موسوعة تقنية استشعار شبكة براغ الليفية - أسئلة متكررة حول FBG - أسئلة متكررة حول مستشعر FBG - أسئلة متكررة حول مزيل تشكيل FBG - تحليل مشاكل التطبيق الشائعة لـ FBG
Concept و Principle of Fiber Bragg Grating (FBG) -Working Principle of Temperature/Stress/Strain Measurement- Packaging Principle
تقدم هذه المقالة مفهوم شبكة براغ الليفية (FBG) وتشرح كيفية عملها. تشرح مبدأ FBG باستخدام صيغة شرط براغ وتوفر رسومًا بيانية فيزيائية مقابلة لمستشعرات FBG.
It also highlights that many OFSCN® capillary seamless steel tube fiber bragg grating sensors, including FBG temperature sensors (thermometers), FBG strain sensors (strain gauges), and FBG stress sensors (tensile gauges), are made using FBGs. The article presents the packaging مبدأ مستشعرات FBG as well.
1. ما هي الشبكة؟
الجهاز البصري المكون من العديد من الشقوق المتوازية ذات التباعد المنتظم يسمى شبكة. النوع الأكثر شيوعًا هو شبكة متساوية المسافات بشقوق من نفس العرض والتباعد.
 |
|
الشكل 1 |
غالبًا ما تُصنع هذه الشبكات على ألواح زجاجية أو صفائح معدنية أو ألواح بلاستيكية. يمكن أن تكون الشقوق إما معتمة أو شبه شفافة، بينما تكون المناطق الملساء بين الشقوق شفافة عادةً.
يمكن أن تحتوي الشبكات المصممة جيدًا على آلاف أو حتى عشرات الآلاف من الشقوق ضمن عرض 1 سم. نظرًا لأن تباعد الشبكة (فترة الشبكة) قريب من الطول الموجي للضوء، يحدث حيود أو نقل للموجات الضوئية.
الشبكات التي تستخدم حيود الضوء المنقول تسمى شبكات الإرسال، بينما تلك التي تستخدم حيود الضوء المنعكس، مثل تلك التي تحتوي على شقوق متوازية على سطح مطلي بالمعدن، تسمى شبكات الانعكاس.
2. ما هي شبكة الألياف الضوئية؟ ما هي شبكة براغ الليفية (FBG)؟
عندما يتم نقش التباعد المنتظم للشقوق المتوازية المذكورة أعلاه على قلب الألياف البصرية باستخدام مواد حساسة للضوء، فإنها تصبح شبكة براغ الليفية (FBG).
شبكة الألياف الضوئية ذات المسافة الموحدة والمتسقة للشبكة (دورة الشبكة)، والمعروفة أيضًا باسم FBG، يكون الطول الموجي المنعكس ضيقًا للغاية، والمسافة بين نقاط الانعكاس هي نفسها دائمًا. تتضمن الشبكة العديد من نقاط الانعكاس لأطوال موجية محددة.
يمكن إنتاج FBG باستخدام طرق مثل التعرض للأشعة فوق البنفسجية بقناع، أو النقش الكيميائي، أو الكتابة نقطة بنقطة باستخدام ليزر الفيمتوثانية. فيما يلي رسوم بيانية تخطيطية وفيزيائية لـ FBGs:
 |
|
الشكل 2 |
 |
|
الشكل 3 |
 |
3. ما هو سلسلة/مصفوفة شبكة براغ الليفية؟
A flexible characteristic of FBGs is the ability to achieve multi-point sensing. In theory, multiple FBGs with different wavelengths can be inscribed within a single sensor, allowing for distributed measurements of one or more physical parameters. The fiber with multiple inscribed FBGs is called a fiber Bragg grating string/array (FBGs) (corresponding to OFSCN® capillary seamless steel tube Distributed Fiber Bragg Grating Sensors).
على سبيل المثال، يوضح الشكل 5 ليفًا ضوئيًا يحتوي على 9 FBGs بأطوال موجية مختلفة، مما يتيح قياسات متزامنة في 9 نقاط مختلفة.
 |
| الشكل 5 |
 |
|
الشكل 6 |
 |
|
الشكل 7 (الشكل العلوي يوضح توزيع الطول الموجي لمصفوفة FBG بثمانية أطوال موجية مختلفة على محلل طيف بصري.) |
4. مبدأ شبكة براغ الليفية
عندما تتطابق نقطتان انعكاسيتان بدقة وفقًا لشرط براغ، ينعكس الإشارة الضوئية ذات الطول الموجي المقابل بواسطة الشبكة، بينما لا تنعكس الأطوال الموجية الأخرى بشكل كبير.
 |
|
الشكل 8 |
من خلال توصيل جهاز استجواب FBG، يمكن قياس الطول الموجي للموجة المنعكسة المستقلة. عندما يتعرض FBG لتغيرات في الإجهاد أو درجة الحرارة، تتغير مسافة الشبكة (فترة الشبكة) والطول الموجي للموجة المنعكسة. يمكن قياس هذه التغييرات عن طريق تحليل الأطوال الموجية المنعكسة.
يرتبط تغير الطول الموجي لـ FBG بتغيرات الانفعال ودرجة الحرارة ويمكن التعبير عنه بالصيغة: ΔλB = λB(1 - Pe)Δε + λB(αf - ξ)ΔT.
(1). مبدأ قياس درجة الحرارة لـ FBG - مبدأ مستشعر درجة حرارة FBG (مقياس حرارة FBG) - تغير الطول بسبب التمدد والانكماش الحراري
في البيئة التي يوجد فيها FBG، تتسبب تغيرات درجة الحرارة في اختلافات دورية في تباعد الشبكة (Λ) لـ FBG، والتي يمكن أن تُعزى إلى التمدد والانكماش الحراري.
باستخدام جهاز استجواب FBG، يمكن قياس الطول الموجي المنعكس (λB) لـ FBG. نظرًا لوجود علاقة بين الطول الموجي المنعكس (λB) وتباعد الشبكة (Λ)، معبر عنها بالصيغة λB = 2neffΛ، حيث neff هو معامل الانكسار الفعال للألياف، يمكن تحديد درجة حرارة FBG عن طريق تحليل الطول الموجي المنعكس. هذا هو مبدأ قياس درجة حرارة الشبكة.
(2) . مبدأ قياس الإجهاد لشبكة براغ الليفية (FBG) - مستشعر إجهاد FBG (مقياس انفعال FBG، مقياس شد FBG، مقياس ضغط FBG، مقياس حديد التسليح FBG) - تغير الطول نفسه:
على غرار تغيرات درجة الحرارة، يمكن أن تتسبب الاختلافات في القوة أيضًا في حدوث تغييرات في مسافة الشبكة (فترة الشبكة) لشبكة براغ الليفية (FBG). بعبارات بسيطة، يمكن أن تقوم بتمديد أو ضغط FBG.
باستخدام جهاز استجواب FBG، يمكن قياس الطول الموجي المنعكس لـ FBG. نظرًا لوجود علاقة بين الطول الموجي المنعكس λB ومسافة الشبكة Λ لـ FBG، معبر عنها بالصيغة λB = 2neffΛ، حيث neff هو معامل الانكسار الفعال للألياف، يمكن تحديد الشد أو الضغط المطبق على FBG عن طريق تحليل الطول الموجي المنعكس. هذا هو المبدأ وراء قدرة FBG على قياس الإجهاد.
(3). مبدأ قياس الانفعال لشبكة براغ الليفية (FBG) - مستشعر انفعال FBG (مقياس انفعال FBG) - تغير الطول نفسه:
سواء كانت التغييرات الناجمة عن درجة الحرارة أو التغييرات الناجمة عن القوة المطبقة، فإن المظهر النهائي هو التغير في طول (انفعال) FBG. في الصيغة λB = 2neffΛ، تمثل مسافة الشبكة Λ طول FBG على نطاق صغير. لذلك، يمكن استخدام FBG لقياس الانفعال.
5. لماذا التغليف مهم لشبكة براغ الليفية (FBG)؟
The sensing units of OFSCN® capillary seamless steel tube fiber bragg grating sensors from DCYS, mostly consist of Fiber Bragg Gratings (FBGs) encapsulated in seamless steel tubes.
السبب الرئيسي لاستخدام تغليف الأنابيب الفولاذية غير الملحومة لـ FBGs هو أن FBGs هشة للغاية، والألياف التي تحمل FBGs حساسة أيضًا. بدون التعبئة والحماية المناسبتين، تكون FBGs غير صالحة للاستخدام تقريبًا في التطبيقات العملية. من الضروري حماية FBGs وتصنيع مستشعرات FBG قوية لاستخدامها في مختلف البيئات الصعبة. وهذا هو بالضبط ما نحن بارعون فيه.
 |
|
الشكل 9 |
|
|
| الشكل 10 |
Our philosophy is: 'OFSCN®, make optical fiber stronger!'
DCYS is a professional fiber bragg grating manufacturer, providing FBG working principle, temperature measurement principle, stress و strain measurement principle, و unique seamless steel tube packaging principle; FBG brand is 'OFSCN'.