광섬유 브래그 격자 감지 기술 백과사전 - FBG FAQ - FBG 센서 FAQ - FBG 복조기 FAQ - FBG 일반 적용 문제 분석

This article explains the basic principles of FBG based on actual optical waves. It helps readers understand the underlying mechanisms of FBG sensors, FBG strain sensors, 및 FBG temperature sensors. This article serves as a preliminary introduction to the OFSCN® capillary seamless steel tube FBG sensors produced by DCYS.

이전 글에서, '광섬유 브래그 격자 및 광섬유 브래그 격자 센서의 기본 원리 - 1부: 파동의 반사 및 간섭,' we used sound waves as an analogy to understand the principles of OFSCN® capillary seamless steel tube FBG sensors, specifically the reflection 및 interference (interference) of waves.

오늘은 그 기반을 바탕으로 FBG 센서의 기본 원리(FBG 원리 포함)를 소개합니다. 이 글은 또한 연구 논문이 아닌 대중 과학 글입니다. 이 글에서 오류를 발견하시면 친절하게 지적해 주시기 바랍니다.

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1. 광섬유 브래그 격자 센서(FBG 센서)의 광섬유 브래그 격자(FBG)

FBG 센서는 광섬유 센서의 일종입니다. 감지 과정은 외부 물리적 매개변수에 의한 FBG 파장 변조를 기반으로 감지 정보를 얻습니다. 이는 파장 변조 광섬유 센서입니다.

위 이미지는 FBG가 있는 광섬유 코어(실제 직경 9마이크로미터)의 개략도를 보여줍니다. 포토마스크를 통한 UV 광 노출, 펨토초 레이저 점대점 각인 또는 기타 처리 기술과 같은 방법을 사용하여 동일한 간격으로 수많은 약한 반사면(여기서는 더 복잡한 격자는 논의하지 않음)이 광섬유 코어에 형성됩니다. 이러한 약한 반사면을 광섬유 격자라고 하며, 각 약한 반사면 사이의 거리를 격자 피치 또는 격자 주기(기호 Λ로 표시 - 이 기호는 다음 텍스트에 사용될 것이므로 기억하십시오)라고 합니다.

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2. FBG 및 FBG 센서의 감지 원리

위에서 언급한 FBG를 사용하여 기본적인 감지 측정을 수행할 수 있습니다. 원리는 이미지 3에 나와 있습니다.

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3. Fomula of FBG 및 FBG Sensor Principle

The middle section of 이미지 3 represents a FBG or an encapsulated OFSCN® capillary seamless steel tube FBG Sensor. Broadband incident light enters the FBG sensor from one end of the grating. When the light encounters the FBG, most wavelengths of light pass through the FBG as transmitted light, while a small portion of specific wavelengths of light are reflected back (please note these specific wavelengths, which are the object of our detection and are represented by λB). There is a direct relationship between λB and the grating pitch (grating period) Λ we mentioned earlier, expressed by the mathematical formula: λB = 2neffΛ, where λ represents the reflected wavelength, neff is the refractive index of the optical fiber core, and Λ is the grating pitch (grating period).

반사된 빛은 FBG 복조기(도표에 표시되지 않음)로 들어가 파장 신호 λB로 복조됩니다. FBG 센서가 FBG 감지 장치에 연결되어 있으므로, 우리는 매 순간 다른 테스트 파장 신호 λB를 얻을 수 있습니다. 이전 수학적 표현에서, 다음 순간에 반환되는 파장 신호 λ가 왜 변하는지(ΔλB로 표시) 이해할 수 있습니다. 근본적인 이유는 광섬유 격자의 격자 피치(격자 주기) Λ가 변했기 때문입니다(ΔΛ로 표시).

4. 온도, 변형률, 응력 측정을 위한 FBG 및 FBG 센서 원리

이제 복잡한 수학 기호에서 벗어나 실제 시나리오를 상상해 봅시다. 격자 피치(격자 주기) Λ의 변화를 유발할 수 있는 것은 무엇일까요?

첫 번째 가능한 이유를 이미 짐작했을 것입니다: 힘. FBG에 인장력을 가하면 늘어나고, 압축력을 가하면 수축합니다.

두 번째 가능한 이유는 온도입니다. FBG는 가열되면 팽창하여 늘어나고, 냉각되면 수축하여 줄어듭니다.

During this process, clever individuals have associated the accurately detectable wavelength signals with three basic physical parameters: force (tension, compression), length (elongation, contraction), 및 temperature (heating, cooling). Therefore, the basic physical quantities that FBG Sensors can directly measure include stress, strain, 및 temperature (corresponding to OFSCN® capillary seamless steel tube FBG stress sensors, OFSCN® capillary seamless steel tube FBG strain sensors, 및 OFSCN® capillary seamless steel tube FBG temperature sensors, respectively).

그림 4

As an introductory article about the OFSCN® capillary seamless steel tube series FBG sensor, we have simplified the mathematical calculations 및 considered the wavelength changes caused by stress, strain, 및 temperature. The mathematical calculation process for wavelength changes is more complex than the simple equation 'λB = 2neffΛ' we presented earlier. This complexity arises because the refractive index neff of the fiber optic core is also a variable. The overall formula is as follows: ΔλB = λB(1 - Pe)Δε + λB(αf - ξ)ΔT, but we will not delve into it here.

이 시점에서 FBG 및 FBG 센서의 작동 원리에 대해 어느 정도 이해하셨을 것입니다. 그렇다면 이론적인 FBG에서 실제 캡슐화된 FBG 센서로 전환하는 데 어떤 다른 어려움이 있을까요? 이러한 어려움은 어떻게 해결할 수 있을까요? 다음 섹션에서 이들을 논의할 예정이니 계속 지켜봐 주십시오!

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

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