Энциклопедия технологии волоконных брэгговских решеток - FBG FAQ - FBG Датчик FAQ - FBG Демодулятор FAQ - Анализ общих проблем применения FBG
Внутренние недостатки волоконных брэгговских решеток, проблемы упаковки датчиков на основе волоконных брэгговских решеток и принципы температурной компенсации для датчиков на основе волоконных брэгговских решеток
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) и proposes temperature compensation solutions for fiber Bragg grating stress sensors и fiber Bragg grating strain sensors developed by DCYS. The article also mentions fiber Bragg grating strings/arrays (FBGs) и serial fiber Bragg grating sensors with FBGs (serial FBG sensors ).
В предыдущей статье, 'Основные принципы волоконных брэгговских решеток и датчиков на основе волоконных брэгговских решеток - Часть 2: Принципы измерения FBG,' мы узнали, что волоконные брэгговские решетки (ВБР) могут напрямую измерять основные физические величины, такие как напряжение, деформация и температура. Это прямое измерение возможно благодаря тому, что период решетки (шаг решетки) ВБР напрямую связан с тремя основными физическими параметрами: силой (растягивающей или сжимающей), длиной (удлинение или сокращение) и температурой (нагрев или охлаждение). Среди этих изменений, изменения силы и температуры считаются причинами, тогда как изменения длины считаются результатами (как показано на Рисунке 1).
 |
|
Рисунок 1 |
Вышеупомянутые выводы формируют теоретическую основу для измерения с помощью волоконных брэгговских решеток (ВБР) и датчиков на основе волоконных брэгговских решеток (датчиков ВБР). Однако они также представляют новую проблему или техническую трудность, которая заключается в неотъемлемом недостатке волоконных брэгговских решеток.
1. Недостатки волоконных брэгговских решеток (ВБР) и проблемы упаковки датчиков на основе волоконных брэгговских решеток (датчиков ВБР)
The problem we face is that when using a fiber Bragg grating (FBG) и a fiber Bragg grating sensor (FBG sensor) for sensing и 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.
Если эта проблема не будет решена, невозможно будет определить тип используемого датчика на основе волоконной брэгговской решетки (температурный датчик на ВБР, датчик напряжения на ВБР или датчик деформации на ВБР). Более того, трудно обеспечить точность измерений, полученных от датчиков на основе волоконных брэгговских решеток.
2. Начните с точного датчика температуры на основе волоконной брэгговской решетки
In this remarkable era, DCYS has been fortunate to stand on the shoulders of giants in multiple industries и 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 и stress/strain in fiber Bragg gratings (FBGs) и 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 и 3 for the packaging structure of the fiber Bragg grating sensor).
 |
|
Рисунок 2 |
 |
|
Рисунок 3 |
Рисунок 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 Другое 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. Принципы температурной компенсации для датчиков напряжения и деформации на основе волоконных брэгговских решеток
Рисунок 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.
 |
|
Рисунок 4 |
4. Концепция цепочек/массивов волоконных брэгговских решеток (ВБР) и последовательных датчиков на основе волоконных брэгговских решеток (датчиков ВБР с ВБР)
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).
Для конкретного примера обратитесь к Рисунку 5, который иллюстрирует волокно с девятью ВБР различных длин волн. Эта установка позволяет проводить одновременные измерения в девяти различных точках.
 |
|
Рисунок 5 |
 |
|
Рисунок 6 На Рисунке 6 показано распределение длин волн восьмиканального массива волоконных брэгговских решеток (ВБР) на оптическом анализаторе спектра. |
5. Температурная компенсация для датчиков на основе волоконных брэгговских решеток
Returning to the example in Рисунок 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).
В данной конфигурации датчика, Датчик 1 становится точно откалиброванным датчиком напряжения на основе волоконной брэгговской решетки и датчиком деформации на основе волоконной брэгговской решетки (этот процесс расчета известен как температурная компенсация для датчиков на основе волоконных брэгговских решеток).
The OFSCN® Capillary Seamless Steel Tube Fiber Bragg Grating Temperature Sensor can also be used for temperature compensation in Другое 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 След. article. Stay tuned!
Our philosophy is: 'OFSCN®, make optical fiber stronger!'
DCYS is a professional manufacturer of high accuracy fiber bragg grating temperature sensor, providing high accuracy FBG temperature sensor temperature measurement accuracy principle, temperature compensation principle, temperature measurement inaccuracy solutions and Другое information; high accuracy FBG temperature sensor brand 'OFSCN'.