Enciclopédia de Tecnologia de Sensoriamento por Redes de Bragg em Fibra - Perguntas Frequentes sobre FBG - Perguntas Frequentes sobre Sensor FBG - Perguntas Frequentes sobre Demodulador FBG - Análise de Problemas Comuns de Aplicação FBG

Este artigo analisa as desvantagens inerentes às redes de Bragg de fibra (FBGs), que representam desafios técnicos no empacotamento de sensores de rede de Bragg de fibra (sensores FBG). Ele também apresenta o sensor preciso de temperatura da rede de Bragg de fibra (termômetro de rede de fibra de Bragg) e propõe soluções de compensação de temperatura para sensores de tensão de rede de Bragg de fibra e sensores de deformação de rede de Bragg de fibra desenvolvidos pela DCYS. O artigo também menciona strings/matrizes de rede de Bragg de fibra (FBGs) e sensores de rede de Bragg de fibra serial com FBGs (sensores FBG seriais).

No artigo anterior, 'Princípios Básicos das Redes de Bragg em Fibra e Sensores de Redes de Bragg em Fibra - Parte 2: Princípios de Sensoriamento FBG,' aprendemos que as redes de Bragg em fibra (FBGs) podem medir diretamente grandezas físicas fundamentais como tensão, deformação e temperatura. Essa medição direta é possível porque o período da grade (passo da grade) das FBGs está diretamente relacionado a três parâmetros físicos básicos: força (força de tração ou compressão), comprimento (alongamento ou contração) e temperatura (aquecimento ou resfriamento). Entre essas mudanças, as variações de força e temperatura são consideradas causas, enquanto as mudanças de comprimento são consideradas resultados (conforme mostrado na Figura 1).

Figura 1

As conclusões mencionadas acima formam a base teórica para o sensoriamento com redes de Bragg em fibra (FBGs) e sensores de redes de Bragg em fibra (sensores FBG). No entanto, elas também apresentam um novo desafio ou dificuldade técnica, que é a desvantagem inerente das redes de Bragg em fibra.

1. Desvantagens das Redes de Bragg em Fibra (FBGs) e Desafios de Empacotamento dos Sensores de Redes de Bragg em Fibra (Sensores FBG)

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

A menos que esse problema seja resolvido, é impossível determinar o tipo de sensor de rede de Bragg em fibra que está sendo usado (sensor de temperatura de rede de Bragg em fibra, sensor de tensão de rede de Bragg em fibra ou sensor de deformação de rede de Bragg em fibra). Além disso, é difícil garantir a precisão das medições obtidas dos sensores de rede de Bragg em fibra.

2. Comece com um Sensor de Temperatura de Rede de Bragg em Fibra Preciso

Nesta era notável, a DCYS teve a sorte de apoiar gigantes em vários setores e combinou criativamente a moderna indústria de fabricação de tubos metalúrgicos com a indústria de detecção de grades de Bragg de fibra. Como resultado, desenvolvemos nossa própria solução para enfrentar o desafio de separar temperatura e tensão/deformação em redes de Bragg de fibra (FBGs) e sensores de rede de Bragg de fibra (sensores FBG). Esta solução levou à criação da série de sensores de grade de Bragg de fibra de tubo de aço sem costura capilar OFSCN® (consulte as Figuras 2 e 3 para a estrutura de embalagem do sensor de grade de Bragg de fibra).

Figura 2

Figura 3

A Figura 2 mostra o sensor de temperatura de grade de Bragg de fibra de tubo de aço sem costura capilar OFSCN® (Tipo 01). Podemos afirmar com segurança que este sensor de temperatura de rede de Bragg de fibra alcança perfeitamente a separação de temperatura e tensão/deformação, tanto em princípio quanto em medições práticas. Forneceremos mais detalhes e evidências experimentais em artigos subsequentes.

Este produto também oferece alta sensibilidade, rápida condução de calor, excelente precisão, tamanho compacto, peso leve, alta resistência à tração e compressão, resistência a altas temperaturas, resistência à corrosão, resistência à água e umidade, não combustibilidade e outras características. É um inovador sensor de temperatura de grade de fibra Bragg. Com este produto, esperamos que o DCYS possa ajudar a avançar toda a indústria de detecção de redes de Bragg de fibra e contribuir para o seu desenvolvimento.

3. Princípios de Compensação de Temperatura para Sensores de Tensão de Rede de Bragg em Fibra e Sensores de Deformação de Rede de Bragg em Fibra

A Figura 3 mostra o sensor de tensão/deformação de rede de Bragg de fibra de tubo de aço sem costura capilar OFSCN® (Tipo 02). Embora este produto não atinja a separação de temperatura e tensão/deformação de forma independente, ele pode ser usado em conjunto com o sensor de temperatura de rede de Bragg de fibra de tubo de aço sem costura capilar OFSCN® (Tipo 01) para enfrentar o desafio de temperatura e separação de tensão/deformação, conforme ilustrado na Figura 4.

Figura 4

4. Conceito de Cordas/Matrizes de Redes de Bragg em Fibra (FBGs) e Sensores de Rede de Bragg em Fibra em Série (Sensores FBG com FBGs)

Para entender melhor o diagrama anterior, vamos primeiro complementar alguns conhecimentos básicos sobre redes de Bragg de fibra (FBGs). Um dos recursos flexíveis dos sensores de rede de Bragg de fibra é a capacidade de obter detecção multiponto. Em teoria, podemos inscrever vários FBGs com diferentes comprimentos de onda em um único sensor, permitindo a detecção distribuída de um ou vários parâmetros físicos (correspondendo ao sensor de grade de Bragg de fibra distribuída de tubo de aço sem costura capilar OFSCN®).

Para um exemplo específico, consulte a Figura 5, que ilustra uma fibra com nove FBGs de diferentes comprimentos de onda. Essa configuração permite a medição simultânea em nove pontos diferentes.

Figura 5

Figura 6 A Figura 6 exibe a distribuição de comprimentos de onda de uma matriz de redes de Bragg em fibra de oito canais (FBGs) em um analisador de espectro óptico.

5. Compensação de Temperatura para Sensores de Rede de Bragg em Fibra

Voltando ao exemplo da Figura 4, usamos dois sensores de rede de Bragg de fibra de tubo de aço sem costura capilar OFSCN®, Sensor 1 e Sensor 2, com comprimentos de onda diferentes. O Sensor 1 é sensível à temperatura e à tensão/deformação, enquanto o Sensor 2 é sensível apenas à temperatura. Eles são colocados no mesmo ambiente, com a mesma temperatura. Para o Sensor 1, a mudança no comprimento de onda inclui a influência da temperatura e da tensão/deformação. No entanto, já sabemos sua temperatura com precisão (do Sensor 2), então podemos subtrair o impacto da temperatura na mudança de comprimento de onda, deixando apenas o efeito de tensão/deformação (detalhes do cálculo podem ser encontrados na fórmula: ΔλＢ ＝λＢ（１－Ｐｅ）Δε＋λＢ（αｆ－ξ）ΔＴ).

Nesta configuração de sensor, o Sensor 1 se torna um sensor de tensão de rede de Bragg em fibra e um sensor de deformação de rede de Bragg em fibra calibrados com precisão (esse processo de cálculo é conhecido como compensação de temperatura para sensores de rede de Bragg em fibra).

O sensor de temperatura de rede de Bragg de fibra de tubo de aço sem costura capilar OFSCN® também pode ser usado para compensação de temperatura em outras aplicações, como sensores de vibração de rede de Bragg de fibra, sensores de forma de rede de Bragg de fibra, sensores de gás de rede de Bragg de fibra e sensores de pressão de rede de Bragg de fibra.

Com base na discussão acima, os sensores de grade de Bragg de fibra de tubo de aço sem costura capilar OFSCN® produzidos pela DCYS alcançam com sucesso a separação de temperatura e tensão/deformação, superando as desvantagens inerentes das redes de Bragg de fibra. A chave está no fato de que o sensor de temperatura de grade de Bragg de fibra de tubo capilar de aço sem costura OFSCN® fornece medição de temperatura precisa, não afetada por tensão/deformação. Como o DCYS consegue isso? Os princípios e mistérios serão revelados no próximo artigo. Fique atento!

Nossa filosofia é: 'OFSCN®, torne a fibra óptica mais forte!'