موسوعة تقنية استشعار شبكة براغ الليفية - أسئلة متكررة عن FBG - أسئلة متكررة عن مستشعر FBG - أسئلة متكررة عن جهاز فك تشفير FBG - تحليل مشاكل التطبيق الشائعة لـ FBG

This article analyzes the inherent drawbacks of fiber Bragg gratings (FBGs), which pose technical challenges in the packaging of fiber Bragg grating sensors (FBG sensors). It also introduces the accurate fiber Bragg grating temperature sensor (Bragg fiber grating thermometer) و proposes temperature compensation solutions for fiber Bragg grating stress sensors و fiber Bragg grating strain sensors developed by DCYS. The article also mentions fiber Bragg grating strings/arrays (FBGs) و serial fiber Bragg grating sensors with FBGs (serial FBG sensors ).

في المقال السابق، 'المبادئ الأساسية لشبكات براغ الليفية ومستشعرات شبكة براغ الليفية - الجزء 2: مبادئ استشعار FBG،' علمنا أن شبكات براغ الليفية (FBGs) يمكنها قياس الكميات الفيزيائية الأساسية مباشرة مثل الإجهاد والانفعال ودرجة الحرارة. هذا القياس المباشر ممكن لأن فترة الشبكة (خطوة الشبكة) لـ FBGs ترتبط مباشرة بثلاثة معلمات فيزيائية أساسية: القوة (قوة الشد أو الضغط)، الطول (الاستطالة أو الانكماش)، ودرجة الحرارة (التسخين أو التبريد). من بين هذه التغييرات، تعتبر تغيرات القوة ودرجة الحرارة أسبابًا، بينما تعتبر تغيرات الطول نتائج (كما هو موضح في الشكل 1).

الشكل 1

تشكل الاستنتاجات المذكورة أعلاه الأساس النظري للاستشعار باستخدام شبكات براغ الليفية (FBGs) ومستشعرات شبكة براغ الليفية (مستشعرات FBG). ومع ذلك، فإنها تقدم أيضًا تحديًا جديدًا أو صعوبة تقنية، وهي العيب المتأصل في شبكات براغ الليفية.

1. عيوب شبكات براغ الليفية (FBGs) وتحديات تغليف مستشعرات شبكة براغ الليفية (مستشعرات FBG)

The problem we face is that when using a fiber Bragg  grating (FBG) و a fiber Bragg grating sensor (FBG sensor) for sensing و detection, we observe a change in the reflected wavelength (corresponding to the change in grating pitch). The challenge lies in determining whether this change is caused by force variations or temperature variations.

ما لم يتم معالجة هذه المشكلة، من المستحيل تحديد نوع مستشعر شبكة براغ الليفية المستخدم (مستشعر درجة حرارة شبكة براغ الليفية، مستشعر إجهاد شبكة براغ الليفية، أو مستشعر انفعال شبكة براغ الليفية). علاوة على ذلك، من الصعب ضمان دقة القياسات التي يتم الحصول عليها من مستشعرات شبكة براغ الليفية.

2. ابدأ بمستشعر درجة حرارة شبكة براغ ليفية دقيق

In this remarkable era, DCYS has been fortunate to stand on the shoulders of giants in multiple industries و has creatively combined the modern metallurgical pipe manufacturing industry with the fiber Bragg grating sensing industry. As a result, we have developed our own solution to address the challenge of separating temperature و stress/strain in fiber Bragg gratings (FBGs) و fiber Bragg grating sensors (FBG sensors). This solution has led to the creation of the OFSCN® capillary Seamless Steel Tube Fiber Bragg Grating Sensor series (refer to Figures 2 و 3 for the packaging structure of the fiber Bragg grating sensor).

الشكل 2

الشكل 3

الشكل 2 shows the OFSCN® capillary Seamless Steel Tube Fiber Bragg Grating Temperature Sensor (Type 01). We can confidently state that this fiber Bragg grating temperature sensor perfectly achieves the separation of temperature and stress/strain, both in principle and in practical measurements. We will provide further details and experimental evidence in subsequent articles.

This product also offers high sensitivity, fast heat conduction, excellent accuracy, compact size, light weight, high tensile and compressive strength, high temperature resistance, corrosion resistance, water and moisture resistance, non-combustibility, and أخرى characteristics. It is an innovative Bragg fiber grating temperature sensor. With this product, we hope that DCYS can help advance the entire fiber Bragg grating sensing industry and contribute to its further development.

3. مبادئ تعويض درجة الحرارة لمستشعرات إجهاد شبكة براغ الليفية ومستشعرات انفعال شبكة براغ الليفية

الشكل 3 shows the OFSCN® capillary Seamless Steel Tube Fiber Bragg Grating Stress/Strain Sensor (Type 02). Although this product does not achieve temperature and stress/strain separation independently, it can be used in conjunction with the OFSCN® capillary Seamless Steel Tube Fiber Bragg Grating Temperature Sensor (Type 01) to address the challenge of temperature and stress/strain separation, as depicted in Figure 4.

الشكل 4

4. مفهوم سلاسل/مصفوفات شبكة براغ الليفية (FBGs) ومستشعرات شبكة براغ الليفية التسلسلية (مستشعرات FBG مع FBGs)

To better understand the previous diagram, let's first supplement some basic knowledge about fiber Bragg gratings (FBGs). One of the flexible features of fiber Bragg grating sensors is the ability to achieve multipoint sensing. In theory, we can inscribe numerous FBGs with different wavelengths in a single sensor, enabling distributed detection of one or multiple physical parameters (corresponding to the OFSCN® Capillary Seamless Steel Tube Distributed Fiber Bragg Grating Sensor).

للحصول على مثال محدد، راجع الشكل 5، الذي يوضح ليفًا يحتوي على تسعة FBGs بأطوال موجية مختلفة. يتيح هذا الإعداد القياس المتزامن في تسع نقاط مختلفة.

الشكل 5

الشكل 6 يعرض الشكل 6 توزيع الأطوال الموجية لمصفوفة شبكة براغ الليفية ذات الثماني قنوات (FBGs) على محلل طيفي بصري.

5. تعويض درجة الحرارة لمستشعرات شبكة براغ الليفية

Returning to the example in الشكل 4, we use two OFSCN® Capillary Seamless Steel Tube Fiber Bragg Grating Sensors, Sensor 1 and Sensor 2, with different wavelengths. Sensor 1 is sensitive to both temperature and stress/strain, while Sensor 2 is only sensitive to temperature. They are placed in the same environment, with the same temperature. For Sensor 1, the change in wavelength includes the influence of both temperature and stress/strain. However, we already know its temperature accurately (from Sensor 2), so we can subtract the temperature's impact on the wavelength change, leaving only the effect of stress/strain (calculation details can be found in the formula: ΔλＢ ＝λＢ（１－Ｐｅ）Δε＋λＢ（αｆ－ξ）ΔＴ).

في تكوين المستشعر هذا، يصبح المستشعر 1 مستشعر إجهاد شبكة براغ الليفية ومستشعر انفعال شبكة براغ الليفية معايرًا بدقة (تُعرف عملية الحساب هذه بتعويض درجة الحرارة لمستشعرات شبكة براغ الليفية).

The OFSCN® Capillary Seamless Steel Tube Fiber Bragg Grating Temperature Sensor can also be used for temperature compensation in أخرى applications, such as fiber Bragg grating vibration sensors, fiber Bragg grating shape sensors, fiber Bragg grating gas sensors, and fiber Bragg grating pressure sensors.

Based on the above discussion, the OFSCN® Capillary Seamless Steel Tube Fiber Bragg Grating Sensors produced by DCYS successfully achieve the separation of temperature and stress/strain, overcoming the inherent drawbacks of fiber Bragg gratings. The key lies in the fact that the OFSCN® Capillary Seamless Steel Tube Fiber Bragg Grating Temperature Sensor provides accurate temperature measurement unaffected by stress/strain. How does DCYS achieve this? The principles and mysteries will be revealed in the التالي article. Stay tuned!

Our philosophy is: 'OFSCN®, make optical fiber stronger!'