Encyclopédie de la technologie de détection par réseau de Bragg - FAQ FBG - FAQ capteur FBG - FAQ démodulateur FBG - Analyse des problèmes courants d'application FBG

Cet article explique les principes de base du FBG basés sur des ondes optiques réelles. Il aide les lecteurs à comprendre les mécanismes sous-jacents des capteurs FBG, des capteurs de contrainte FBG et des capteurs de température FBG. Cet article constitue une introduction préliminaire aux capteurs FBG à tube capillaire en acier sans soudure OFSCN® produits par DCYS.

Dans l'article précédent, 'Principes de base des réseaux de Bragg et des capteurs à réseau de Bragg - Partie 1 : Réflexion et interférence des ondes,' nous avons utilisé les ondes sonores comme analogie pour comprendre les principes des capteurs FBG à tube capillaire en acier sans soudure OFSCN®, en particulier la réflexion et l'interférence (interférence) des ondes.

Aujourd'hui, sur cette base, nous allons présenter les principes de base des capteurs FBG (y compris les principes FBG). Cet article est également un article de vulgarisation scientifique et non un article de recherche. Si quelqu'un trouve des erreurs dans cet article, veuillez les signaler.

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1. Réseau de Bragg (FBG) dans le capteur à réseau de Bragg (capteur FBG)

Le capteur FBG est un type de capteur à fibre optique. Le processus de détection est basé sur la modulation de la longueur d'onde du FBG par des paramètres physiques externes pour obtenir des informations de détection. C'est un capteur à fibre optique à modulation de longueur d'onde.

L'image ci-dessus montre un schéma d'un cœur de fibre optique avec un FBG (diamètre réel de 9 micromètres). En utilisant des méthodes telles que l'exposition à la lumière UV à travers un masque photolithographique, l'inscription point par point au laser femtoseconde, ou d'autres techniques de traitement, de nombreuses surfaces de réflexion faibles (nous ne discuterons pas ici des réseaux plus complexes) avec le même espacement sont formées dans le cœur de la fibre optique. Ces surfaces de réflexion faibles sont appelées réseaux de Bragg, et la distance entre chaque surface de réflexion faible est appelée pas du réseau ou période du réseau (représentée par le symbole Λ - veuillez retenir ce symbole, car il sera utilisé dans le texte suivant).

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2. Principes de détection du FBG et du capteur FBG

Des mesures de détection de base peuvent être effectuées à l'aide du FBG mentionné ci-dessus. Le principe est illustré dans l'Image 3.

Image 3

3. Fomula of FBG et FBG Sensor Principle

La section centrale de l'image 3 représente un capteur FBG ou un capteur FBG à tube capillaire en acier sans soudure OFSCN® encapsulé. La lumière incidente à large bande pénètre dans le capteur FBG par une extrémité du réseau. Lorsque la lumière rencontre le FBG, la plupart des longueurs d'onde de la lumière traversent le FBG en tant que lumière transmise, tandis qu'une petite partie des longueurs d'onde spécifiques de la lumière est réfléchie (veuillez noter ces longueurs d'onde spécifiques, qui font l'objet de notre détection et sont représentées par λB). Il existe une relation directe entre λB et le pas du réseau (période du réseau) Λ que nous avons mentionné plus tôt, exprimée par la formule mathématique : λB = 2neffΛ, où λ représente la longueur d'onde réfléchie, neff est l'indice de réfraction du cœur de la fibre optique et Λ est le pas du réseau (période du réseau).

La lumière réfléchie entre ensuite dans le démodulateur FBG (non étiqueté dans le schéma) et est démodulée en un signal de longueur d'onde λB. Étant donné que le capteur FBG est connecté au dispositif de détection FBG, nous pouvons obtenir un signal de longueur d'onde de test différent λB à chaque instant. D'après l'expression mathématique précédente, nous pouvons comprendre pourquoi le signal de longueur d'onde λ renvoyé à l'instant suivant change (représenté par ΔλB). La raison fondamentale est que le pas du réseau (période du réseau) Λ du réseau de Bragg a changé (représenté par ΔΛ).

4. Principes du FBG et du capteur FBG pour la mesure de la température, de la déformation et de la contrainte

Maintenant, éloignons-nous des symboles mathématiques complexes et imaginons des scénarios réels. Qu'est-ce qui peut provoquer un changement du pas du réseau (période du réseau) Λ ?

Vous avez peut-être déjà deviné la première raison possible : la force. Lorsque vous appliquez une tension au FBG, il s'allonge, et lorsque vous appliquez une compression, il se contracte.

La deuxième raison possible est la température. Le FBG se dilate lorsqu'il est chauffé, ce qui l'allonge, et se contracte lorsqu'il est refroidi, ce qui le raccourcit.

Au cours de ce processus, des individus intelligents ont associé les signaux de longueur d'onde détectables avec précision à trois paramètres physiques de base : la force (tension, compression), la longueur (allongement, contraction) et la température (chauffage, refroidissement). Par conséquent, les grandeurs physiques de base que les capteurs FBG peuvent mesurer directement comprennent la contrainte, la déformation et la température (correspondant aux capteurs de contrainte FBG à tube capillaire en acier sans soudure OFSCN®, aux capteurs de contrainte FBG à tube capillaire en acier sans soudure OFSCN® et aux capteurs de température FBG à tube capillaire en acier sans soudure OFSCN®, respectivement).

Figure 4

En tant qu'article d'introduction au capteur FBG de la série de tubes capillaires en acier sans soudure OFSCN®, nous avons simplifié les calculs mathématiques et pris en compte les changements de longueur d'onde provoqués par la contrainte, la déformation et la température. Le processus de calcul mathématique des changements de longueur d'onde est plus complexe que la simple équation « λB = 2neffΛ » que nous avons présentée précédemment. Cette complexité vient du fait que l'indice de réfraction neff du coeur de la fibre optique est également une variable. La formule globale est la suivante : ΔλB = λB(1 - Pe)Δε + λB(αf - ξ)ΔT, mais nous ne l'approfondirons pas ici.

À ce stade, vous avez peut-être acquis une certaine compréhension des principes de fonctionnement des FBG et des capteurs FBG. Alors, quels autres défis existent dans la transition du FBG théorique aux capteurs FBG encapsulés pratiques ? Comment ces défis peuvent-ils être relevés ? Nous en discuterons dans les sections suivantes, alors restez à l'écoute !

Notre philosophie est : 'OFSCN®, rendez la fibre optique plus solide !'

Pièce jointe 1 :

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