Das Prinzip und die Eigenschaften faseroptischer Gittersensoren-INNO

In den letzten Jahren, mit der rasanten Entwicklung der Glasfasertechnologie, Es ist eine große Anzahl neuer Arten von Fasern und Glasfasergeräten entstanden. Gleichzeitig, unter Verwendung verschiedener neuer Lichtquellen und faseroptischer Detektoren, Die faseroptische Sensortechnologie hat bahnbrechende Fortschritte in der technologischen Entwicklung und in der praktischen Anwendung erzielt.

Faseroptische Sensoren, als wichtige Anwendung von optischen Fasern, Aufgrund ihrer geringen Größe finden sie zunehmend Beachtung, geringes Gewicht, und hohe Empfindlichkeit. Sie haben beispiellose Vorteile bei der Verhinderung von Magnetfeldinterferenzen, Korrosion, Abdichtung, und hohe Temperatur- und Druckbeständigkeit im Vergleich zu herkömmlichen elektronischen Sensoren.
Die faseroptische Gittersensorik ist ein wichtiger Zweig im Bereich der faseroptischen Sensorik. Sein Sensorprinzip besteht darin, dass sich die Mittenwellenlänge des Glasfasergitters aufgrund von Änderungen externer physikalischer Parameter verschiebt. Durch Überwachung der Größe der Mittenwellenlänge des Glasfasergitters, Es werden spezifische Informationen über die physikalischen Parameter gewonnen, dadurch erreichen sensor. Der faseroptische Gittersensor ist ein wellenlängenmodulierter faseroptischer Sensor, zusätzlich zu den Eigenschaften gewöhnlicher faseroptischer Sensoren, hat eine höhere Messgenauigkeit, bessere Auflösung, und eignet sich besser für verteilte Messungen.

Prinzip und Anwendungseigenschaften von Faser-Bragg-Gitter-Sensoren

Aufgrund des lichtinduzierten Effekts, In mit Germanium dotierten Fasern kann ein Gittereffekt erzeugt werden, Dies führte zur erfolgreichen Produktion des weltweit ersten Fasergitters. Seitdem, die Grundprinzipien, Herstellungsmethoden, und praktische Anwendungen von Faser-Bragg-Gittern wurden von einer großen Anzahl von Forschern eingehend untersucht.
Das Hauptmaterial optischer Fasern ist Quarz, welches aus einer Kernschicht und einer Mantelschicht besteht, und die äußere Schicht ist durch eine Beschichtungsschicht geschützt. Durch Dotierung der Kernschicht, der Brechungsindex (n1) der Kernschicht ist größer als die der Mantelschicht (n2), Es bildet sich ein optischer Wellenleiter, über den sich Licht innerhalb der Kernschicht ausbreiten kann. Wenn die optische Faser durch äußere Faktoren moduliert wird, Der Brechungsindex der Kernschicht unterliegt periodischen Änderungen, ein Fasergitter bilden. Die Phasenmaskenmethode ist derzeit die bequemste und effektivste Methode zur Herstellung von Faser-Bragg-Gittern, Vereinfachung des Produktionsprozesses und Reduzierung der Produktionskosten. Es gibt verschiedene Arten von Faser-Bragg-Gittern, Das typische davon ist das Faser-Bragg-Gitter (FBG), Dies ist auch eines der am frühesten entwickelten und am weitesten verbreiteten Faser-Bragg-Gitter.

Grundlegende Sensorprinzipien des Faser-Bragg-Gitters

Durch die Bildung eines räumlichen Phasengitters auf dem Glasfaserkern auf bestimmte Weise, wenn Licht durch das Glasfasergitter fällt, Es kommt zu einer Modenkopplung zwischen der Vorwärts- und Rückwärtsübertragung der Moden des Glasfaserkerns, wodurch die Vorwärtsübertragung des Glasfaser-Kernmodus auf die Rückwärtsübertragung des Glasfaser-Kernmodus umgeschaltet wird. Das heißt, das einfallende Licht mit einer Wellenlänge, die in der Mitte des Glasfasergitters reflektiert wird (l B) wird reflektiert, und die mittlere Reflexionswellenlänge des Glasfasergitter werden durch Spannung und Temperatur beeinflusst. Durch Überwachung der Größe der zentralen Reflexionswellenlänge des Glasfasergitters, eine entsprechende Dehnungs- und Temperaturerfassung kann erreicht werden. Andere physikalische Parameter wie Druck, Verschiebung, usw. kann in Faktoren wie Temperatur oder Druck umgerechnet werden, die sich direkt auf das Glasfasergitter auswirken
Dadurch, Faser-Bragg-Gitter können zur Erfassung verschiedener physikalischer Parameter verwendet werden.

Anwendungseigenschaften von Glasfasergittern

Basierend auf den Material- und Struktureigenschaften von Faser-Bragg-Gittern, sowie deren Wahrnehmungsprinzipien, Sie haben viele wesentliche Vorteile.

(1) Kleine Größe, geringes Gewicht, einfache Struktur, und variablem Erscheinungsbild.

Normalerweise, Faser-Bragg-Gitter sind nur 3-5 cm lang und haben eine leichte Faser. Der Faser-Bragg-Gitter-Sensorkopf ist klein, flexibel, und tragbares Gerät, das entsprechend der tatsächlichen Verwendung von Faser-Bragg-Gitter-Sensoren verpackt werden kann, um unterschiedliche Sensoranforderungen zu erfüllen.

(2) Gute chemische Stabilität.

Der Hauptbestandteil von Glasfasergittern ist Siliziumdioxid, das eine gute chemische Stabilität aufweist. daher, Faseroptische Gittersensoren weisen eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf und eignen sich für raue Umgebungen mit chemischer Korrosion, sowie verschiedene biologische Umgebungen.

(3) Gute körperliche Stabilität.

Der Hauptbestandteil von Glasfasergittern ist Siliziumdioxid, Daher sind Glasfasergitter elektrisch isolierend, wasserdicht, und beständig gegen hohe Temperaturen und hohen Druck.

(4) Keine Beeinträchtigung durch elektromagnetische Störungen.

Aufgrund des Funktionsprinzips von Glasfasergittern, Sie haben die Eigenschaft, immun gegen elektromagnetische Störungen zu sein und eignen sich besonders für raue Umgebungen mit hoher Strahlungsintensität, wie zum Beispiel medizinische Erkennung in speziellen Umgebungen wie Kernmagnettests.

(5) Hohe Tastempfindlichkeit.

Das Faser-Bragg-Gitter erreicht die Erfassung durch die Überwachung von Änderungen in der reflektierten Wellenlänge des Zentrums, was zu einer hohen Messempfindlichkeit führt. Aufgrund der äußerst geringen Änderungen bei vielen medizinischen Nachweisen, Einige gewöhnliche Sensoren können die Änderungen nicht messen. daher, Diese Eigenschaft des Faser-Bragg-Gitters gewährleistet seine Anwendbarkeit im Bereich der Sensorik für medizinische Geräte.

(6) Hohe Messgenauigkeit.

Basierend auf dem Sensorprinzip des faseroptischen Gitters, Es wird nicht durch andere Faktoren wie Lichtquellen beeinflusst, und seine Messgenauigkeit ist hoch. Jedoch, Medizinische Sensoren stellen hohe Anforderungen an die Messgenauigkeit, Dadurch erfüllen die Eigenschaften von Glasfasergittern die Anforderungen an die Messgenauigkeit medizinischer Sensoren besser.

(7) Verteilte Echtzeitmessung.

Mehrere Multiplextechniken können verwendet werden, um mehrere Faser-Bragg-Gitter in Reihe zu schalten, Bildung eines verteilten Sensornetzwerks zur Messung der physikalischen Größen mehrerer Punkte. Die Messdaten werden in Echtzeit über Lichtwellenleiter an den Detektor übertragen, Letztendlich wird eine Echtzeiterkennung mehrerer physikalischer Größen erreicht. Diese Funktion kann die Anforderungen der Multiparametermessung für medizinische Sensoren erfüllen.

(8) Großer Messbereich.

Durch die Gestaltung der Struktur und Verpackung von Faser-Bragg-Gittern, verschiedene physikalische Parameter wie Dehnung, Temperatur, Druck, Drehzahl, pH-Wert, und Luftfeuchtigkeit können gemessen werden.