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Grundprinzipien von Faser-Bragg-Gittern und Faser-Bragg-Gitter-Sensoren - Teil 1: Reflexion und Interferenz von Wellen
This article explains the necessary knowledge of wave reflection und interference (interference) to understand the basic principles of fiber bragg gratings. It serves as a preliminary educational article about OFSCN® capillary seamless steel tube FBG sensors produced by DCYS.
Im vorherigen Artikel „OFSCN® kapillare FBG-Sensoren aus nahtlosem Stahlrohr“ haben wir die Definition von OFSCN® kapillaren FBG-Sensoren aus nahtlosem Stahlrohr bereitgestellt. Wir haben DCYS auch als professionellen Hersteller von FBG-Sensoren vorgestellt und dabei die einzigartigen Merkmale der FBG-Sensorserie mit kapillaren nahtlosen Stahlrohren OFSCN® aufgrund der Verwendung fortschrittlicher Materialien und Strukturen hervorgehoben.
Um Ihr Verständnis der Produkte von DCYS zu verbessern, konzentrieren wir uns nun auf die Erläuterung der Grundprinzipien von FBG-Sensoren (einschließlich der FBG-Prinzipien). Bei diesem Artikel handelt es sich um einen Lehrartikel und nicht um einen Forschungsartikel. Wenn Leser in diesem Artikel grundlegende Fehler finden, geben Sie bitte Feedback.
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Bild 1 |
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Da es sich um einen lehrreichen Artikel handelt, glauben Sie bitte, dass er nicht schwierig sein wird. Bevor wir die Prinzipien von FBG-Sensoren besprechen, müssen wir Wellenreflexion und Interferenz verstehen. Dies liegt daran, dass der wichtigste Teil von FBG-Sensoren die genaue Erkennung von reflektiertem Licht einer bestimmten Wellenlänge ist. Durch die Analyse der Wellenlängenänderungen des reflektierten Lichts können wir die entsprechenden gemessenen physikalischen Größen (wie Spannung, Dehnung und Temperatur) bestimmen.
Da Lichtwellen hohe Frequenzen und kurze Wellenlängen haben, sind sie im täglichen Leben nicht leicht zu beobachten, es sei denn, man ist Fachmann auf diesem Gebiet. Zum besseren Verständnis verwenden wir Schallwellen als Analogie für Lichtwellen – Schallwellen und Lichtwellen zeigen beide Welleneigenschaften, mit langen und kurzen Wellen.
1. Reflexion einer einzelnen Schallwelle (Lichtwelle)
Möglicherweise sind Sie in Ihrem Leben schon einmal auf das folgende Szenario gestoßen: Eines Tages, während Sie an einen malerischen Ort mit Bergen reisen, stehen Sie vor einem Berg und rufen „OFSCN®...“ (oder Sie rufen „DCYS“ oder den Namen Ihres geliebten Menschen). Plötzlich hören Sie das Echo des Berges, der „OFSCN®...“ sagt. Dieses Echo stellt die Reflexion der Schallwelle dar (siehe Bild 3). Sie sendeten eine Schallwelle (einfallende Welle) in Richtung Berg aus, und der Berg reagierte mit einer entsprechenden Wellenreflexion (reflektierte Welle).
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Bild 3 |
2. Reflexion mehrerer Schallwellen (Lichtwellen)
Wenn Sie weiter vorwärts gehen, betreten Sie ein Tal und rufen „OFSCN®...“ in das Tal. Dann hört man von beiden Seiten des Tals Echos, die wiederholt „OFSCN®...“ sagen. Diese Echos von beiden Seiten des Tals stellen die Reflexion von zwei oder mehr Schallwellensäulen dar (siehe Bild 4).
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Bild 4 |
3. Interferenz mehrerer Schallwellen (Lichtwellen)
Durch Zufall erreichen Sie einen bestimmten Punkt im Tal (auf Ihrer Reise muss es eine Reihe solcher Orte geben). Hier rufst du noch einmal „OFSCN®...“ und plötzlich verschmelzen die Echos von beiden Seiten des Tals zu einem gewaltigen Klang, der in deinem Kopf widerhallt. Was ist passiert? In diesem Moment interferieren die zwei oder mehr Schallwellensäulen miteinander (sie kommen gleichzeitig an und bilden konstruktive Interferenz, siehe Bild 5).
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Bild 5 |
Genau wie Schallwellen zeigen Lichtwellen in kleinerem Maßstab ähnliche Eigenschaften. Lichtwellen, die beim Durchgang durch ein FBG bestimmte Bedingungen (Bragg-Bedingung) erfüllen, unterliegen ebenfalls konstruktiver Interferenz, was zu einer positiven Reflexion mehrerer Wellen führt (Interferenz).
Da es sich bei diesem Artikel um einen vorläufigen Aufklärungsartikel über die von DCYS hergestellten kapillaren nahtlosen Stahlrohr-FBG-Sensoren OFSCN® handelt, werden wir nicht auf die negative Interferenz von zwei oder mehr Schallwellen eingehen, die bei einem Abstand von einigen Metern auftreten können. Bei FBG-Sensoren müssen wir die konstruktive Interferenz mehrerer Wellen erkennen.
An diesem Punkt haben Sie möglicherweise ein gewisses Verständnis für die Reflexion und Interferenz von Schallwellen (Lichtwellen) gewonnen. Neben schönen Bergen können Sie die in diesem Artikel erwähnten Welleneigenschaften auch im Himmelstempel in Peking erleben. Der Park hat eine Echomauer, und es gibt auch Dreiklangsteine in der Halle der Erntegebete.
Es ist hervorzuheben, dass die Eigenschaften von Schallwellen auch auf Lichtwellen in optischen Fasern zutreffen. Wenn Lichtwellen auf FBGs treffen, unterliegen sie gemäß denselben Prinzipien Reflexion und Interferenz. Die Reflexion von Lichtwellen in optischen Fasern ist jedoch komplexer und beinhaltet detaillierte Kenntnisse der Kopplungstheorie und Modenreflexion. Für diejenigen, die tiefer einsteigen möchten, verweisen wir auf entsprechende Ressourcen. Im nächsten Artikel erklären wir, wie FBGs auf Basis von Lichtwellen funktionieren. Bleiben Sie dran!
Unsere Philosophie lautet: „OFSCN®, optische Fasern stärker machen!“
DCYS ist ein professioneller Hersteller von Faser-Bragg-Gitter-Sensoren, der das FBG-Prinzip, das Prinzip der Temperaturmessung von FBG-Sensoren, das Prinzip der Spannungsmessung, das Dehnungsprinzip, das Prinzip der Temperaturkompensation und das Prinzip der patentierten nahtlosen Stahlrohrverpackung bereitstellt. Die Marke der FBG-Sensoren ist „OFSCN“.