광섬유 브래그 격자 센싱 기술 백과사전 - FBG FAQ - FBG 센서 FAQ - FBG 복조기 FAQ - FBG 일반 응용 문제 분석

This article analyzes the inherent drawbacks of fiber Bragg gratings (FBGs), which pose technical challenges in the packaging of fiber Bragg grating sensors (FBG sensors). It also introduces the accurate fiber Bragg grating temperature sensor (Bragg fiber grating thermometer) 및 proposes temperature compensation solutions for fiber Bragg grating stress sensors 및 fiber Bragg grating strain sensors developed by DCYS. The article also mentions fiber Bragg grating strings/arrays (FBGs) 및 serial fiber Bragg grating sensors with FBGs (serial FBG sensors ).

이전 기사에서, '광섬유 브래그 격자 및 광섬유 브래그 격자 센서의 기본 원리 - 2부: FBG 센싱 원리,' 우리는 광섬유 브래그 격자(FBG)가 응력, 변형률, 온도와 같은 기본적인 물리량을 직접 측정할 수 있다는 것을 배웠습니다. 이러한 직접 측정은 FBG의 격자 주기(격자 피치)가 세 가지 기본 물리적 매개변수와 직접적으로 관련되어 있기 때문에 가능합니다: 힘(인장 또는 압축력), 길이(신장 또는 수축), 온도(가열 또는 냉각). 이러한 변화 중에서 힘과 온도 변화는 원인으로 간주되는 반면, 길이 변화는 결과로 간주됩니다 (그림 1 참조).

그림 1

위에 언급된 결론들은 광섬유 브래그 격자(FBG) 및 광섬유 브래그 격자 센서(FBG 센서)를 이용한 센싱의 이론적 기반을 형성합니다. 그러나 이는 또한 광섬유 브래그 격자의 본질적인 단점이라는 새로운 과제 또는 기술적 어려움을 제시합니다.

1. 광섬유 브래그 격자(FBG)의 단점 및 광섬유 브래그 격자 센서(FBG 센서)의 패키징 과제

The problem we face is that when using a fiber Bragg  grating (FBG) 및 a fiber Bragg grating sensor (FBG sensor) for sensing 및 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.

이 문제가 해결되지 않으면 사용 중인 광섬유 브래그 격자 센서의 유형(광섬유 브래그 격자 온도 센서, 광섬유 브래그 격자 응력 센서 또는 광섬유 브래그 격자 변형률 센서)을 결정하는 것이 불가능합니다. 또한 광섬유 브래그 격자 센서에서 얻은 측정값의 정확성을 보장하기 어렵습니다.

2. 정확한 광섬유 브래그 격자 온도 센서로 시작

In this remarkable era, DCYS has been fortunate to stand on the shoulders of giants in multiple industries 및 has creatively combined the modern metallurgical pipe manufacturing industry with the fiber Bragg grating sensing industry. As a result, we have developed our own solution to address the challenge of separating temperature 및 stress/strain in fiber Bragg gratings (FBGs) 및 fiber Bragg grating sensors (FBG sensors). This solution has led to the creation of the OFSCN® capillary Seamless Steel Tube Fiber Bragg Grating Sensor series (refer to Figures 2 및 3 for the packaging structure of the fiber Bragg grating sensor).

그림 2

그림 3

그림 2 shows the OFSCN® capillary Seamless Steel Tube Fiber Bragg Grating Temperature Sensor (Type 01). We can confidently state that this fiber Bragg grating temperature sensor perfectly achieves the separation of temperature and stress/strain, both in principle and in practical measurements. We will provide further details and experimental evidence in subsequent articles.

This product also offers high sensitivity, fast heat conduction, excellent accuracy, compact size, light weight, high tensile and compressive strength, high temperature resistance, corrosion resistance, water and moisture resistance, non-combustibility, and 기타 characteristics. It is an innovative Bragg fiber grating temperature sensor. With this product, we hope that DCYS can help advance the entire fiber Bragg grating sensing industry and contribute to its further development.

3. 광섬유 브래그 격자 응력 센서 및 광섬유 브래그 격자 변형률 센서의 온도 보상 원리

그림 3 shows the OFSCN® capillary Seamless Steel Tube Fiber Bragg Grating Stress/Strain Sensor (Type 02). Although this product does not achieve temperature and stress/strain separation independently, it can be used in conjunction with the OFSCN® capillary Seamless Steel Tube Fiber Bragg Grating Temperature Sensor (Type 01) to address the challenge of temperature and stress/strain separation, as depicted in Figure 4.

그림 4

4. 광섬유 브래그 격자 스트링/어레이(FBG) 및 직렬 광섬유 브래그 격자 센서(FBG를 포함하는 FBG 센서)의 개념

To better understand the previous diagram, let's first supplement some basic knowledge about fiber Bragg gratings (FBGs). One of the flexible features of fiber Bragg grating sensors is the ability to achieve multipoint sensing. In theory, we can inscribe numerous FBGs with different wavelengths in a single sensor, enabling distributed detection of one or multiple physical parameters (corresponding to the OFSCN® Capillary Seamless Steel Tube Distributed Fiber Bragg Grating Sensor).

구체적인 예로, 아홉 개의 다른 파장을 가진 FBG가 있는 광섬유를 보여주는 그림 5를 참조하십시오. 이 설정은 아홉 개의 다른 지점에서 동시 측정을 가능하게 합니다.

그림 5

그림 6 그림 6은 광 스펙트럼 분석기에서 8채널 광섬유 브래그 격자 어레이(FBG)의 파장 분포를 보여줍니다.

5. 광섬유 브래그 격자 센서의 온도 보상

Returning to the example in 그림 4, we use two OFSCN® Capillary Seamless Steel Tube Fiber Bragg Grating Sensors, Sensor 1 and Sensor 2, with different wavelengths. Sensor 1 is sensitive to both temperature and stress/strain, while Sensor 2 is only sensitive to temperature. They are placed in the same environment, with the same temperature. For Sensor 1, the change in wavelength includes the influence of both temperature and stress/strain. However, we already know its temperature accurately (from Sensor 2), so we can subtract the temperature's impact on the wavelength change, leaving only the effect of stress/strain (calculation details can be found in the formula: ΔλＢ ＝λＢ（１－Ｐｅ）Δε＋λＢ（αｆ－ξ）ΔＴ).

이 센서 구성에서 센서 1은 정확하게 보정된 광섬유 브래그 격자 응력 센서 및 광섬유 브래그 격자 변형률 센서가 됩니다 (이 계산 과정은 광섬유 브래그 격자 센서의 온도 보상으로 알려져 있습니다).

The OFSCN® Capillary Seamless Steel Tube Fiber Bragg Grating Temperature Sensor can also be used for temperature compensation in 기타 applications, such as fiber Bragg grating vibration sensors, fiber Bragg grating shape sensors, fiber Bragg grating gas sensors, and fiber Bragg grating pressure sensors.

Based on the above discussion, the OFSCN® Capillary Seamless Steel Tube Fiber Bragg Grating Sensors produced by DCYS successfully achieve the separation of temperature and stress/strain, overcoming the inherent drawbacks of fiber Bragg gratings. The key lies in the fact that the OFSCN® Capillary Seamless Steel Tube Fiber Bragg Grating Temperature Sensor provides accurate temperature measurement unaffected by stress/strain. How does DCYS achieve this? The principles and mysteries will be revealed in the 다음 article. Stay tuned!

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