Enciclopédia da Tecnologia de Sensoriamento com Fibra Bragg Grating - FAQ FBG - FAQ de Sensores FBG - FAQ de Demoduladores FBG - Análise de Problemas Comuns de Aplicação FBG

Este artigo introduz o conceito de Fibra Bragg Grating (FBG) e explica como a FBG funciona. Ele explica o princípio da FBG usando a fórmula da condição de Bragg e fornece diagramas físicos correspondentes de sensores 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 Princípio dos Sensores FBG as well.

1. O que é uma Grating?  

Um dispositivo óptico composto por inúmeras fendas paralelas com espaçamento regular é chamado de grating. O tipo mais comum é uma grating equidistante com fendas da mesma largura e espaçamento.

Figura 1

Essas gratings são frequentemente fabricadas em placas de vidro, chapas de metal ou placas de plástico. As fendas podem ser opacas ou parcialmente transparentes, enquanto as regiões lisas entre as fendas são tipicamente transparentes.

Grating bem projetadas podem ter milhares ou até dezenas de milhares de fendas em uma largura de 1 cm. Como o espaçamento da grating (período da grating) está próximo do comprimento de onda da luz, ocorre difração ou transmissão de ondas de luz.

Grating que utilizam a difração de luz transmitida são chamadas de gratings de transmissão, enquanto as que utilizam a difração de luz refletida, como aquelas com fendas paralelas em uma superfície revestida de metal, são chamadas de gratings de reflexão.

2. O que é Grating de Fibra Óptica)? O que é Fibra Bragg Grating (FBG)?

Quando o espaçamento regular das fendas paralelas mencionadas é inscrito no núcleo de uma fibra óptica usando materiais fotossensíveis, ele se torna uma fibra Bragg grating (FBG).

Grating de Fibra Óptica com distância de grating (ciclo de grating) uniforme e consistente, também conhecida como FBG, o comprimento de onda refletido é extremamente estreito, e a distância entre os pontos de reflexão é sempre a mesma. A grating inclui numerosos pontos de reflexão para comprimentos de onda específicos.

FBG pode ser produzida usando métodos como exposição UV com máscara, gravação química ou escrita ponto a ponto com laser de femtossegundos. A seguir estão diagramas esquemáticos e físicos de FBGs:

Figura 2

Figura 3

Figura 4

3. O que é String/Array de Fibra Bragg Grating?

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).

Por exemplo, a Figura 5 mostra uma fibra com 9 FBGs de diferentes comprimentos de onda, permitindo medições simultâneas em 9 pontos diferentes.

Figura 5

Figura 6

Figura 7 (A figura superior mostra a distribuição de comprimento de onda de um array FBG com 8 diferentes comprimentos de onda em um analisador de espectro óptico.)

4. Princípio da Fibra Bragg Grating

Quando dois pontos de reflexão são precisamente combinados de acordo com a condição de Bragg, o sinal óptico com o comprimento de onda correspondente é refletido pela grating, enquanto outros comprimentos de onda não são significativamente refletidos.

Figura 8

Ao conectar um interrogador FBG, o comprimento de onda da onda refletida independente pode ser medido. Quando uma FBG é submetida a tensões ou mudanças de temperatura, o espaçamento da grating (período da grating) e o comprimento de onda da onda refletida mudam. Essas mudanças podem ser medidas analisando os comprimentos de onda refletidos.

A mudança de comprimento de onda de uma FBG está relacionada tanto às mudanças de deformação quanto às de temperatura e pode ser expressa pela fórmula: ΔλB = λB(1 - Pe)Δε + λB(αf - ξ)ΔT.

(1). Princípio de Medição de Temperatura da FBG - Princípio do Sensor de Temperatura FBG (Termômetro FBG) - Mudança de Comprimento devido à Expansão e Contração Térmica

No ambiente onde uma FBG está localizada, as mudanças de temperatura causam variações periódicas no espaçamento da grating (Λ) da FBG, o que pode ser atribuído à expansão e contração térmica.

Usando um interrogador FBG, o comprimento de onda refletido (λB) da FBG pode ser medido. Como existe uma relação entre o comprimento de onda refletido (λB) e o espaçamento da grating (Λ), expressa como λB = 2neffΛ, onde neff é o índice de refração efetivo da fibra, a temperatura da FBG pode ser determinada analisando o comprimento de onda refletido. Este é o princípio de medição da temperatura da grating.

2. . Princípio de Medição de Tensão da Fibra Bragg Grating (FBG) - Sensor de Tensão FBG (Medidor de Deformação FBG, Medidor de Tração FBG, Medidor de Pressão FBG, Medidor de Armadura FBG) - Mudança de Comprimento em Si:

Similar às mudanças de temperatura, variações na força também podem causar mudanças no passo da grating (período da grating) da Fibra Bragg Grating (FBG). Em termos simples, isso pode esticar ou comprimir a FBG.

Ao usar um interrogador FBG, o comprimento de onda refletido da FBG pode ser medido. Como existe uma correlação entre o comprimento de onda refletido λB e o passo da grating Λ da FBG, expressa pela fórmula λB = 2neffΛ, onde neff é o índice de refração efetivo da fibra, a tensão ou pressão aplicada na FBG pode ser determinada analisando o comprimento de onda refletido. Este é o princípio por trás da capacidade da FBG de medir a tensão.

(3). Princípio de Medição de Deformação da Fibra Bragg Grating (FBG) - Sensor de Deformação FBG (Medidor de Deformação FBG) - Mudança de Comprimento em Si:

Seja pelas mudanças induzidas pela temperatura ou pelas mudanças causadas pela força aplicada, a manifestação final é a mudança no comprimento (deformação) da FBG. Na fórmula λB = 2neffΛ, o passo da grating Λ representa o comprimento da FBG em pequena escala. Portanto, a FBG pode ser usada para medir a deformação.

5. Por que a Embalagem é Importante para a Fibra Bragg Grating (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.

A principal razão para usar embalagens de tubo de aço sem costura para FBGs é que as FBGs são muito frágeis, e as fibras que as transportam também são delicadas. Sem embalagem e proteção adequadas, as FBGs são quase inutilizáveis em aplicações práticas. É necessário proteger as FBGs e fabricar sensores FBG robustos para seu uso em diversos ambientes desafiadores. É precisamente nisso que somos bons.

Figura 9

Figura 10

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