หลักการและคุณลักษณะของเซ็นเซอร์ตะแกรงไฟเบอร์ออปติก

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา, ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีใยแก้วนำแสง, มีเส้นใยและอุปกรณ์ใยแก้วนำแสงชนิดใหม่เกิดขึ้นจำนวนมาก. ในเวลาเดียวกัน, ด้วยการใช้แหล่งกำเนิดแสงแบบใหม่และเครื่องตรวจจับใยแก้วนำแสง, เทคโนโลยีการตรวจจับใยแก้วนำแสงทำให้เกิดความก้าวหน้าในการพัฒนาเทคโนโลยีและการใช้งานจริง.

เซนเซอร์ไฟเบอร์ออปติก, เป็นการประยุกต์ใช้เส้นใยแก้วนำแสงที่สำคัญ, กำลังได้รับความสนใจเพิ่มขึ้นเนื่องจากขนาดที่เล็ก, น้ำหนักเบา, และมีความไวสูง. พวกเขามีข้อได้เปรียบที่เหนือชั้นในการป้องกันการรบกวนของสนามแม่เหล็ก, การกัดกร่อน, ป้องกันการรั่วซึม, และทนต่ออุณหภูมิและความดันสูงเมื่อเปรียบเทียบกับเซ็นเซอร์อิเล็กทรอนิกส์แบบเดิม.
เทคโนโลยีการตรวจจับตะแกรงไฟเบอร์ออปติกเป็นสาขาสำคัญของเทคโนโลยีการตรวจจับไฟเบอร์ออปติก. หลักการตรวจจับของมันคือความยาวคลื่นกึ่งกลางของตะแกรงไฟเบอร์ออปติกจะเปลี่ยนไปเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของพารามิเตอร์ทางกายภาพภายนอก. โดยการตรวจสอบขนาดความยาวคลื่นศูนย์กลางของตะแกรงไฟเบอร์ออปติก, ได้รับข้อมูลเฉพาะของพารามิเตอร์ทางกายภาพ, จึงบรรลุการรับรู้. เซ็นเซอร์ตะแกรงไฟเบอร์ออปติกเป็นเซ็นเซอร์ไฟเบอร์ออปติกแบบมอดูเลตความยาวคลื่น, นอกเหนือจากคุณลักษณะของเซนเซอร์ไฟเบอร์ออปติกทั่วไปแล้ว, มีความแม่นยำในการวัดสูงกว่า, ความละเอียดที่ดีขึ้น, และเหมาะกับการวัดแบบกระจายมากกว่า.

หลักการและลักษณะการใช้งานของ เซ็นเซอร์ตะแกรงไฟเบอร์แบรกก์

เนื่องจากผลกระทบจากแสง, สามารถสร้างเอฟเฟกต์ตะแกรงได้ในเส้นใยที่เจือด้วยเจอร์เมเนียม, ส่งผลให้การผลิตไฟเบอร์เกรตติ้งรายแรกของโลกประสบความสำเร็จ. ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา, หลักการพื้นฐาน, วิธีการประดิษฐ์, และการประยุกต์ใช้ตะแกรงไฟเบอร์ Bragg ในทางปฏิบัติได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางโดยนักวิจัยจำนวนมาก.
วัสดุหลักของเส้นใยนำแสงคือควอตซ์, ซึ่งประกอบด้วยชั้นแกนกลางและชั้นหุ้ม, และชั้นนอกได้รับการปกป้องด้วยชั้นเคลือบ. โดยการเติมสารชั้นแกนกลาง, ดัชนีการหักเหของแสง (n1) ของชั้นแกนกลางจะมากกว่าชั้นหุ้ม (n2), สร้างท่อนำคลื่นแสงซึ่งแสงสามารถแพร่กระจายภายในชั้นแกนกลางได้. เมื่อใยแก้วนำแสงถูกมอดูเลตโดยปัจจัยภายนอก, ดัชนีการหักเหของชั้นแกนกลางจะมีการเปลี่ยนแปลงเป็นระยะ, กลายเป็นตะแกรงไฟเบอร์. ปัจจุบันวิธีการมาสก์เฟสเป็นวิธีที่สะดวกและมีประสิทธิภาพที่สุดในการผลิตตะแกรงไฟเบอร์ Bragg, ลดความซับซ้อนของกระบวนการผลิตและลดต้นทุนการผลิต. ตะแกรงไฟเบอร์ Bragg มีหลายประเภท, โดยประเภททั่วไปคือตะแกรงไฟเบอร์แบรกก์ (เอฟบีจี), ซึ่งเป็นหนึ่งในตะแกรงไฟเบอร์ Bragg ที่ได้รับการพัฒนาและใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดแห่งหนึ่ง.

หลักการตรวจจับพื้นฐานของตะแกรงไฟเบอร์แบรกก์

โดยการสร้างตะแกรงเฟสเชิงพื้นที่บนแกนไฟเบอร์ออปติกในลักษณะใดลักษณะหนึ่ง, เมื่อแสงผ่านตะแกรงไฟเบอร์ออปติก, การมีเพศสัมพันธ์โหมดเกิดขึ้นระหว่างการส่งไปข้างหน้าและข้างหลังของโหมดแกนใยแก้วนำแสง, ทำให้เกิดการส่งสัญญาณไปข้างหน้าของโหมดแกนใยแก้วนำแสงเพื่อถ่ายโอนไปยังการส่งสัญญาณย้อนกลับของโหมดแกนใยแก้วนำแสง. นั่นก็คือ, แสงตกกระทบที่มีความยาวคลื่นสะท้อนที่ศูนย์กลางของตะแกรงไฟเบอร์ออปติก (แอล บี) สะท้อนให้เห็น, และความยาวคลื่นสะท้อนศูนย์กลางของ ตะแกรงไฟเบอร์ออปติกได้รับผลกระทบจากความเครียดและอุณหภูมิ. โดยการตรวจสอบขนาดของความยาวคลื่นสะท้อนตรงกลางของตะแกรงไฟเบอร์ออปติก, สามารถตรวจจับความเครียดและอุณหภูมิที่สอดคล้องกันได้. พารามิเตอร์ทางกายภาพอื่นๆ เช่น ความดัน, การกระจัด, ฯลฯ. สามารถแปลงเป็นปัจจัยต่างๆ เช่น อุณหภูมิหรือความดันที่ส่งผลโดยตรงต่อตะแกรงไฟเบอร์ออปติก
โดยทำเช่นนั้น, ตะแกรงไฟเบอร์ Bragg สามารถใช้ในการตรวจจับพารามิเตอร์ทางกายภาพต่างๆ.

ลักษณะการใช้งานของตะแกรงไฟเบอร์ออปติก

ขึ้นอยู่กับวัสดุและลักษณะโครงสร้างของตะแกรงไฟเบอร์ Bragg, เช่นเดียวกับหลักการรับรู้ของพวกเขา, พวกเขามีข้อได้เปรียบที่สำคัญมากมาย.

(1) ขนาดเล็ก, น้ำหนักเบา, โครงสร้างที่เรียบง่าย, และรูปลักษณ์ที่แปรผัน.

โดยปกติ, ตะแกรงไฟเบอร์ Bragg เท่านั้น 3-5 ยาวประมาณ ซม. และมีเส้นใยที่มีน้ำหนักเบา. หัวเซนเซอร์ตะแกรงไฟเบอร์ Bragg มีขนาดเล็ก, ยืดหยุ่นได้, และอุปกรณ์พกพาที่สามารถบรรจุตามการใช้งานจริงของเซ็นเซอร์ตะแกรงไฟเบอร์ Bragg เพื่อตอบสนองความต้องการการตรวจจับที่แตกต่างกัน.

(2) มีเสถียรภาพทางเคมีที่ดี.

วัสดุส่วนประกอบหลักของตะแกรงไฟเบอร์ออปติกคือซิลิคอนไดออกไซด์, ซึ่งมีความเสถียรทางเคมีที่ดี. ดังนั้น, เซ็นเซอร์ตะแกรงไฟเบอร์ออปติกมีความทนทานต่อการกัดกร่อนสูงและเหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงซึ่งมีการกัดกร่อนจากสารเคมี, ตลอดจนสภาพแวดล้อมทางชีวภาพต่างๆ.

(3) ความมั่นคงทางกายภาพที่ดี.

วัสดุส่วนประกอบหลักของตะแกรงไฟเบอร์ออปติกคือซิลิคอนไดออกไซด์, ดังนั้นตะแกรงไฟเบอร์ออปติกจึงเป็นฉนวนไฟฟ้า, กันน้ำ, และทนต่ออุณหภูมิสูงและแรงดันสูง.

(4) ไม่ได้รับผลกระทบจากการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า.

เนื่องจากหลักการทำงานของตะแกรงไฟเบอร์ออปติก, มีลักษณะเป็นภูมิคุ้มกันต่อการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า และเหมาะอย่างยิ่งสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงที่มีความเข้มของรังสีสูง, เช่นการตรวจจับทางการแพทย์ในสภาพแวดล้อมพิเศษ เช่น การทดสอบแม่เหล็กนิวเคลียร์.

(5) ความไวในการตรวจจับสูง.

Fiber Bragg Grating บรรลุการตรวจจับโดยการตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงความยาวคลื่นที่สะท้อนของจุดศูนย์กลาง, ส่งผลให้มีความไวในการวัดสูง. เนื่องจากมีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยมากในการตรวจจับทางการแพทย์จำนวนมาก, เซ็นเซอร์ธรรมดาบางตัวไม่สามารถวัดการเปลี่ยนแปลงได้. ดังนั้น, คุณลักษณะของตะแกรงไฟเบอร์ Bragg นี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าสามารถนำไปใช้ในด้านการตรวจจับอุปกรณ์ทางการแพทย์ได้.

(6) ความแม่นยำในการวัดสูง.

ขึ้นอยู่กับหลักการตรวจจับของตะแกรงไฟเบอร์ออปติก, ไม่ได้รับผลกระทบจากปัจจัยอื่นๆ เช่น แหล่งกำเนิดแสง, และมีความแม่นยำในการวัดสูง. อย่างไรก็ตาม, เซ็นเซอร์ทางการแพทย์มีข้อกำหนดสูงสำหรับความแม่นยำในการวัด, ซึ่งทำให้ลักษณะของตะแกรงไฟเบอร์ออปติกตอบสนองความต้องการความแม่นยำในการวัดของเซ็นเซอร์ทางการแพทย์ได้ดีขึ้น.

(7) การวัดแบบเรียลไทม์แบบกระจาย.

เทคนิคมัลติเพล็กซิ่งสามารถใช้เพื่อเชื่อมต่อตะแกรงไฟเบอร์ Bragg หลายตัวเป็นอนุกรม, สร้างเครือข่ายการตรวจจับแบบกระจายเพื่อวัดปริมาณทางกายภาพของจุดต่างๆ. ข้อมูลการวัดจะถูกส่งแบบเรียลไทม์ไปยังเครื่องตรวจจับผ่านใยแก้วนำแสง, ในที่สุดก็สามารถบรรลุการตรวจจับปริมาณทางกายภาพหลายปริมาณแบบเรียลไทม์. คุณลักษณะนี้สามารถตอบสนองข้อกำหนดของการวัดหลายพารามิเตอร์สำหรับเซ็นเซอร์ทางการแพทย์.

(8) ช่วงการวัดกว้าง.

โดยการออกแบบโครงสร้างและบรรจุภัณฑ์ตะแกรงไฟเบอร์แบรกก์, พารามิเตอร์ทางกายภาพต่างๆ เช่น ความเครียด, อุณหภูมิ, ความดัน, ความเร็วในการหมุน, ค่าพีเอช, และสามารถวัดความชื้นได้.

เซ็นเซอร์อุณหภูมิไฟเบอร์ออปติก, ระบบตรวจสอบอัจฉริยะ, จำหน่ายผู้ผลิตใยแก้วนำแสงในประเทศจีน