Enciclopedia della Tecnologia di Rilevamento con Reticoli di Bragg su Fibra - FAQ FBG - FAQ Sensori FBG - FAQ Demodulatori FBG - Analisi dei Problemi Comuni di Applicazione FBG

Questo articolo introduce il concetto di Reticolo di Bragg su Fibra (FBG) e spiega come funziona l'FBG. Spiega il principio dell'FBG utilizzando la formula della condizione di Bragg e fornisce i diagrammi fisici corrispondenti dei sensori 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 dei Sensori FBG as well.

1. Cos'è un Reticolo?  

Un dispositivo ottico composto da numerose fessure parallele con spaziatura regolare è chiamato reticolo. Il tipo più comune è un reticolo equidistante con fessure della stessa larghezza e spaziatura.

Figura 1

Questi reticoli sono spesso fabbricati su lastre di vetro, fogli di metallo o pannelli di plastica. Le fessure possono essere opache o parzialmente trasparenti, mentre le regioni lisce tra le fessure sono tipicamente trasparenti.

Reticoli ben progettati possono avere migliaia o anche decine di migliaia di fessure all'interno di una larghezza di 1 cm. Poiché la spaziatura del reticolo (periodo del reticolo) è vicina alla lunghezza d'onda della luce, si verifica la diffrazione o la trasmissione delle onde luminose.

I reticoli che utilizzano la diffrazione della luce trasmessa sono chiamati reticoli di trasmissione, mentre quelli che utilizzano la diffrazione della luce riflessa, come quelli con fessure parallele su una superficie rivestita di metallo, sono chiamati reticoli di riflessione.

2. Cos'è un Reticolo su Fibra Ottica? Cos'è un Reticolo di Bragg su Fibra (FBG)?

Quando la spaziatura regolare delle suddette fessure parallele viene incisa sul nucleo di una fibra ottica utilizzando materiali fotosensibili, essa diventa un reticolo di Bragg su fibra (FBG).

Il reticolo su fibra ottica con distanza del reticolo (ciclo del reticolo) uniforme e consistente, noto anche come FBG, ha una lunghezza d'onda riflessa estremamente stretta e la distanza tra i punti di riflessione è sempre la stessa. Il reticolo include numerosi punti di riflessione per lunghezze d'onda specifiche.

Gli FBG possono essere prodotti utilizzando metodi come l'esposizione UV con una maschera, l'incisione chimica o la scrittura punto per punto con laser a femtosecondi. Di seguito sono riportati schemi e diagrammi fisici degli FBG:

Figura 2

Figura 3

Figura 4

3. Cos'è una Stringa/Array di Reticoli di Bragg su 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).

Ad esempio, la Figura 5 mostra una fibra con 9 FBG a diverse lunghezze d'onda, che consente misurazioni simultanee in 9 punti diversi.

Figura 5

Figura 6

Figura 7 (La figura superiore mostra la distribuzione delle lunghezze d'onda di un array FBG con 8 diverse lunghezze d'onda su un analizzatore di spettro ottico.)

4. Principio del Reticolo di Bragg su Fibra

Quando due punti di riflessione sono precisamente abbinati secondo la condizione di Bragg, il segnale ottico con la lunghezza d'onda corrispondente viene riflesso dal reticolo, mentre altre lunghezze d'onda non vengono significativamente riflesse.

Figura 8

Collegando un interrogatore FBG, è possibile misurare la lunghezza d'onda dell'onda riflessa indipendente. Quando un FBG è soggetto a stress o variazioni di temperatura, la spaziatura del reticolo (periodo del reticolo) e la lunghezza d'onda dell'onda riflessa cambiano. Questi cambiamenti possono essere misurati analizzando le lunghezze d'onda riflesse.

La variazione della lunghezza d'onda di un FBG è correlata sia ai cambiamenti di deformazione che di temperatura e può essere espressa dalla formula: ΔλB = λB(1 - Pe)Δε + λB(αf - ξ)ΔT.

(1). Principio di Misurazione della Temperatura FBG - Principio del Sensore di Temperatura FBG (Termometro FBG) - Variazione della Lunghezza dovuta all'Espansione e Contrazione Termica

Nell'ambiente in cui si trova un FBG, i cambiamenti di temperatura causano variazioni periodiche nella spaziatura del reticolo (Λ) dell'FBG, che possono essere attribuite all'espansione e contrazione termica.

Utilizzando un interrogatore FBG, è possibile misurare la lunghezza d'onda riflessa (λB) dell'FBG. Poiché esiste una relazione tra la lunghezza d'onda riflessa (λB) e la spaziatura del reticolo (Λ), espressa come λB = 2neffΛ, dove neff è l'indice di rifrazione effettivo della fibra, la temperatura dell'FBG può essere determinata analizzando la lunghezza d'onda riflessa. Questo è il principio di misurazione della temperatura del reticolo.

(2) . Principio di Misurazione dello Stress del Reticolo di Bragg su Fibra (FBG)-Sensore di Stress FBG (Estensimetro FBG, Misuratore di Tensione FBG, Misuratore di Pressione FBG, Misuratore FBG per Armature) - Variazione della Lunghezza Stessa:

Similmente ai cambiamenti di temperatura, le variazioni di forza possono anche causare cambiamenti nel passo del reticolo (periodo del reticolo) del Reticolo di Bragg su Fibra (FBG). In termini semplici, può allungare o comprimere l'FBG.

Utilizzando un interrogatore FBG, è possibile misurare la lunghezza d'onda riflessa dell'FBG. Poiché esiste una correlazione tra la lunghezza d'onda riflessa λB e il passo del reticolo Λ dell'FBG, espressa dalla formula λB = 2neffΛ, dove neff è l'indice di rifrazione effettivo della fibra, la tensione o pressione applicata sull'FBG può essere determinata analizzando la lunghezza d'onda riflessa. Questo è il principio alla base della capacità dell'FBG di misurare lo stress.

(3). Principio di Misurazione della Deformazione del Reticolo di Bragg su Fibra (FBG)-Sensore di Deformazione FBG (Estensimetro FBG) - Variazione della Lunghezza Stessa:

Sia che si tratti di cambiamenti indotti dalla temperatura o di cambiamenti causati dalla forza applicata, la manifestazione ultima è la variazione di lunghezza (deformazione) dell'FBG. Nella formula λB = 2neffΛ, il passo del reticolo Λ rappresenta la lunghezza dell'FBG su piccola scala. Pertanto, l'FBG può essere utilizzato per misurare la deformazione.

5. Perché l'Imballaggio è Importante per il Reticolo di Bragg su 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 ragione principale per l'utilizzo di imballaggi in tubo d'acciaio senza saldatura per gli FBG è che gli FBG sono molto fragili, e anche le fibre che li trasportano sono delicate. Senza un'adeguata confezione e protezione, gli FBG sono quasi inutilizzabili nelle applicazioni pratiche. È necessario proteggere gli FBG e produrre sensori FBG robusti per il loro utilizzo in vari ambienti difficili. Questo è precisamente ciò in cui siamo bravi.

Figura 9

Figura 10

 Our philosophy is: 'OFSCN®, make optical fiber stronger!'