Энциклопедия технологии волоконно-оптических брэгговских решеток - FBG FAQ - FAQ по датчикам FBG - FAQ по демодуляторам FBG - Анализ общих проблем применения FBG

Эта статья знакомит с принципами технологии распределенного волоконно-оптического зондирования, а также с концепциями комбинационного, рэлеевского и бриллюэновского рассеяния. Также описываются принципы технологии зондирования на основе волоконно-оптических брэгговских решеток и сравниваются различия между этими двумя технологиями. Это закладывает основу для понимания сред использования и выбора между распределенными волоконно-оптическими датчиками и датчиками на волоконно-оптических брэгговских решетках.

Оглавление:

Принципиальные различия между технологией зондирования на основе волоконно-оптических брэгговских решеток и технологией распределенного волоконно-оптического зондирования - Видео

Различия во внешнем виде между датчиками на волоконно-оптических брэгговских решетках и распределенными волоконно-оптическими датчиками

Наши друзья, знакомые с нашей компанией, знают, что Dacheng Yongsheng — компания, специализирующаяся на волоконно-оптических решетках и защите оптоволокна. Наши запатентованные продукты включают датчики на волоконно-оптических брэгговских решетках, распределенные волоконно-оптические датчики и бронированные волоконно-оптические патч-корды, основанные на технологии герметизации бесшовными трубками из нержавеющей стали.

Рисунок 1	Рисунок 2
Рисунок 3

3. Принцип работы датчиков на волоконно-оптических брэгговских решетках - Принцип технологии зондирования на основе волоконно-оптических брэгговских решеток

В области волоконно-оптического зондирования мы производим как датчики на волоконно-оптических брэгговских решетках, так и распределенные волоконно-оптические датчики. Так в чем же заключаются различия между этими двумя технологиями волоконно-оптического зондирования?

Зондирование на основе волоконно-оптических брэгговских решеток — это технология волоконно-оптического зондирования, основанная на информации о длине волны отраженного света. Его чувствительным элементом является волоконно-оптическая решетка. Следовательно, измеряемая физическая величина зависит не только от демодулятора волоконно-оптической решетки, но и от самой волоконно-оптической решетки. Это короткодистанционное точечное измерение (одноточечное или многоточечное), даже для многоточечных датчиков на волоконно-оптических брэгговских решетках, которые называются квазираспределенными или последовательными, это все еще точечное измерение. Обнаружение соответствующей физической величины может быть выполнено только в точке, где изготовлена волоконно-оптическая решетка. Принцип ее зондирования можно увидеть на следующем рисунке:

Рисунок 4

Широкополосный свет, излучаемый демодулятором волоконно-оптической решетки, входит в оптоволокно слева направо. При прохождении через волоконно-оптическую решетку он отражает обратно узкополосный свет определенной длины волны. Длина волны узкополосного света зависит от шага решетки (периода решетки) волоконно-оптической решетки. Математическое выражение: λ=2nΛ, где λ — центральная длина волны волоконно-оптической решетки, n — эффективный показатель преломления сердцевины, а Λ — шаг решетки (период решетки) волоконно-оптической решетки. Таким образом, демодулятор волоконно-оптической решетки может демодулировать соответствующую физическую величину, обнаруживая длину волны отраженного света. Смещение длины волны отраженного света, вызванное измеряемой физической величиной, может быть обнаружено демодулятором волоконно-оптической решетки.

The grating pitch (grating period) of a fiber Bragg grating (FBG) changes with temperature и external forces, expanding и contracting, lengthening и shortening. After being professionally packaged by OFSCN's seamless steel pipe fiber Bragg grating sensor, the reflected wavelength λ of the fiber Bragg grating sensor corresponds to the three physical quantities of temperature, force, и length. This is the basic principle of fiber Bragg grating sensing technology.

4. Принцип работы распределенных волоконно-оптических датчиков - Принцип технологии распределенного волоконно-оптического зондирования

В отличие от зондирования на основе волоконно-оптических брэгговских решеток, обычное распределенное волоконно-оптическое зондирование (DFOS) — это технология волоконно-оптического зондирования, основанная на информации о многократном рассеянии оптоволокна, такой как интенсивность, частота и фаза, при этом чувствительным элементом является оптоволокно. Измеряемая им физическая величина зависит не только от оптоволокна, но и от оборудования модуляции и демодуляции, а также алгоритма, а измеряемая физическая величина в основном является средним значением физической величины в месте любого сегмента волоконно-оптического датчика (например, средняя температура в пределах 1 метра на 10-километровом оптоволокне). Принцип зондирования показан на рисунке ниже:

Рисунок 5

Аналогично, широкополосный свет, излучаемый волоконно-оптическим сенсорным оборудованием, входит в оптоволокно слева направо. Из-за присущих оптоволокну примесей свет будет рассеиваться. Это можно понимать как столкновение световых частиц с некоторыми присущими оптоволокну примесями, в результате чего частицы отскакивают в различных направлениях с более высокой частотой. Эти рассеянные огни в совокупности называются рассеянным светом. В зависимости от различных частотных характеристик рассеянного света, эти рассеянные огни можно классифицировать как рэлеевское рассеяние, комбинационное рассеяние и бриллюэновское рассеяние.

Эти сигналы рассеянного света обычно связаны с положением, температурой, напряжением, деформацией, вибрацией и другими физическими величинами среды волоконно-оптического кабеля. Поэтому были разработаны различные устройства для измерения физических величин среды, в которой расположен DFOS, путем измерения изменений рассеянных сигналов внутри волоконно-оптического кабеля.

Следует отметить, что рассеянный сигнал, показанный в нижнем левом углу принципиальной схемы DFOS на Рисунке 5, представляет собой комбинационное и бриллюэновское рассеяние, частота, интенсивность и падающий свет которых сильно отличаются. Частота рэлеевского рассеяния совпадает с частотой падающего света. Направление трех типов рассеянного света не обязательно противоположное, и то, что нарисовано здесь, предназначено только для иллюстрации. Из-за сложности технологии DFOS, мы не будем вдаваться в подробности здесь.

5. Упаковка распределенных волоконно-оптических датчиков - Упаковка датчиков на волоконно-оптических брэгговских решетках

Whether it is based on fiber grating sensing technology or DFOS technology, they are both sensing technologies based on fiber optic. We all know that fiber optics are very powerful but extremely fragile. Without protection, they are almost unusable. The application environment of fiber optic sensing is even more severe и complex than that of fiber optic communication. Therefore, Beijing Da Cheng Yong Sheng Technology Co., Ltd. has developed a series of products based on seamless stainless steel tube packaging technology, including OFSCN® micro® seamless steel tube series fiber optic grating sensors, DFOS, и armored fiber optic jumpers, which expand the applicable range of fiber optic in harsh environments.

DFOS компании Da Cheng Yong Sheng является универсальным продуктом, который адаптируется к демодуляционному оборудованию различных производителей, включая, помимо прочего, различные системы волоконно-оптического зондирования на основе бриллюэновского рассеяния (BOTDR, BOTDA, BOFDR и т.д.), рэлеевского рассеяния (OTDR, OFDR) и комбинационного рассеяния (FOTDR, FOFDR, ROTDR, ROFDR и т.д.). В принципе, нет необходимости подбирать конкретный набор оборудования.

The following is the difference in principles between distributed fiber sensing technology и fiber grating sensing technology. As we often encounter questions from customers about which type of fiber sensor to choose between OFSCN, we will explain their application environments in detail in the following sections. Please stay tuned.

6. Различия в средах применения между технологией зондирования на основе волоконно-оптических брэгговских решеток и технологией распределенного волоконно-оптического зондирования

Подробную информацию о различиях в средах применения между технологией обнаружения волоконных решеток и технологией распределенного измерения волокон см. в следующих разделах:

Различия в средах применения между датчиками на волоконно-оптических брэгговских решетках и распределенными волоконно-оптическими датчиками - Различия между технологией зондирования FBG и технологией зондирования DOFS - Как выбрать

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