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 présente le concept du réseau de Bragg (FBG) et explique son fonctionnement. Il décrit le principe du FBG à l'aide de la formule de condition de Bragg et fournit des diagrammes physiques correspondants des capteurs FBG.

Il souligne également que de nombreux capteurs à réseau de Bragg en fibre de tube d'acier sans soudure capillaire OFSCN®, notamment les capteurs de température FBG (thermomètres), les capteurs de contrainte FBG (jauges de contrainte) et les capteurs de contrainte FBG (jauges de traction), sont fabriqués à l'aide de FBG. L'article présente également le principe de packaging des capteurs FBG.

1. Qu'est-ce qu'un réseau ?  

Un dispositif optique composé de nombreuses fentes parallèles avec un espacement régulier est appelé réseau. Le type le plus courant est un réseau équidistant avec des fentes de même largeur et espacement.

Figure 1

Ces réseaux sont souvent fabriqués sur des plaques de verre, des feuilles de métal ou des planches en plastique. Les fentes peuvent être opaques ou partiellement transparentes, tandis que les régions lisses entre les fentes sont généralement transparentes.

Les réseaux bien conçus peuvent avoir des milliers, voire des dizaines de milliers de fentes sur une largeur de 1 cm. Comme l'espacement du réseau (période du réseau) est proche de la longueur d'onde de la lumière, une diffraction ou une transmission des ondes lumineuses se produit.

Les réseaux qui utilisent la diffraction de la lumière transmise sont appelés réseaux de transmission, tandis que ceux qui utilisent la diffraction de la lumière réfléchie, comme ceux avec des fentes parallèles sur une surface métallisée, sont appelés réseaux de réflexion.

2. Qu'est-ce qu'un réseau de fibre optique ? Qu'est-ce qu'un réseau de Bragg (FBG) ?

Lorsque l'espacement régulier des fentes parallèles susmentionnées est inscrit sur le cœur d'une fibre optique à l'aide de matériaux photosensibles, cela devient un réseau de Bragg (FBG).

Un réseau de fibre optique avec une distance de réseau uniforme et constante (cycle de réseau), également connu sous le nom de FBG, a une longueur d'onde réfléchie extrêmement étroite, et la distance entre les points de réflexion est toujours la même. Le réseau comprend de nombreux points de réflexion pour des longueurs d'onde spécifiques.

Le FBG peut être produit par des méthodes telles que l'exposition UV avec un masque, la gravure chimique ou l'écriture point par point au laser femtoseconde. Voici des schémas et des diagrammes physiques des FBG :

Figure 2

Figure 3

Figure 4

3. Qu'est-ce qu'une chaîne/réseau de réseaux de Bragg ?

Une caractéristique flexible des FBG est la capacité à réaliser une détection multipoint. En théorie, plusieurs FBG de différentes longueurs d’onde peuvent être inscrits dans un seul capteur, permettant ainsi des mesures distribuées d’un ou plusieurs paramètres physiques. La fibre avec plusieurs FBG inscrits est appelée chaîne/réseau de réseau de Bragg à fibre (FBG) (correspondant aux capteurs à réseau de Bragg à fibre distribuée à tube capillaire en acier sans soudure OFSCN®).

Par exemple, la Figure 5 montre une fibre avec 9 FBG de différentes longueurs d'onde, permettant des mesures simultanées en 9 points différents.

Figure 5

Figure 6

Figure 7 (La figure du haut montre la distribution des longueurs d'onde d'un réseau FBG avec 8 longueurs d'onde différentes sur un analyseur de spectre optique.)

4. Principe du réseau de Bragg

Lorsque deux points de réflexion correspondent précisément selon la condition de Bragg, le signal optique avec la longueur d'onde correspondante est réfléchi par le réseau, tandis que les autres longueurs d'onde ne sont pas significativement réfléchies.

Figure 8

En connectant un interrogateur FBG, la longueur d'onde de l'onde réfléchie indépendante peut être mesurée. Lorsqu'un FBG est soumis à des contraintes ou à des changements de température, l'espacement du réseau (période du réseau) et la longueur d'onde de l'onde réfléchie changent. Ces changements peuvent être mesurés en analysant les longueurs d'onde réfléchies.

Le changement de longueur d'onde d'un FBG est lié à la fois aux variations de déformation et de température et peut être exprimé par la formule : ΔλB = λB(1 - Pe)Δε + λB(αf - ξ)ΔT.

(1). Principe de mesure de la température du FBG - Principe du capteur de température FBG (thermomètre FBG) - Changement de longueur dû à la dilatation et à la contraction thermiques

Dans l'environnement où se trouve un FBG, les changements de température provoquent des variations périodiques de l'espacement du réseau (Λ) du FBG, qui peuvent être attribuées à la dilatation et à la contraction thermiques.

En utilisant un interrogateur FBG, la longueur d'onde réfléchie (λB) du FBG peut être mesurée. Comme il existe une relation entre la longueur d'onde réfléchie (λB) et l'espacement du réseau (Λ), exprimée par λB = 2neffΛ, où neff est l'indice de réfraction effectif de la fibre, la température du FBG peut être déterminée en analysant la longueur d'onde réfléchie. C'est le principe de mesure de la température du réseau.

(2) . Principe de mesure de la contrainte du réseau de Bragg (FBG) - Capteur de contrainte FBG (jauge de déformation FBG, jauge de traction FBG, jauge de pression FBG, jauge de barre d'armature FBG) - Changement de longueur lui-même :

Similaires aux changements de température, les variations de force peuvent également provoquer des changements dans le pas du réseau (période du réseau) du réseau de Bragg (FBG). En termes simples, cela peut étirer ou comprimer le FBG.

En utilisant un interrogateur FBG, la longueur d'onde réfléchie du FBG peut être mesurée. Comme il existe une corrélation entre la longueur d'onde réfléchie λB et le pas du réseau Λ du FBG, exprimée par la formule λB = 2neffΛ, où neff est l'indice de réfraction effectif de la fibre, la tension ou la pression appliquée sur le FBG peut être déterminée en analysant la longueur d'onde réfléchie. C'est le principe derrière la capacité du FBG à mesurer la contrainte.

(3). Principe de mesure de la déformation du réseau de Bragg (FBG) - Capteur de déformation FBG (jauge de déformation FBG) - Changement de longueur lui-même :

Qu'il s'agisse des changements induits par la température ou des changements causés par une force appliquée, la manifestation ultime est le changement de longueur (déformation) du FBG. Dans la formule λB = 2neffΛ, le pas du réseau Λ représente la longueur du FBG à petite échelle. Par conséquent, le FBG peut être utilisé pour mesurer la déformation.

5. Pourquoi l'encapsulation est-elle importante pour le réseau de Bragg (FBG) ?

Les unités de détection des capteurs à réseau de Bragg à fibre capillaire sans soudure OFSCN® de DCYS sont principalement constituées de réseaux de Bragg à fibre (FBG) encapsulés dans des tubes en acier sans soudure.

La principale raison d'utiliser un emballage en tube d'acier sans soudure pour les FBG est que les FBG sont très fragiles, et les fibres qui les portent sont également délicates. Sans un emballage et une protection appropriés, les FBG sont presque inutilisables dans les applications pratiques. Il est nécessaire de protéger les FBG et de fabriquer des capteurs FBG robustes pour leur utilisation dans divers environnements difficiles. C'est précisément ce que nous savons faire.

Figure 9

Figure 10

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