Enciclopedia de Tecnología de Sensores de Red de Bragg de Fibra - Preguntas Frecuentes FBG - Preguntas Frecuentes del Sensor FBG - Preguntas Frecuentes del Demodulador FBG - Análisis de Problemas Comunes de Aplicación FBG
Principios básicos de las rejillas de Bragg en fibra y los sensores de rejilla de Bragg - Parte 2: Principios de detección FBG
Este artículo explica los principios básicos de FBG basados en ondas ópticas reales. Ayuda a los lectores a comprender los mecanismos subyacentes de los sensores FBG, los sensores de tensión FBG y los sensores de temperatura FBG. Este artículo sirve como una introducción preliminar a los sensores FBG de tubo capilar de acero sin costura OFSCN® producidos por DCYS.
En el artículo anterior, 'Principios Básicos de las Redes de Bragg de Fibra y los Sensores de Red de Bragg de Fibra - Parte 1: Reflexión e Interferencia de Ondas,' Utilizamos ondas sonoras como analogía para comprender los principios de los sensores FBG de tubo capilar de acero sin costura OFSCN®, específicamente la reflexión y la interferencia (interferencia) de ondas.
Hoy, basándonos en esa base, presentaremos los principios básicos de los sensores FBG (incluyendo los principios FBG). Este artículo también es un artículo de divulgación científica y no un artículo de investigación. Si alguien encuentra algún error en este artículo, por favor, indíquelo amablemente.
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| Imagen 1 |
1. Red de Bragg de Fibra (FBG) en el Sensor de Red de Bragg de Fibra (Sensor FBG)
El Sensor FBG es un tipo de sensor de fibra óptica. El proceso de detección se basa en la modulación de la longitud de onda del FBG por parámetros físicos externos para obtener información de detección. Es un sensor de fibra óptica de modulación de longitud de onda.
La imagen de arriba muestra un diagrama esquemático de un núcleo de fibra óptica con un FBG (diámetro real de 9 micrómetros). Mediante métodos como la exposición a luz UV a través de una fotomáscara, la inscripción punto por punto con láser de femtosegundos u otras técnicas de procesamiento, se forman numerosas superficies de reflexión débiles (no discutiremos rejillas más complejas aquí) con el mismo espaciado en el núcleo de la fibra óptica. Estas superficies de reflexión débiles se llaman rejillas de fibra óptica, y la distancia entre cada superficie de reflexión débil se denomina paso de rejilla o período de rejilla (representado por el símbolo Λ - recuerde este símbolo, ya que se usará en el texto siguiente).
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2. Principios de Detección del FBG y del Sensor FBG
Se pueden realizar mediciones básicas de detección utilizando el FBG mencionado anteriormente. El principio se muestra en la Imagen 3.
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3. Fomula of FBG y FBG Sensor Principle
La sección central de la Imagen 3 representa un FBG o un sensor FBG de tubo capilar de acero sin costura OFSCN® encapsulado. La luz incidente de banda ancha ingresa al sensor FBG desde un extremo de la rejilla. Cuando la luz encuentra la FBG, la mayoría de las longitudes de onda de luz pasan a través de la FBG como luz transmitida, mientras que una pequeña porción de longitudes de onda de luz específicas se reflejan (tenga en cuenta estas longitudes de onda específicas, que son el objeto de nuestra detección y están representadas por λB). Existe una relación directa entre λB y el paso de la rejilla (período de rejilla) Λ que mencionamos anteriormente, expresada por la fórmula matemática: λB = 2neffΛ, donde λ representa la longitud de onda reflejada, neff es el índice de refracción del núcleo de la fibra óptica y Λ es el paso de la rejilla (período de rejilla).
La luz reflejada luego ingresa al demodulador FBG (no etiquetado en el diagrama) y se demodula en una señal de longitud de onda λB. Dado que el sensor FBG está conectado al dispositivo de detección FBG, podemos obtener una señal de longitud de onda de prueba diferente λB en cada momento. De la expresión matemática anterior, podemos entender por qué la señal de longitud de onda λ devuelta en el siguiente momento cambia (representada por ΔλB). La razón fundamental es que el paso de rejilla (período de rejilla) Λ de la rejilla de fibra óptica ha cambiado (representado por ΔΛ).
4. Principios del FBG y del Sensor FBG para la Medición de Temperatura, Deformación y Tensión
Ahora, alejémonos de los símbolos matemáticos complejos e imaginemos escenarios del mundo real. ¿Qué puede causar un cambio en el paso de rejilla (período de rejilla) Λ?
Quizás ya haya adivinado la primera razón posible: la fuerza. Cuando aplica tensión al FBG, se alarga, y cuando aplica compresión, se contrae.
La segunda razón posible es la temperatura. El FBG se expande cuando se calienta, lo que hace que se alargue, y se contrae cuando se enfría, lo que hace que se encoja.
Durante este proceso, personas inteligentes han asociado las señales de longitud de onda detectables con precisión con tres parámetros físicos básicos: fuerza (tensión, compresión), longitud (alargamiento, contracción) y temperatura (calentamiento, enfriamiento). Por lo tanto, las cantidades físicas básicas que los sensores FBG pueden medir directamente incluyen tensión, deformación y temperatura (correspondientes a los sensores de tensión FBG de tubo capilar de acero sin costura OFSCN®, los sensores de deformación FBG de tubo de acero capilar sin costura OFSCN® y los sensores de temperatura FBG de tubo de acero capilar sin costura OFSCN®, respectivamente).
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Figura 4 |
Como artículo introductorio sobre el sensor FBG de la serie de tubos capilares de acero sin costura OFSCN®, hemos simplificado los cálculos matemáticos y considerado los cambios de longitud de onda causados por la tensión, la deformación y la temperatura. El proceso de cálculo matemático de los cambios de longitud de onda es más complejo que la simple ecuación 'λB = 2neffΛ' que presentamos anteriormente. Esta complejidad surge porque el índice de refracción neff del núcleo de fibra óptica también es una variable. La fórmula general es la siguiente: ΔλB = λB(1 - Pe)Δε + λB(αf - ξ)ΔT, pero no profundizaremos en ello aquí.
En este punto, es posible que haya adquirido un cierto entendimiento de los principios de funcionamiento de los FBG y los sensores FBG. Entonces, ¿qué otros desafíos existen en la transición del FBG teórico a los Sensores FBG encapsulados prácticos? ¿Cómo se pueden abordar estos desafíos? Discutiremos esto en las siguientes secciones, ¡así que esté atento!
Nuestra filosofía es: '¡OFSCN®, haz la fibra óptica más fuerte!'
Anexo 1:
Introducción al video relacionado:
DCYS es un fabricante profesional de sensores de rejilla de fibra Bragg, que proporciona el principio de FBG, el principio de medición de temperatura del sensor FBG, el principio de medición de tensión, el principio de deformación, el principio de compensación de temperatura y el principio de empaquetamiento de tubos de acero sin costura; La marca del sensor FBG es 'OFSCN'.