Enciclopedia de tecnología de detección de rejilla de Bragg de fibra - Preguntas frecuentes sobre FBG - Preguntas frecuentes sobre sensores FBG - Preguntas frecuentes sobre demoduladores FBG - Análisis de problemas comunes de aplicación de FBG
Concept y Principle of Fiber Bragg Grating (FBG) -Working Principle of Temperature/Stress/Strain Measurement- Packaging Principle
Este artículo presenta el concepto de rejilla de Bragg de fibra (FBG) y explica cómo funciona la FBG. Explica el principio de la FBG utilizando la fórmula de la condición de Bragg y proporciona los diagramas físicos correspondientes de los sensores 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 Principio de los sensores FBG as well.
1. ¿Qué es una rejilla?
Un dispositivo óptico compuesto por numerosas rendijas paralelas con espaciado regular se denomina rejilla. El tipo más común es una rejilla equidistante con rendijas del mismo ancho y espaciado.
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Figura 1 |
Estas rejillas se fabrican a menudo en placas de vidrio, láminas de metal o tableros de plástico. Las rendijas pueden ser opacas o parcialmente transparentes, mientras que las regiones lisas entre las rendijas suelen ser transparentes.
Las rejillas bien diseñadas pueden tener miles o incluso decenas de miles de rendijas dentro de un ancho de 1 cm. Dado que el espaciado de la rejilla (período de la rejilla) es cercano a la longitud de onda de la luz, se produce la difracción o transmisión de las ondas de luz.
Las rejillas que utilizan la difracción de la luz transmitida se denominan rejillas de transmisión, mientras que las que utilizan la difracción de la luz reflejada, como las que tienen rendijas paralelas en una superficie recubierta de metal, se denominan rejillas de reflexión.
2. ¿Qué es una rejilla de fibra óptica? ¿Qué es una rejilla de Bragg de fibra (FBG)?
Cuando el espaciado regular de las rendijas paralelas mencionadas anteriormente se inscribe en el núcleo de una fibra óptica utilizando materiales fotosensibles, se convierte en una rejilla de Bragg de fibra (FBG).
La rejilla de fibra óptica con una distancia de rejilla uniforme y consistente (ciclo de rejilla), también conocida como FBG, tiene una longitud de onda reflejada extremadamente estrecha y la distancia entre los puntos de reflexión es siempre la misma. La rejilla incluye numerosos puntos de reflexión para longitudes de onda específicas.
Las FBG se pueden producir utilizando métodos como la exposición UV con máscara, el grabado químico o la escritura punto por punto con láser de femtosegundos. A continuación se presentan diagramas esquemáticos y físicos de las FBG:
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Figura 2 |
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Figura 3 |
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3. ¿Qué es una cadena/matriz de rejilla de Bragg de fibra?
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).
Por ejemplo, la Figura 5 muestra una fibra con 9 FBG de diferentes longitudes de onda, lo que permite mediciones simultáneas en 9 puntos diferentes.
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| Figura 5 |
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Figura 6 |
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Figura 7 (La figura superior muestra la distribución de longitud de onda de una matriz FBG con 8 longitudes de onda diferentes en un analizador de espectro óptico.) |
4. Principio de la rejilla de Bragg de fibra
Cuando dos puntos de reflexión coinciden precisamente según la condición de Bragg, la señal óptica con la longitud de onda correspondiente es reflejada por la rejilla, mientras que otras longitudes de onda no se reflejan significativamente.
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Figura 8 |
Al conectar un interrogador FBG, se puede medir la longitud de onda de la onda reflejada independiente. Cuando una FBG se somete a cambios de tensión o temperatura, el espaciado de la rejilla (período de la rejilla) y la longitud de onda de la onda reflejada cambian. Estos cambios se pueden medir analizando las longitudes de onda reflejadas.
El cambio de longitud de onda de una FBG está relacionado tanto con los cambios de deformación como de temperatura y puede expresarse mediante la fórmula: ΔλB = λB(1 - Pe)Δε + λB(αf - ξ)ΔT.
(1). Principio de medición de temperatura de FBG - Principio del sensor de temperatura FBG (termómetro FBG) - Cambio de longitud debido a la expansión y contracción térmica
En el entorno donde se encuentra una FBG, los cambios de temperatura provocan variaciones periódicas en el espaciado de la rejilla (Λ) de la FBG, lo que puede atribuirse a la expansión y contracción térmica.
Utilizando un interrogador FBG, se puede medir la longitud de onda reflejada (λB) de la FBG. Dado que existe una relación entre la longitud de onda reflejada (λB) y el espaciado de la rejilla (Λ), expresada como λB = 2neffΛ, donde neff es el índice de refracción efectivo de la fibra, la temperatura de la FBG se puede determinar analizando la longitud de onda reflejada. Este es el principio de medición de la temperatura de la rejilla.
(2) . Principio de medición de tensión de la rejilla de Bragg de fibra (FBG) - Sensor de tensión FBG (galga extensométrica FBG, galga de tracción FBG, galga de presión FBG, galga de armadura FBG) - Cambio de longitud en sí:
Similar a los cambios de temperatura, las variaciones de fuerza también pueden causar cambios en el paso de la rejilla (período de la rejilla) de la rejilla de Bragg de fibra (FBG). En términos simples, puede estirar o comprimir la FBG.
Al utilizar un interrogador FBG, se puede medir la longitud de onda reflejada de la FBG. Dado que existe una correlación entre la longitud de onda reflejada λB y el paso de la rejilla Λ de la FBG, expresada por la fórmula λB = 2neffΛ, donde neff es el índice de refracción efectivo de la fibra, la tensión o presión aplicada a la FBG se puede determinar analizando la longitud de onda reflejada. Este es el principio detrás de la capacidad de la FBG para medir la tensión.
(3). Principio de medición de deformación de la rejilla de Bragg de fibra (FBG) - Sensor de deformación FBG (galga extensométrica FBG) - Cambio de longitud en sí:
Ya sean los cambios inducidos por la temperatura o los cambios causados por la fuerza aplicada, la manifestación última es el cambio de longitud (deformación) de la FBG. En la fórmula λB = 2neffΛ, el paso de la rejilla Λ representa la longitud de la FBG a pequeña escala. Por lo tanto, la FBG se puede utilizar para medir la deformación.
5. ¿Por qué es importante el embalaje para la rejilla de Bragg de fibra (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.
La razón principal para usar embalaje de tubo de acero sin costura para las FBG es que las FBG son muy frágiles, y las fibras que las transportan también son delicadas. Sin un embalaje y protección adecuados, las FBG son casi inutilizables en aplicaciones prácticas. Es necesario proteger las FBG y fabricar sensores FBG robustos para su uso en diversos entornos desafiantes. Esto es precisamente en lo que somos buenos.
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Figura 9 |
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| Figura 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 y strain measurement principle, y unique seamless steel tube packaging principle; FBG brand is 'OFSCN'.