Il principio e le caratteristiche dei sensori a reticolo in fibra ottica-INNO

Negli ultimi anni, con il rapido sviluppo della tecnologia della fibra ottica, sono emersi un gran numero di nuovi tipi di fibre e dispositivi in fibra ottica. Allo stesso tempo, con l’utilizzo di diverse nuove sorgenti luminose e rilevatori a fibra ottica, La tecnologia di rilevamento in fibra ottica ha compiuto progressi rivoluzionari nello sviluppo tecnologico e nelle applicazioni pratiche.

Sensori in fibra ottica, come un'importante applicazione delle fibre ottiche, stanno ricevendo sempre più attenzione a causa delle loro piccole dimensioni, peso leggero, e alta sensibilità. Presentano vantaggi ineguagliabili nel prevenire le interferenze del campo magnetico, corrosione, impermeabilizzazione, e resistenza alle alte temperature e alla pressione rispetto ai tradizionali sensori elettronici.
La tecnologia di rilevamento a reticolo in fibra ottica è un ramo importante del campo della tecnologia di rilevamento in fibra ottica. Its sensing principle is that the center wavelength of the fiber optic grating shifts due to changes in external physical parameters. By monitoring the size of the center wavelength of the fiber optic grating, specific information of the physical parameters is obtained, thereby achieving sensing. Fiber optic grating sensor is a wavelength modulated fiber optic sensor that, in addition to the characteristics of ordinary fiber optic sensors, has higher measurement accuracy, better resolution, and is more suitable for distributed measurement.

Principle and Application Characteristics of Sensori a reticolo di Bragg in fibra

Due to the light induced effect, a grating effect can be generated in germanium doped fibers, resulting in the successful production of the world’s first fiber grating. Since then, the basic principles, fabrication methods, and practical applications of fiber Bragg gratings have been extensively studied by a large number of researchers.
The main material of optical fibers is quartz, which is composed of a core layer and a cladding layer, and the outer layer is protected by a coating layer. By doping the core layer, the refractive index (n1) of the core layer is greater than that of the cladding layer (n2), forming an optical waveguide where light can propagate within the core layer. When the optical fiber is modulated by external factors, the refractive index of the core layer undergoes periodic changes, forming a fiber grating. The phase mask method is currently the most convenient and effective method for producing fiber Bragg gratings, simplifying the production process and reducing production costs. There are various types of fiber Bragg gratings, among which the typical one is fiber Bragg grating (FBG), which is also one of the earliest developed and most widely used fiber Bragg gratings.

Basic Sensing Principles of Fiber Bragg Grating

By forming a spatial phase grating on the fiber optic core in a certain way, when light passes through the fiber optic grating, mode coupling occurs between the forward and backward transmission of the fiber optic core modes, causing the forward transmission of the fiber optic core mode to transfer to the backward transmission of the fiber optic core mode. Questo è, the incident light with a wavelength reflected at the center of the fiber optic grating (λ B) is reflected, and the center reflection wavelength of the il reticolo in fibra ottica è influenzato dalla tensione e dalla temperatura. Monitorando l'ampiezza della lunghezza d'onda di riflessione centrale del reticolo in fibra ottica, è possibile ottenere il rilevamento della deformazione e della temperatura corrispondente. Altri parametri fisici come la pressione, spostamento, ecc. può essere convertito in fattori come la temperatura o la pressione che influenzano direttamente il reticolo in fibra ottica
In questo modo, I reticoli in fibra di Bragg possono essere utilizzati per ottenere il rilevamento di vari parametri fisici.

Caratteristiche applicative dei reticoli in fibra ottica

Basato sulle caratteristiche materiali e strutturali dei reticoli in fibra di Bragg, così come i loro principi di rilevamento, hanno molti vantaggi significativi.

(1) Piccola dimensione, peso leggero, struttura semplice, e aspetto variabile.

Generalmente, I reticoli in fibra di Bragg sono solo 3-5 cm di lunghezza e hanno una fibra leggera. La testa di rilevamento a reticolo di Bragg in fibra è piccola, flessibile, and portable device that can be packaged according to the actual use of fiber Bragg grating sensors to meet different sensing needs.

(2) Good chemical stability.

The main component material of fiber optic grating is silicon dioxide, which has good chemical stability. Perciò, fiber optic grating sensors have strong corrosion resistance and are suitable for harsh environments with chemical corrosion, as well as various biological environments.

(3) Good physical stability.

The main component material of fiber optic gratings is silicon dioxide, so fiber optic gratings are electrically insulating, impermeabile, and resistant to high temperature and high pressure.

(4) Non influenzato da interferenze elettromagnetiche.

Due to the working principle of fiber optic gratings, they have the characteristic of being immune to electromagnetic interference and are particularly suitable for harsh environments with high radiation intensity, such as medical detection in special environments such as nuclear magnetic testing.

(5) High sensing sensitivity.

Fiber Bragg Grating achieves sensing by monitoring changes in the reflected wavelength of the center, con conseguente elevata sensibilità di misurazione. Due to the extremely small changes in many medical detections, some ordinary sensors cannot measure the changes. Perciò, this characteristic of fiber Bragg grating ensures its applicability in the field of medical device sensing.

(6) Elevata precisione di misurazione.

Based on the sensing principle of fiber optic grating, it is not affected by other factors such as light sources, and its measurement accuracy is high. Tuttavia, medical sensors have high requirements for measurement accuracy, ciò fa sì che le caratteristiche del reticolo in fibra ottica soddisfino meglio i requisiti di precisione di misurazione dei sensori medici.

(7) Misura distribuita in tempo reale.

È possibile utilizzare più tecniche di multiplexing per collegare più reticoli di Bragg in fibra in serie, formando una rete di rilevamento distribuita per misurare le quantità fisiche di più punti. I dati di misurazione vengono trasmessi in tempo reale al rilevatore tramite fibre ottiche, ottenendo infine il rilevamento in tempo reale di più quantità fisiche. Questa funzionalità può soddisfare i requisiti della misurazione multiparametrica per i sensori medici.

(8) Ampio intervallo di misurazione.

Progettando la struttura e il confezionamento dei reticoli in fibra di Bragg, vari parametri fisici come la deformazione, temperatura, pressione, velocità di rotazione, Valore del pH, e l'umidità può essere misurata.