مبدأ استشعار محزوز براغ الليفي - مبدأ FBG - مبدأ مستشعر FBG - مبدأ استشعار درجة حرارة FBG، الإجهاد، الضغط، الاهتزاز، الشكل
تشرح هذه المقالة مبدأ مستشعرات محزوز براغ الليفي (FBG) بناءً على المفهوم الأساسي 'لانعكاس وتداخل الموجات الضوئية'، بما في ذلك مبادئ قياس درجة الحرارة، قياس الضغط، وقياس الإجهاد باستخدام FBG. ثم تقدم مبدأ عمل مستشعرات FBG وتوفر رسمًا تخطيطيًا لمبدأ مستشعر FBG.
تتناول المقالة كذلك مبدأ قياس درجة الحرارة الدقيق لمستشعرات درجة حرارة FBG وتقدم مبدأ استخدام مقاييس حرارة FBG الدقيقة من أجل تعويض درجة الحرارة لـ مستشعرات إجهاد FBG. هذا المبدأ للتعويض ينطبق أيضًا على مستشعرات إجهاد FBG, مستشعرات شكل FBG, وغيرها من مستشعرات FBG.
أخيرًا، تشرح المقالة الـ الاختلافات بين تقنية استشعار محزوز براغ الليفي و تقنية الاستشعار الليفي الموزع من حيث المبادئ.
جدول المحتويات:
Ⅳ. فيديو مبدأ مستشعر محزوز براغ الليفي، فيديو مبدأ محزوز براغ الليفي.
Ⅶ. لماذا يعتبر تعويض درجة الحرارة ضروريًا لمستشعرات إجهاد محزوز براغ الليفي؟ مبدأ تعويض درجة الحرارة (مقياس إجهاد FBG) للقياس الدقيق.
تقدم المقالة شروحات شاملة للمبادئ. يوصى بالتركيز على الأقسام ذات الأهمية لفهم أفضل.
Ⅰ. مبدأ انعكاس وتداخل الموجات الضوئية - مقارنة بين انعكاس وتراكب الموجات الصوتية وانعكاس وتراكب الموجات الضوئية.
1. لماذا من الضروري فهم مبدأ انعكاس وتداخل الموجات الضوئية قبل فهم المبادئ الأساسية لمحزوز براغ الليفي (FBG) ومستشعرات محزوز براغ الليفي (مستشعرات FBG)؟
قبل التعمق في المبادئ الأساسية لمحزوز براغ الليفي (FBG) و مستشعرات محزوز براغ الليفي (مستشعرات FBG), من الضروري فهم مفاهيم انعكاس وتداخل الموجات الضوئية.
وذلك لأن الجزء الأكثر أهمية في مستشعر محزوز براغ الليفي (مستشعر FBG) يكمن في الكشف الدقيق عن أطوال موجية معينة محددة من الموجات المنعكسة. بتحليل التغيرات في طول موجة الموجات المنعكسة، يمكن للمستشعر قياس تغيرات الكمية الفيزيائية المرصودة، مثل الضغط، الإجهاد، أو درجة الحرارة.
نظرًا لأن الموجات الضوئية ذات ترددات عالية وأطوال موجية قصيرة، فلا يمكن ملاحظتها بسهولة مباشرة في حياتنا اليومية. لتسهيل الفهم، سأستخدم الموجات الصوتية كتشبيه للموجات الضوئية—كلاهما موجات، على الرغم من أن إحداهما مسموعة والأخرى ليست كذلك.
2. Echoes of sound waves, showing the principle of reflection و interference, apply the same characteristics to light waves.
في الحياة اليومية، قد تكون قد مررت بالموقف التالي: عندما تصرخ في وجه جدارين أو جبلين، تسمع صدى صوتين أو أكثر (انعكاس الموجات الصوتية)؛ إذا عدلت وضعك واستمررت في الصراخ، ستسمع الأصداء تتجمع في صدى واحد في مواضع محددة (تلبية لشروط معينة)، ومع حركتك، قد تختلف شدة الأصداء.
الصدى العالي هو نتيجة تداخل إيجابي (تداخل الموجات الصوتية) من انعكاسات متعددة، بينما الصدى الأضعف ناتج عن تداخل سلبي (تداخل الموجات الصوتية) من انعكاسات متعددة.
 |
|
الصورة 1 |
وبالمثل، فإن الموجات الضوئية، مثل الموجات الصوتية، تظهر أيضًا هذه الخصائص على نطاق أصغر. عندما تتحقق شروط معينة (شروط براغ)، فإن الموجات الضوئية التي تمر عبر محزوز براغ الليفي (FBG) ستتعرض لانعكاسات متعددة، مما يؤدي إلى تداخل إيجابي (تداخل) للموجات المنعكسة.
3. Further reading:
أحد المبادئ الأساسية لمحزوز براغ الليفي (FBG) ومستشعرات محزوز براغ الليفي (مستشعرات FBG): انعكاس وتداخل الموجات.
المبادئ الأساسية لمحزوز براغ الليفي (FBG) ومستشعرات محزوز براغ الليفي (مستشعرات FBG) Ⅰ : انعكاس وتداخل الموجات.
Ⅱ. ما هي محزوزات براغ الليفية؟ ماذا يمكن أن تفعل محزوزات براغ الليفية؟ مبدأ محزوزات براغ الليفية (مبدأ محزوز براغ الليفي FBG).
محزوز براغ الليفي (FBG) هو نوع من محزوز الألياف البصرية بفترة محزوز موحدة ومتسقة فترة المحزوز (دورية الألياف). المسافة بين نقاط الانعكاس لـ FBG تكون دائمًا متساوية. يمكن إنتاج FBGs من خلال طرق مختلفة، مثل التعرض لـ الضوء فوق البنفسجي باستخدام قناع، النقش الكيميائي، أو الكتابة نقطة بنقطة بليزر الفمتوثانية, إلخ. يمكن أن تكون FBG أحادية النقطة أو سلاسل/مصفوفات FBG (مصفوفات FBG).
 |
|
الصورة 2 |
بتوصيل مستشعر محزوز براغ الليفي بـ جهاز فك تشفير FBG، يمكن للمرء قياس طول موجة الموجات المنعكسة المستقلة. عندما محزوز براغ الليفي (FBG) يشهد تغيرات في الضغط أو درجة الحرارة، ستتغير فترة المحزوز (دورية المحزوز)، مما يؤدي إلى اختلافات في طول موجة الموجات المنعكسة. سيتم انعكاس أطوال موجية مختلفة، مما يتيح قياس التغير في الطول الموجي براغ.
يرتبط التغير في الطول الموجي لـ Bragg (ΔεB) لشبكة الألياف Bragg (FBG) بكل من السلالة (Δε) وتغير درجة الحرارة (ΔT)، وتكون الصيغة كما يلي: ΔκB = lectB(1 - Pe)Δε + lectB(αf - ξ)ΔT.
1. مبدأ شبكة الألياف Bragg (FBG) لاستشعار درجة الحرارة - مبدأ مستشعر درجة الحرارة FBG (مقياس الحرارة FBG) - تغير الطول بسبب التمدد الحراري والانكماش
في البيئة حيث الألياف براج صريف (FBG)، فإن التغيرات في درجة الحرارة سوف تسبب تغيرات منتظمة في فترة المحزوز Λ (دورية الألياف) من FBG. بعبارات بسيطة، إنه التمدد الحراري والانكماش.
 |
| الصورة 3 |
باستخدام أ مزيل تشكيل شبكة الألياف Bragg، الطول الموجي المنعكس αB لـ FBG يمكن قياسها. نظرًا لأن الطول الموجي المنعكس κB وفترة الشبكة Λ الخاصة بشبكة الألياف Bragg لهما علاقة مقابلة (κB = 2نيفΛ، حيث neff هو مؤشر انكسار الألياف)، ودرجة حرارة الألياف براج صريف يمكن تحديدها من خلال فهم الطول الموجي المنعكس. هذا هو مبدأ استشعار درجة الحرارة باستخدام FBGs.
2. Principle of محزوز براغ الليفي (FBG) for Stress Sensing—FBG Strain Gauge Principle (FBG Load Cell, FBG Pressure Sensor)—Length Change due to Force
كما هو الحال مع التغيرات في درجات الحرارة، فإن التغيرات في القوة سوف تسبب أيضًا تغيرات منتظمة في فترة المحزوز Λ (دورية الألياف) من الألياف براج صريف (فبج). بعبارات بسيطة، إنها تمتد أو تضغط.
 |
| الصورة 4 |
باستخدام أ مزيل تشكيل شبكة الألياف Bragg، يمكن قياس الطول الموجي المنعكس κB لـ FBG. نظرًا لأن الطول الموجي المنعكس κB وفترة الشبكة Λ الخاصة بشبكة الألياف Bragg لهما علاقة مقابلة (κB = 2نيفΛ، حيث neff هو مؤشر انكسار الألياف)، يمكن تحديد القوة المطبقة على شبكة الألياف Bragg (FBG) من خلال فهم الطول الموجي المنعكس. هذه هي الطريقة التي يمكن بها استخدام FBGs لقياس التوتر.
3. مبدأ شبكة الألياف Bragg (FBG) لاستشعار الإجهاد - مستشعر الإجهاد FBG (مقياس الإجهاد FBG) - تغيير الطول نفسه
سواء كان ذلك هو الاختلاف في شبكة الألياف Bragg بسبب درجة الحرارة أو القوة، فإن المظهر النهائي هو التغيير في طول شبكة الألياف Bragg (السلالة). في الصيغة κB = 2نيفتمثل Λ، Λ فترة الشبكة (دورية الألياف) لشبكة الألياف Bragg نفسها، والتي تمثل طول شبكة الألياف Bragg على نطاق صغير. لذلك، يمكن استخدام شبكات الألياف Bragg لقياس الضغط.
 |
| 图5 |
4. قراءة إضافية:
Ⅲ. ما هو مستشعر شبكة الألياف Bragg؟ لماذا نحتاج إلى تغليف شبكات الألياف Bragg؟ مبدأ العمل لشبكات الألياف Bragg.
بالرغم من الألياف براج صريف (FBG) يمكن استخدامه لقياس درجة الحرارة والإجهاد والانفعال، ويجب تغليفه في ملف مستشعر شبكة براغ الليفية (مستشعر FBG) قبل أن يمكن استخدامه بسبب هشاشته المتأصلة.
 |
| الصورة 6 |
DCYS creatively combines stainless steel seamless tubes with شبكات الألياف براج (FBG) to produce patented OFSCN® capillary series أجهزة استشعار لأنابيب الصلب غير الملحومة من الألياف Bragg، مشتمل أنبوب فولاذي غير ملحوم، مستشعرات درجة الحرارة لشبكة الألياف Bragg (مقاييس الحرارة FBG)، أنابيب الصلب غير الملحومة الألياف Bragg أجهزة استشعار الضغط (خلايا التحميل FBG، وأجهزة استشعار الضغط FBG)، و أنابيب الصلب غير الملحومة أجهزة استشعار سلالة الألياف Bragg (مقاييس سلالة FBG).
تعمل الحماية التي يوفرها الأنبوب غير الملحوم المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ على تعزيز قوة شبكة Fiber Bragg والألياف بشكل كبير، مما يوسع نطاق البيئات والتطبيقات لمختلف أجهزة استشعار Fiber Bragg Grate.
The working principle of the OFSCN® capillary series أجهزة استشعار لأنابيب الصلب غير الملحومة من الألياف Bragg is similar to the principle of FBG.
1. الرسم التخطيطي الأساسي لشبكة الألياف Bragg (FBG) ومستشعر شبكة الألياف Bragg (مستشعر FBG)
 |
|
الصورة 7 |
2. صيغة مبدأ شبكة الألياف Bragg (FBG) ومبدأ مستشعر شبكة الألياف Bragg (مستشعر FBG)
في الصورة 3، الجزء الأوسط يمثل أ الألياف براج صريف (FBG) or an encapsulated OFSCN® capillary series seamless steel tube مستشعر شبكة براغ الليفية (مستشعر FBG). يدخل الضوء الساقط عريض النطاق إلى الألياف من أحد طرفي المستشعر، وعندما يواجه شبكة الألياف Bragg (FBG)، يمر معظم الضوء ذو الأطوال الموجية المختلفة عبر FBG كضوء منقول، بينما ينعكس جزء صغير من الأطوال الموجية الخاصة للضوء مرة أخرى (لاحظ أن هذا الطول الموجي الخاص، الذي يمثله ، هو المعلمة التي نريد قياسها).
هناك علاقة مباشرة بين B وفترة الشبكة Λ، ممثلة بالتعبير الرياضي: B = 2نيفΛ، حيث Λ هو الطول الموجي المنعكس، وneff هو معامل الانكسار الفعال لنواة الألياف، وΛ هي فترة الصريف.
بعد ذلك، يدخل الضوء المنعكس إلى مزيل تشكيل Fiber Bragg Grate (غير مُسمى في الصورة) ويتم إزالة تشكيله إلى إشارة الطول الموجي lectB. وبما أن المستشعر متصل بمعدات القياس، فيمكننا الحصول على إشارات اختبار مختلفة للأطوال الموجية B في أوقات مختلفة.
من خلال التعبير الرياضي السابق يمكننا أن نفهم لماذا تتغير إشارة الطول الموجي في اللحظة التالية (التغير المتمثل في ΔB)؟ السبب الأساسي هو أن فترة الشبكة Λ الخاصة بشبكة Fiber Bragg قد تغيرت (التغيير يمثله ΔΛ).
3. مبادئ كيفية قياس درجة الحرارة والإجهاد والإجهاد من خلال مستشعر شبكة الألياف Bragg (FBG) ومستشعر شبكة الألياف Bragg (مستشعر FBG)
الآن، يمكننا الخروج من الرموز الرياضية المعقدة والعودة إلى بيئة العالم الحقيقي. ما الذي يمكن أن يسبب فترة المحزوز Λ (دورية صريف) من FBG للتغيير؟
قد تفكر على الفور في احتمالين:
① القوة: عند تطبيق التوتر على الألياف براج صريف (FBG)، فهو يستطيل؛ عند تطبيق الضغط، فإنه يتقلص.
② درجة الحرارة: عندما الألياف براج صريف (FBG) يسخن، ويتوسع؛ وعندما يبرد، فإنه ينكمش.
في هذه العملية، قام الأشخاص الأذكياء بتوصيل إشارة الطول الموجي التي يمكن اكتشافها بدقة باستخدام ثلاث معلمات فيزيائية أساسية: القوة (التوتر والضغط), الطول (الاستطالة والانكماش)، و درجة الحرارة (التدفئة والتبريد). لذلك، أجهزة استشعار شبكة الألياف Bragg (مستشعرات FBG) يمكنها قياس الضغط والتوتر ودرجة الحرارة بشكل مباشر.
Specific products correspond to OFSCN® capillary seamless steel tube أجهزة استشعار الإجهاد لشبكة الألياف Bragg, OFSCN® capillary seamless steel tube أجهزة استشعار سلالة الألياف Bragg، و OFSCN® capillary seamless steel tube أجهزة استشعار درجة الحرارة لشبكة الألياف Bragg.
4. قراءة إضافية:
المبادئ الأساسية لأجهزة استشعار شبكة الألياف Bragg الجزء 2 - مبادئ استشعار شبكة الألياف Bragg
Ⅳ. فيديو مبدأ حساس شبكة الألياف Bragg، فيديو مبدأ شبكة الألياف Bragg:
Ⅴ. هل أجهزة استشعار درجة حرارة شبكة الألياف Bragg دقيقة في قياس درجة الحرارة؟ مبدأ القياس الدقيق لدرجة الحرارة بواسطة مستشعرات درجة حرارة شبكة الألياف Bragg (مقياس الحرارة FBG).
1. تحليل مبدأ القياس الدقيق لدرجة الحرارة لجهاز استشعار درجة حرارة الألياف Bragg (مقياس الحرارة FBG)
نظرًا لأن كلاً من درجة الحرارة والقوة يمكن أن تسبب تغيرات في الطول الموجي لشبكة الألياف Bragg، من أجل ذلك مستشعر درجة حرارة شبكة براغ الليفية (مقياس الحرارة FBG) لقياس درجة الحرارة بدقة، يجب تصميمه بطريقة تؤثر فقط التغيرات في درجة الحرارة على مستشعر درجة الحرارة الشبكي المغلف بالألياف (FBG)، ويتم تقليل تأثير تغيرات التوتر والضغط إلى الحد الأدنى.
 |
 |
| الصورة 8 | الصورة 9 |
DCYS's OFSCN® capillary series seamless steel tube مستشعر درجة حرارة شبكة براغ الليفية يستخدم (FBG Thermometer) تقنية التغليف الحاصلة على براءة اختراع، مما يضمن بقاء شبكة الألياف Bragg (FBG) في حالة حرة أثناء قياسات درجة الحرارة، ولا تتأثر بالقوى الخارجية، وبالتالي تحقيق قياسات دقيقة لدرجة الحرارة.
2. Further reading:
مبدأ قياس درجة الحرارة الدقيق لمستشعر درجة حرارة الألياف البصرية المشبعة (ميزان حرارة FBG)
3. تحليل مبدأ قياس درجة الحرارة غير الدقيق لمستشعر درجة حرارة الألياف البصرية المشبعة التقليدي (ميزان حرارة FBG)
السبب الرئيسي لعدم دقة قياس درجة الحرارة في مستشعرات درجة حرارة الألياف البصرية المشبعة التقليدية (موازين حرارة FBG) هو صعوبة حجب تأثيرات القوى أثناء قياس درجة الحرارة. ويرجع ذلك إلى طريقة التغليف المستخدمة.
 |
|
الصورة 10 |
في مستشعرات درجة حرارة الألياف البصرية المشبعة التقليدية (موازين حرارة FBG)، فإن استخدام مواد ومواد لاصقة مختلفة يجعل من الصعب حماية FBG من تأثير القوى.
4. قراءة إضافية:
عيوب وتحليل القوة لمستشعرات درجة حرارة الألياف البصرية المشبعة التقليدية (موازين حرارة FBG) - أسباب قياس درجة الحرارة غير الدقيق
عيوب وتحليل القوة لمستشعرات درجة حرارة الألياف البصرية المشبعة التقليدية (موازين حرارة FBG) - أسباب قياس درجة الحرارة غير الدقيق
السادس. لماذا يعتبر تعويض درجة الحرارة ضروريًا لمستشعرات إجهاد الألياف البصرية المشبعة؟ مبدأ تعويض درجة الحرارة (خلية تحميل FBG، مستشعر ضغط FBG) للقياس الدقيق.
شبكة براغ الليفية (FBG) حساسة لكل من القوة ودرجة الحرارة. سواء كانت شبكة براغ الليفية تحت تأثير قوة أو تغيرت درجة حرارة البيئة، فإن ذلك ينعكس كتغيرات في فترة المحزوز، وهو ما يتوافق مع حدوث إجهاد في مستشعر شبكة براغ الليفية.
1. مبدأ تعويض درجة الحرارة لمستشعرات إجهاد الألياف البصرية المشبعة
هذا يعني أنه عندما ترغب في استخدام مستشعر إجهاد الألياف البصرية المشبعة لتحقيق قياسات دقيقة، يجب عليك مراعاة ما إذا كانت درجة الحرارة المحيطة قد تغيرت. تحتاج إلى التخلص من تأثير درجة الحرارة على الطول الموجي المنعكس من الصيغة ΔλB = λB(1 - Pe)Δε + λB(αf - ξ). بعبارة أخرى، تحتاج إلى الحفاظ على ΔT = 0 (الحفاظ على درجة حرارة محيطة ثابتة) أو معرفة قيمة ΔT (معرفة مدى تغير درجة الحرارة المحيطة). تسمى هذه العملية تعويض درجة الحرارة لمستشعرات إجهاد الألياف البصرية المشبعة.
 |
|
الصورة 11 |
بما أن لدينا بالفعل مستشعر درجة حرارة شبكة براغ الليفية (FBG Thermometer) produced by DCYS that can accurately measure temperature, we can place this accurate temperature-measuring مستشعر درجة حرارة شبكة براغ الليفية (FBG Thermometer) and the مستشعر إجهاد الألياف البصرية المشبعة (خلية تحميل FBG، مستشعر ضغط FBG) في نفس البيئة لتحديد القيمة الدقيقة لـ ΔT.
وبالتالي، يمكننا استخدام الصيغة ΔλB = λB(1 - Pe)Δε + λB(αf - ξ) للتخلص من تأثير تغيرات درجة الحرارة، مما يمكن مستشعر إجهاد شبكة براغ الليفية (خلية تحميل FBG، مستشعر ضغط FBG) من قياس الشد والضغط بدقة.
2. Further reading:
مبدأ ونظام تعويض درجة الحرارة لمستشعرات إجهاد الألياف البصرية المشبعة
السابع. لماذا يعتبر تعويض درجة الحرارة ضروريًا لمستشعرات انفعال الألياف البصرية المشبعة؟ مبدأ تعويض درجة الحرارة (مقياس الانفعال FBG) للقياس الدقيق.
ينطبق مبدأ تعويض درجة الحرارة لمستشعرات إجهاد FBG أيضًا على أنواع أخرى من مستشعرات شبكة براغ الليفية، مثل مستشعرات الشكل FBG، مستشعرات الغاز FBG، مستشعرات الميل FBG، مستشعرات الضغط FBG، إلخ.
الثامن. الاختلافات والروابط بين مستشعرات شبكة براغ الليفية، ومستشعرات الألياف الموزعة، والاختلافات المبدئية عن تقنية الاستشعار بالألياف الموزعة.
تكنولوجيا استشعار شبكة براغ الليفية وتكنولوجيا استشعار الألياف البصرية مفاهيم شاملة، تمامًا كما أن 'مستشعرات شبكة براغ الليفية ومستشعرات الألياف البصرية مفاهيم شاملة'.
تكنولوجيا استشعار شبكة براغ الليفية هي نوع من تكنولوجيا استشعار الألياف البصرية، ومستشعرات شبكة براغ الليفية هي نوع من مستشعرات الألياف البصرية. وقد تمت مناقشة المبادئ الأساسية لتكنولوجيا استشعار شبكة براغ الليفية في هذا النص ولن يتم تكرارها هنا.
1. مبدأ ورسم تخطيطي لتقنية الاستشعار البصري الموزع للألياف
تنتمي مستشعرات الألياف البصرية الموزعة ومستشعرات شبكة براغ الليفية إلى نفس فئة مستشعرات الألياف البصرية. ومع ذلك، على عكس مستشعرات شبكة براغ الليفية، تعتمد تقنية الاستشعار البصري الموزع للألياف الشائعة على معلومات شدة التشتت والتردد والطور المختلفة داخل الألياف وتستخدم الألياف كوحدة استشعار.
الكميات الفيزيائية المقاسة لا تعتمد فقط على الألياف ولكن تعتمد أيضًا بشكل أكبر على أجهزة التعديل وإزالة التعديل والخوارزميات. غالبًا ما تكون الكميات الفيزيائية المقاسة هي القيم المتوسطة للكميات الفيزيائية في مواقع محددة على طول الألياف (على سبيل المثال، متوسط درجة الحرارة لكل 1 متر على ألياف بطول 10 كيلومترات). يمكن فهم مبدأ الاستشعار من الرسم البياني أدناه:
 |
|
الصورة 13 |
وبالمثل، يدخل الضوء واسع النطاق المنبعث من جهاز استشعار الألياف البصرية إلى الألياف من اليسار إلى اليمين، وبسبب الشوائب المتأصلة في الألياف، يتشتت الضوء أثناء الانتشار.
يمكنك أن تتخيل جزيئات الضوء تتصادم مع الشوائب في الألياف، مما يؤدي إلى تشتت الجزيئات في اتجاهات مختلفة، بترددات مختلفة. يشار إلى إشارات الضوء المتشتتة هذه بشكل جماعي باسم الضوء المتشتت، وهناك ثلاثة أنواع: تشتت رايلي, تشتت رامان، و تشتت بريلوين، بناءً على خصائص تردد مختلفة.
ترتبط إشارات الضوء المتشتتة هذه عادةً بالموقع ودرجة الحرارة والإجهاد والانفعال والاهتزاز والكميات الفيزيائية الأخرى للبيئة التي توجد بها الألياف. لذلك، تم تطوير أجهزة مختلفة لقياس هذه الكميات الفيزيائية عن طريق قياس التغيرات في إشارات الضوء المتشتتة داخل الألياف.
2. قراءة إضافية:
الفرق بين تقنية الاستشعار البصري الموزع للألياف وتقنية استشعار شبكة براغ الليفية من حيث المبدأ
3. فيديو حول الاختلاف المبدئي بين تقنية استشعار شبكة براغ الليفية وتقنية الاستشعار البصري الموزع للألياف: