex p a n s io n   c o ef f icien t   o f   p o ly im id e   a n d   ∆   is   th e   h u m id ity   c h an g e  a p p lied .     Fig u r e  4   s h o ws  th e  r ea l  tim e  i n v esti g atio n   o f   p r o p o s ed   T FB G  f o r   co n cu r r e n t  tem p er atu r e  an d   h ea r t   r ate  m ea s u r em en t  with   Fig u r e   4 ( a)   s h o win g   th e  test   b en ch   s etu p   an d   Fig u r e  4 ( b )   s h o win g   th e  ex p er im e n tal  s etu p .   Fo r   v alid atio n   o f   m ea s u r ed   d ata,   th e   r ef er e n ce   tem p er atu r e   an d   h ea r t   r ate  wer e   m ea s u r ed   u s in g   a   s tan d ar d   th er m o m eter   an d   h ea r t  r ate  m o n ito r .   T h e  r ef e r en ce   th er m o m eter   u s ed   f o r   tem p er atu r e  m ea s u r em en t   is   th e  T G8 8 1 8 B   in f r a r ed   t h er m o m eter .   T h e  test in g   r an g e  o f   th e  th e r m o m eter   is   0   to   3 cm   a n d   th e   test in g   s p ee d   is   0 . 5   s .   T h e   ac cu r ac y   is   ± 0 . 3   °C   an d   h as  a  r e p ea tab ilit y   o f   ± 0 . 1   °C .   T h e  r ef er en ce   h ea r t  r at e  m o n ito r   u s ed   f o r   p u ls e  r ate  m ea s u r em en t is th e  R ite  ch ec k   b lo o d   p r ess u r e  m o n ito r .   I t m ea s u r es p u ls e  r ate,   d iast o lic  an d   s y s to lic  b lo o d   p r ess u r e.   T h e   h ea r t  r at e  s p ec if icatio n s   ar e:   Me asu r e m en t  m o d e  is   o s cillo g r ap h ic   test in g   m o d e,   th e   m ea s u r em en t r an g e  is   4 0   t o   1 9 9   b ea ts / m in u te  an d   ac cu r ac y   i s   ± 5 % o f   a  p u ls e  v alu e.       T ab le  2 .   Par am eter s   o f   p r o p o s ed   T FB G   P a r a me t e r s   S p e c i f i c a t i o n s   G r a t i n g   l e n g t h   15   mm   G r a t i n g   p r o f i l e   G a u ss i a n   Ti l t i n g   a n g l e   5°   F u l l   w i d t h   a t   h a l f   m a x i m u m (F W H M )   0 . 2 3   nm   C o a t i n g   P o l y i m i d e   R e f l e c t i v i t y   9 8 . 2 4 6 %   C o n n e c t o r   F e r r u l e   c o n n e c t o r - a n g l e d   p h y s i c a l   c o n t a c t   ( F C / A P C )           Fig u r e   3.   E x p er im e n tal  s etu p   t o   in v esti g ate  th e  s en s itiv ity   o f   T FB G  f o r   tem p er atu r e  a n d   s tr ain           ( a)   ( b )     Fig u r e  4 .   R ea l - tim e  in v esti g ati o n   o f   th e  s en s itiv ity   o f   T FB G  f o r   tem p e r atu r e  a n d   h ea r t r ate    ( a)   test   b en ch   s etu p   an d   ( b )   e x p er im en tal  s etu p   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8       Til ted   fib er  B r a g g   g r a tin g   b a s ed   o p tica l sen s o r   fo r   s imu lta n eo u s   mea s u r eme n t o f   …   ( R a m ya   A r u mu g a m )   1439   4.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N   T h e  s en s itiv ity   o f   t h e  p r o p o s ed   T FB G  to   tem p er atu r e  an d   s tr ain   was  d eter m in e d   b y   p lacin g   th e  f ib e r   in   th e  test in g   ch am b er   a n d   v a r y in g   th e  p ar am eter s   in   a  co n tr o lled   en v ir o n m en t.  T h e  tem p er atu r e  s en s itiv ity   was  ca lcu lated   b y   v ar y in g   te m p er atu r e   with   a   co n s tan t  s tr a in   ( co n s tan t  h u m id ity )   o f   0 µε .   Fig u r e  5   s h o ws  t h e  p r o p o s ed   T FB G ' s   tr an s m i s s i o n   s p ec tr u m   f o r   v ar io u s   tem p er atu r e  v al u es.  T h e  co r e  an d   clad d in g   m o d e   r eso n an ce s   s h o w   a  wav elen g t h   s h if t  o f   1 1 . 8 1   p m /° C   at  co n s tan t  s tr ain .   Fig u r e   6   s h o ws  th e  lin ea r ity   in   th e   wav elen g th   s h if t   f o r   ap p lied   ch an g e  i n   tem p e r atu r e   in   F ig u r e  6 ( a)   c o r e  m o d e   r eso n an c e  an d   F ig u r e  6 ( b )   clad d in g   m o d e   r eso n an ce .   1 4 th   clad d in g   p ea k   r eso n an ce   is   co n s id er ed   f o r   i n v esti g atin g   t h e  wav elen g t h   s h if t.   Stra in   s en s itiv ity   was  d eter m i n ed   b y   v ar y i n g   s tr ain   with   co n s tan t  tem p er atu r e  at  2 5   °C .   Fig u r e  7   s h o ws  th e   p r o p o s ed   T FB G ' s   tr an s m is s io n   s p ec tr a  f o r   v ar y i n g   s tr ain   v alu es.  On   o b s er v atio n ,   th e  co r e  m o d e  r eso n an ce   s h o ws  a  s h if t  o f   1 . 7 3   p m /µε   at  a  co n s tan t  tem p er at u r e .   T h e  clad d in g   m o d es  s h o w  d if f er en tial  s h if ts   in   wav elen g th   f o r   v ar y i n g   s tr ain .   B y   an aly s is ,   it  was  f o u n d   t h at  th e  1 4 th   p ea k   clad d i n g   m o d e   g av e  th e   m ax im u m   wav elen g th   s h if t,  a n d   t h e  s am e  was  co n s id er ed   f o r   ca lcu latin g   s tr ain .   L ag   was  f o u n d   in   clad d in g   m o d e   r eso n an ce   co m p a r ed   to   co r e  m o d e  r eso n an ce   f o r   in cr ea s i n g   s tr ain .   Fig u r e  8   ex h ib its   th e  lin ea r ity   in   th e  wav elen g th   s h if t f o r   ap p lied   s tr ain   v ar iatio n   in   F ig u r e  8 ( a)   c o r e  m o d e  r eso n an ce   an d   Fig u r e  8 ( b )   14 th   clad d in g   m o d e  r eso n an ce .           Fig u r e   5 .   T r an s m is s io n   s p ec tr u m   o f   p r o p o s ed   T FB G  s h o win g   wav elen g th   s h if t f o r   v ar y i n g   tem p er atu r e  at  co n s tan t stra in           ( a)   ( b )     Fig u r e   6 .   L i n ea r ity   in   wav ele n g th   s h if ts   f o r   ( a )   co r e   an d   ( b )   c lad d in g   r eso n an ce s   f o r   v ar y in g   tem p er atu r e  at  co n s tan t stra in   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   2 ,  Ap r il   20 25 :   1 4 3 4 - 1 4 4 5   1440       Fig u r e  7 .   T r an s m is s io n   s p ec tr u m   o f   p r o p o s ed   T FB G  s h o win g   wav elen g th   s h if t f o r   v ar y i n g   s tr ain   at  a  co n s tan t   tem p er atu r e           ( a)   ( b )     Fig u r e  8 .   L i n ea r ity   in   wav ele n g th   s h if ts   f o r   ( a )   co r e   an d   ( b )   c lad d in g   r eso n an ce s   f o r   v ar y in g   s tr ain   at  co n s tan t  tem p er atu r e       T h e  r ea l - tim e  in v esti g atio n   o f   s im u ltan eo u s   tem p er at u r e  an d   h ea r t  r ate  m ea s u r em e n t  was  p er f o r m e d   with   th e  h elp   o f   s ix   v o l u n tee r s   ( S1   to   S6 )   ( 3   m ales  an d   3   f em ales) .   T h e  ex p e r im en t  w as  co n d u cted   in   a   co n tr o lled   lab   en v ir o n m en t  af t er   g ettin g   co n s en t  f r o m   th e  s ix   v o lu n teer s .   T h e  v o lu n teer s '   ag es  r an g e  f r o m   2 0   to   3 6 ,   th eir   h eig h t  f r o m   1 5 5   t o   1 8 5   cm ,   an d   th eir   weig h t  f r o m   6 0   t o   8 5   k g .   T h e  p r o p o s e d   T FB G  s en s o r   was   p lace d   at  th e  wr is t  p o s itio n   f o r   all  s ix   v o lu n teer s   an d   th e  r e f er en ce   m ea s u r em en t  was  d o n e  s im u ltan eo u s ly   in   th e  s am e  en v ir o n m en t   co n d itio n .   E ac h   v o l u n teer   was  test ed   f o r   1 8 0   s ec o n d s   an d   t h e  s am e  was  r ep ea ted     3   tim es.  T h e   m ea s u r em e n t  wa s   tak en   f o r   1 8 0   s ec o n d s   an d   t h e  v alu e   at  th e   en d   o f   th e   m e asu r in g   p er io d   was  tak en   f o r   v alid atio n .   Fig u r e   9   s h o ws  th e  tr an s m is s io n   s p ec tr u m   o f   th e  p r o p o s ed   T FB G  f o r   r ea l  tim e  in v esti g atio n .   Fig u r e   9 ( a )   s h o ws  th e  tr an s m is s io n   s p ec tr u m   f o r   all  s ix   v o l u n teer s   an d   Fig u r e  9 ( b )   co m p ar es   th e  s p ec tr u m   o f   S1   an d   S4   f o r   a  b etter   u n d er s tan d in g   o f   wa v elen g th   s h if t in   r eso n an ce s .     Fro m   th e   s p ec tr u m ,   it  was  d e ter m in ed   t h at  th e   co r e   m o d e  r eso n an ce   e x h ib its   a  wa v elen g th   s h if t  o f   1 1 . 2   p m /° C   f o r   t h e  tem p er atu r e  ch a n g e.   T h e   v ar y in g   h ea r t   r ate  was  m ea s u r ed   f r o m   th e   wav elen g th   s h if t   o f   th e  1 4 th   clad d in g   m o d e  s in ce   it  s h o ws  th e  m ax im u m   ch an g e  f o r   ap p lie d   s tr ain .   T h e  wav e len g th   s h if t  in   co r e   an d   clad d i n g   m o d e  r eso n an ce s   f o r   all  s ix   v o lu n teer s   is   s h o wn   in   Fig u r e   1 0 .   I t  was  o b s er v e d   th at,   o n   av e r ag e  a   h ea r tb ea t p r o d u ce s   a  wav ele n g th   s h if t  o f   2 8 . 6 2   p m   in   1 4 th   p ea k   clad d in g   r eso n a n ce .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8       Til ted   fib er  B r a g g   g r a tin g   b a s ed   o p tica l sen s o r   fo r   s imu lta n eo u s   mea s u r eme n t o f   …   ( R a m ya   A r u mu g a m )   1441   T em p er atu r e  was  co m p u te d   f r o m   th e  wav elen g th   s h if t  o f   c o r e  m o d e  r eso n a n ce   an d   h ea r t  r ate  wa s   ca lcu lated   f r o m   t h e  tim e  in ter v al  b etwe en   th e  p ea k s   o f   th e  1 4 th   clad d in g   m o d e   r eso n an ce .   T o   esti m ate  tim e  in ter v als  b etwe en   p ea k s ,   a   s ep ar ate  s et  o f   d ata  was  r ec o r d ed   f o r   ea ch   v o l u n teer   f o r   1 0   s ,   w h ich   co m p u ted   th e   in ten s ity   o f   th e  cla d d in g   p ea k   ag ain s t  th e  tim estam p .   Fig u r e  1 1   s h o ws  th e  n u m b er   o f   p ea k s   r ec o r d ed   f o r     6   s ec o n d s   f o r   v o l u n teer   S4   wit h   n o r m alize d   a m p litu d e.   S4   is   s h o wn   f o r   in s tan ce   as  h ea r t   r at e  f o r   S4   v o lu n tee r   is   m ax im u m   am o n g   all  v o lu n t ee r s   ( 1 0 2   b p m ) .   T h e  h ea r t r ate  is   ca lcu lated   f r o m   th e  tim e  in ter v al  b etwe en   p ea k s   as g iv en   [ 1 1 ] .     Hea r t r ate  =  60      ( 1 4 )     w h er e    is   th e  av er ag e  tim e  in te r v al  b etwe en   s u cc ess iv e  p ea k s .       = 1 − 1 ∑ + 1 − 1 = 1 −       ( 1 5 )     w h er e    is   th e  n u m b er   o f   p ea k s   an d   + 1 −     g iv es th e  tim e  in ter v al  b e twee n   s u cc ess iv e  p ea k s .             ( a)   ( b )     Fig u r e  9 .   T r an s m is s io n   s p ec tr u m   o f   p r o p o s ed   T FB G  f o r   ( a )   s ix   v o lu n teer s   an d   ( b )   two   v o lu n teer s           Fig u r e  1 0 .   W av elen g th   s h if t f o r   co r e   an d   cla d d in g   r eso n an c es f o r   s ix   v o lu n teer s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   2 ,  Ap r il   20 25 :   1 4 3 4 - 1 4 4 5   1442       Fig u r e  1 1 .   Nu m b er   o f   p ea k s   a n d   th e  tim e  in ter v al  b etwe en   p ea k s   f o r   v o lu n teer   S4       T ab le  3   s h o ws  th e  tem p e r atu r e  m ea s u r em en t   ca r r ied   o u t   f o r   s ix   v o lu n teer s .   Me asu r em e n t  was  d o n e   f o r   1 8 0   s ec o n d s ,   an d   t h e  tem p er atu r e  was  m ea s u r ed   b y   a   r ef er en ce   th er m o m eter   e v er y   3 0   s ec o n d s .   T ab le  4   s h o ws  h ea r t  r ate  m ea s u r em e n ts   co n d u cted   f o r   all  v o lu n teer s .   Me asu r em en t  was  tak en   f o r   1 8 0   s ec o n d s ,   an d   v alid atio n   was  d o n e  with   a  r ef er en ce   h ea r t  r ate  m o n ito r   f o r   ev er y   9 0   s ec o n d s .   An   av er ag e  ac cu r ac y   o f   9 9 . 6 8 %   an d   9 8 . 4 2   %  was  ac h iev ed   i n   tem p e r atu r e   an d   h ea r t  r ate  m ea s u r em en ts   b y   th e  p r o p o s ed   T FB G  s en s o r .     T ab le  5   s u m m ar izes  all  tem p er atu r e  an d   h ea r t  r ate  m ea s u r e m en ts   f o r   s ix   v o lu n teer s ,   with   an   er r o r   in   v alid atio n   u s in g   r e f er en ce   d ev ices.  T h e  n ex t  h ig h est  in t eg er   v al u e  f r o m   t h e  m ea n   was  co n s id er ed   f o r   m ea s u r ed   h ea r t  r ate  v alu es.  T h e  av er ag e  r esp o n s e  tim e  was  f o u n d   to   b e  3   s ec o n d s   f o r   t h e  p r o p o s ed   T FB G   s en s o r   f o r   b o th   tem p er atu r e  a n d   h ea r t r ate  m ea s u r em en ts .     T h e  co m p a r is o n   o f   m ea s u r ed   s en s o r   an d   r ef e r en ce   v al u es  is   an aly ze d   u s in g   t h e  B lan d - Altm an   p lo t.   B lan d   Altm an   s tates  th at  th e  r ep r o d u cib ilit y   o f   th e  s en s o r   is   g o o d   if   9 5 %  o f   m ea s u r ed   d at a  lies   in   th e  ± 1 . 9 6   s tan d ar d   d e v iatio n   r a n g e  a n d   th e  m eth o d   u s ed   f o r   m ea s u r in g   is   ac ce p tab le  in   m ed ical  p r ac tices.  Fig u r e  1 2   s h o ws  th e  B lan d   Altm an   p lo t   an aly s is   f o r   tem p e r atu r e  as  s h o wn   in   Fig u r e  1 2 ( a)   a n d   h ea r t  r ate  as  s h o wn   in   Fig u r e  1 2 ( b ) .   Fro m   t h e  f ig u r e ,   it  is   o b s er v ed   th at  th e  p r o p o s ed   m eth o d   o f   s im u ltan eo u s   m ea s u r em en t  o f   v ital   s ig n s   u s in g   T FB G  ca n   b e   ex ten d ed   to   r ea l - tim e  im p lem e n tatio n .   T a b le  6   lis ts   th e  m a jo r   f in d in g s   o f   th e   p r o p o s ed   T FB G  s en s o r   co m p ar ed   with   th e  FB G  s en s o r .   T h e  r ea l - tim e  in v esti g atio n   was  ca r r ied   o u t  in   id ea l   co n d itio n s   an d   v ar iatio n s   m ay   b e  f o u n d   in   r ea l - wo r l d   s ce n ar i o s .         T ab le  3 .   T em p er atu r e   m ea s u r e m en t o f   v o lu n tee r s   V o l u n t e e r   Te mp e r a t u r e     r e a d i n g s (° C )   Ti me   ( s)   R e l a t i v e   e r r o r   ( %)   |   −     | × 100   A c c u r a c y   ( %)   ( 1 0 0 - e r r o r )   30   60   90   1 2 0   1 5 0   1 8 0   M e a n   S1   R e f e r e n c e   3 6 . 2   3 6 . 2   3 6 . 3   3 6 . 3   3 6 . 3   3 6 . 3   3 6 . 3   0 . 2 7   9 9 . 7 3   M e a su r e d   3 6 . 2   3 6 . 2   3 6 . 3   3 6 . 2   3 6 . 3   3 6 . 2   3 6 . 2   S2   R e f e r e n c e   36   3 6 . 1   3 6 . 2   3 6 . 2   3 6 . 2   3 6 . 2   3 6 . 2   0   1 0 0   M e a su r e d   3 6 . 2   3 6 . 3   3 6 . 1   3 6 . 2   3 6 . 2   3 6 . 2   3 6 . 2   S3   R e f e r e n c e   3 6 . 3   3 6 . 3   3 6 . 3   3 6 . 3   3 6 . 3   3 6 . 3   3 6 . 3   0 . 2 7   9 9 . 7 3   M e a su r e d   36   3 6 . 2   3 6 . 2   3 6 . 2   3 6 . 2   3 6 . 2   3 6 . 2   S4   R e f e r e n c e   3 6 . 1   3 6 . 1   36   36   36   36   3 6 . 0   0 . 5 5   9 9 . 4 5   M e a su r e d   3 5 . 8   3 5 . 7   3 5 . 8   3 5 . 8   3 5 . 8   3 5 . 8   3 5 . 8   S5   R e f e r e n c e   3 6 . 3   3 6 . 2   3 6 . 2   3 6 . 2   3 6 . 2   3 6 . 2   3 6 . 2   0 . 2 7   9 9 . 7 3   M e a su r e d   3 6 . 2   3 6 . 2   3 6 . 3   3 6 . 3   3 6 . 3   3 6 . 3   3 6 . 3   S6   R e f e r e n c e   3 6 . 4   3 6 . 2   3 6 . 3   3 6 . 3   3 6 . 3   3 6 . 3   3 6 . 3   0 . 5 4   9 9 . 4 6   M e a su r e d   3 6 . 5   3 6 . 4   3 6 . 5   3 6 . 5   3 6 . 5   3 6 . 5   3 6 . 5                     A v e r a g e   a c c u r a c y   9 9 . 6 8     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8       Til ted   fib er  B r a g g   g r a tin g   b a s ed   o p tica l sen s o r   fo r   s imu lta n eo u s   mea s u r eme n t o f   …   ( R a m ya   A r u mu g a m )   1443   T ab le  4 .   Hea r t r ate  m ea s u r em en t o f   v o lu n teer s   V o l u n t e e r   H e a r t   r a t e   r e a d i n g s  ( b p m)   Ti me   ( s)   M e a n   R e l a t i v e   e r r o r   ( %)   |    −     | × 100   A c c u r a c y   ( %)   ( 1 0 0 - Er r o r )   90   1 8 0   S1   R e f e r e n c e   82   81   8 1 . 5   1 . 8 7   9 8 . 1 3   M e a su r e d   80   80   80   S2   R e f e r e n c e   89   89   89   1 . 1 1   9 8 . 8 9   M e a su r e d   90   90   90   S3   R e f e r e n c e   99   1 0 0   9 9 . 5   0 . 5   9 9 . 5   M e a su r e d   1 0 0   1 0 0   1 0 0   S4   R e f e r e n c e   1 0 2   1 0 2   1 0 2   0 . 9 9   9 9 . 0 1   M e a su r e d   1 0 1   1 0 1   1 0 1   S5   R e f e r e n c e   81   82   8 1 . 5   3 . 1 6   9 6 . 8 4   M e a su r e d   79   79   79   S6   R e f e r e n c e   79   80   7 9 . 5   1 . 8 5   9 8 . 1 5   M e a su r e d   81   81   81             A v e r a g e   a c c u r a c y   9 8 . 4 2       T ab le  5 .   Su m m a r y   o f   tem p e r atu r e  an d   h ea r t r ate  m ea s u r em en t o f   v o l u n teer s   V o l u n t e e r   R e f e r e n c e     t e m p e r a t u r e   ( ° C )   R e f e r e n c e     h e a r t   r a t e   ( b p m)   M e a su r e d     t e m p e r a t u r e   ( ° C )   M e a su r e d     h e a r t   r a t e   ( b p m)   Er r o r   i n   t e m p e r a t u r e   ( ° C )   Er r o r   i n     h e a r t   r a t e   ( b p m)   S1   3 6 . 3   82   3 6 . 2   80   0 . 1   2   S2   3 6 . 2   89   3 6 . 2   90   0   1   S3   3 6 . 3   1 0 0   3 6 . 2   1 0 0   0 . 1   0   S4   3 6 . 0   1 0 2   3 5 . 8   1 0 1   0 . 2   1   S5   3 6 . 2   82   3 6 . 3   79   0 . 1   3   S6   3 6 . 3   80   3 6 . 5   81   0 . 2   1           ( a)   ( b )     Fig u r e  1 2 .   B lan d   Altm an   p lo t  f o r   ( a)   tem p er atu r e  an d   ( b )   h e ar t r ate  m ea s u r em en ts       T ab le  6 .   Ma jo r   f in d i n g s   o f   t h e   s tu d y   P a r a me t e r s   F B G   TFBG   Te mp e r a t u r e   se n si t i v i t y   1 2   p m / ° C   1 1 . 8 1   p m / ° C   S t r a i n   s e n s i t i v i t y   1 . 2   p m/ µ ε   1 . 7 3   p m / µ ε   S i mu l t a n e o u s  m e a s u r e m e n t   NA   1 1 . 2   p m / ° C ,   2 8 . 6 2   p m  p e r   h e a r t b e a t   A c c u r a c y   9 6 %   9 8 . 5 %       5.   CO NCLU SI O N   C o n tin u o u s   an d   s im u ltan eo u s   m o n ito r in g   o f   v ar io u s   v ital  s ig n als  u s in g   a  s in g le  s en s o r   is   an   ess en tial   s tu m b lin g   b lo ck   t h at  n ee d s   to   b e  ad d r ess ed .   T h e  p r o p o s ed   T FB G - b ased   o p tical  f ib er   s en s o r   ac ts   as  a  s o lu tio n   f o r   th at,   wh ich   e n ab les  s im u ltan eo u s   tem p er atu r e  an d   h ea r t  r ate  m ea s u r em en t  b ased   o n   th e  wav elen g th   s h if t  in   th e  co r e  a n d   clad d in g   m o d e  r eso n an ce s .   T h e  p r o p o s ed   T FB G - b ased   o p tical  s en s o r   h as  a  s en s itiv ity   o f   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.