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

Cet article analyse les inconvénients inhérents aux réseaux de Bragg à fibre (FBG), qui posent des défis techniques dans le conditionnement des capteurs à réseau de Bragg à fibre (capteurs FBG). Il présente également le capteur de température précis à réseau de Bragg à fibre (thermomètre à réseau de Bragg à fibre) et propose des solutions de compensation de température pour les capteurs de contrainte à réseau de Bragg à fibre et les capteurs de contrainte à réseau de Bragg à fibre développés par DCYS. L'article mentionne également des chaînes/réseaux de réseaux de Bragg à fibre (FBG) et des capteurs à réseau de Bragg à fibre série avec FBG (capteurs FBG en série).

Dans l'article précédent, 'Principes de base des réseaux de Bragg et des capteurs à réseau de Bragg - Partie 2 : Principes de détection FBG,' nous avons appris que les réseaux de Bragg (FBG) peuvent mesurer directement des grandeurs physiques fondamentales telles que la contrainte, la déformation et la température. Cette mesure directe est possible car la période du réseau (pas du réseau) des FBG est directement liée à trois paramètres physiques de base : la force (force de traction ou de compression), la longueur (allongement ou contraction) et la température (chauffage ou refroidissement). Parmi ces changements, les variations de force et de température sont considérées comme des causes, tandis que les changements de longueur sont considérés comme des résultats (comme illustré dans la Figure 1).

Figure 1

Les conclusions mentionnées ci-dessus constituent la base théorique de la détection avec les réseaux de Bragg (FBG) et les capteurs à réseau de Bragg (capteurs FBG). Cependant, elles présentent également un nouveau défi ou une difficulté technique, qui est l'inconvénient inhérent des réseaux de Bragg.

1. Inconvénients des réseaux de Bragg (FBG) et défis d'encapsulation des capteurs à réseau de Bragg (capteurs FBG)

The problem we face is that when using a fiber Bragg  grating (FBG) et a fiber Bragg grating sensor (FBG sensor) for sensing et detection, we observe a change in the reflected wavelength (corresponding to the change in grating pitch). The challenge lies in determining whether this change is caused by force variations or temperature variations.

Tant que ce problème n'est pas résolu, il est impossible de déterminer le type de capteur à réseau de Bragg utilisé (capteur de température à réseau de Bragg, capteur de contrainte à réseau de Bragg ou capteur de déformation à réseau de Bragg). De plus, il est difficile d'assurer la précision des mesures obtenues à partir des capteurs à réseau de Bragg.

2. Commencez par un capteur de température à réseau de Bragg précis

Au cours de cette époque remarquable, DCYS a eu la chance de s'appuyer sur les épaules de géants de plusieurs secteurs et a combiné de manière créative l'industrie moderne de fabrication de tuyaux métallurgiques avec l'industrie de détection des réseaux de Bragg à fibre. En conséquence, nous avons développé notre propre solution pour relever le défi de la séparation de la température et de la contrainte/déformation dans les réseaux de Bragg à fibre (FBG) et les capteurs à réseau de Bragg à fibre (capteurs FBG). Cette solution a conduit à la création de la série de capteurs à réseau de Bragg à fibre capillaire en tube d'acier sans soudure OFSCN® (voir les figures 2 et 3 pour la structure d'emballage du capteur à réseau de Bragg à fibre).

Figure 2

Figure 3

La figure 2 montre le capteur de température capillaire à réseau de Bragg en fibre de tube d'acier sans soudure OFSCN® (type 01). Nous pouvons affirmer avec certitude que ce capteur de température à réseau de Bragg à fibre réalise parfaitement la séparation de la température et de la contrainte/déformation, à la fois en principe et dans les mesures pratiques. Nous fournirons plus de détails et de preuves expérimentales dans des articles ultérieurs.

Ce produit offre également une sensibilité élevée, une conduction thermique rapide, une excellente précision, une taille compacte, un poids léger, une résistance élevée à la traction et à la compression, une résistance aux températures élevées, une résistance à la corrosion, une résistance à l'eau et à l'humidité, une incombustibilité et d'autres caractéristiques. Il s'agit d'un capteur de température innovant à réseau de fibres de Bragg. Avec ce produit, nous espérons que DCYS pourra contribuer à faire progresser l’ensemble de l’industrie de la détection par réseau de Bragg à fibre et contribuer à son développement ultérieur.

3. Principes de compensation de température pour les capteurs de contrainte à réseau de Bragg et les capteurs de déformation à réseau de Bragg

La figure 3 montre le capteur de contrainte/déformation capillaire à réseau de Bragg en fibre de tube d'acier sans soudure OFSCN® (type 02). Bien que ce produit ne réalise pas indépendamment la séparation de température et de contrainte/déformation, il peut être utilisé conjointement avec le capteur de température à réseau de Bragg en fibre de tube d'acier sans soudure capillaire OFSCN® (Type 01) pour relever le défi de la séparation de température et de contrainte/déformation, comme illustré dans la figure 4.

Figure 4

4. Concept de chaînes/réseaux de Bragg (FBG) et de capteurs à réseau de Bragg en série (capteurs FBG avec FBG)

Pour mieux comprendre le schéma précédent, complétons d'abord quelques connaissances de base sur les réseaux de Bragg à fibres (FBG). L'une des caractéristiques flexibles des capteurs à réseau de Bragg à fibre est la capacité de réaliser une détection multipoint. En théorie, nous pouvons inscrire de nombreux FBG avec différentes longueurs d'onde dans un seul capteur, permettant une détection distribuée d'un ou plusieurs paramètres physiques (correspondant au capteur à réseau de Bragg à fibre distribuée en tube d'acier sans soudure capillaire OFSCN®).

Pour un exemple spécifique, reportez-vous à la Figure 5, qui illustre une fibre avec neuf FBG de différentes longueurs d'onde. Cette configuration permet une mesure simultanée en neuf points différents.

Figure 5

Figure 6 La Figure 6 affiche la distribution des longueurs d'onde d'un réseau de Bragg à huit canaux (FBG) sur un analyseur de spectre optique.

5. Compensation de température pour les capteurs à réseau de Bragg

Revenant à l'exemple de la figure 4, nous utilisons deux capteurs à réseau de Bragg à fibre capillaire en tube d'acier sans soudure OFSCN®, le capteur 1 et le capteur 2, avec des longueurs d'onde différentes. Le capteur 1 est sensible à la fois à la température et aux contraintes/déformations, tandis que le capteur 2 n'est sensible qu'à la température. Ils sont placés dans le même environnement, à la même température. Pour le capteur 1, le changement de longueur d'onde inclut l'influence à la fois de la température et de la contrainte/déformation. Cependant, nous connaissons déjà sa température avec précision (à partir du capteur 2), nous pouvons donc soustraire l'impact de la température sur le changement de longueur d'onde, ne laissant que l'effet de contrainte/déformation (les détails du calcul peuvent être trouvés dans la formule : ΔλＢ ＝λＢ（１－Ｐｅ）Δε＋λＢ（αｆ－ξ）ΔＴ).

Dans cette configuration de capteur, le capteur 1 devient un capteur de contrainte à réseau de Bragg et un capteur de déformation à réseau de Bragg précisément étalonnés (ce processus de calcul est connu sous le nom de compensation de température pour les capteurs à réseau de Bragg).

Le capteur de température à réseau de Bragg à fibre capillaire en tube d'acier sans soudure OFSCN® peut également être utilisé pour la compensation de température dans d'autres applications, telles que les capteurs de vibration à réseau de Bragg à fibre, les capteurs de forme à réseau de Bragg à fibre, les capteurs de gaz à réseau de Bragg à fibre et les capteurs de pression à réseau de Bragg à fibre.

Sur la base de la discussion ci-dessus, les capteurs à réseau de Bragg à fibre capillaire en tube d'acier sans soudure OFSCN® produits par DCYS réussissent à séparer la température et la contrainte/déformation, surmontant ainsi les inconvénients inhérents aux réseaux de Bragg à fibre. La clé réside dans le fait que le capteur de température à réseau de Bragg en fibre de tube d'acier sans soudure capillaire OFSCN® fournit une mesure précise de la température, non affectée par la contrainte/déformation. Comment DCYS y parvient-il ? Les principes et les mystères seront dévoilés dans le prochain article. Restez à l'écoute!

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