Ang prinsipyo at katangian ng fiber optic grating sensors-INNO

Sa mga nakaraang taon, sa mabilis na pag-unlad ng teknolohiya ng fiber optic, isang malaking bilang ng mga bagong uri ng fibers at fiber optic device ang lumitaw. Kasabay nito, sa paggamit ng iba't ibang bagong pinagmumulan ng liwanag at fiber optic detector, Ang teknolohiya ng fiber optic sensing ay gumawa ng pambihirang pag-unlad sa teknolohikal na pag-unlad at praktikal na mga aplikasyon.

Mga sensor ng fiber optic, bilang isang mahalagang aplikasyon ng optical fibers, ay tumatanggap ng pagtaas ng pansin dahil sa kanilang maliit na sukat, magaan ang timbang, at mataas na sensitivity. Mayroon silang walang kapantay na mga pakinabang sa pagpigil sa magnetic field interference, kaagnasan, waterproofing, at mataas na temperatura at pressure resistance kumpara sa tradisyonal na mga electronic sensor.
Ang teknolohiya ng fiber optic grating sensing ay isang mahalagang sangay ng larangan ng teknolohiya ng fiber optic sensing. Ang prinsipyo ng sensing nito ay ang gitnang wavelength ng fiber optic grating ay nagbabago dahil sa mga pagbabago sa panlabas na pisikal na mga parameter.. Sa pamamagitan ng pagsubaybay sa laki ng center wavelength ng fiber optic grating, tiyak na impormasyon ng mga pisikal na parameter ay nakuha, sa gayon ay nakakamit ang sensing. Fiber optic grating sensor ay isang wavelength modulated fiber optic sensor na, bilang karagdagan sa mga katangian ng ordinaryong fiber optic sensor, ay may mas mataas na katumpakan ng pagsukat, mas mahusay na resolusyon, at mas angkop para sa distributed measurement.

Prinsipyo at Katangian ng Paglalapat ng Mga Fiber Bragg Grating Sensor

Dahil sa light induced effect, ang isang grating effect ay maaaring mabuo sa germanium doped fibers, na nagreresulta sa matagumpay na produksyon ng unang fiber grating sa mundo. Simula noon, ang mga pangunahing prinsipyo, mga pamamaraan ng paggawa, at mga praktikal na aplikasyon ng fiber Bragg gratings ay malawakang pinag-aralan ng malaking bilang ng mga mananaliksik.
Ang pangunahing materyal ng optical fibers ay kuwarts, na binubuo ng isang core layer at isang cladding layer, at ang panlabas na layer ay protektado ng isang patong na patong. Sa pamamagitan ng doping ng core layer, ang refractive index (n1) ng core layer ay mas malaki kaysa sa cladding layer (n2), bumubuo ng optical waveguide kung saan ang liwanag ay maaaring magpalaganap sa loob ng core layer. Kapag ang optical fiber ay modulated ng panlabas na mga kadahilanan, ang refractive index ng core layer ay sumasailalim sa panaka-nakang pagbabago, bumubuo ng isang fiber grating. Ang pamamaraan ng phase mask ay kasalukuyang ang pinaka-maginhawa at epektibong paraan para sa paggawa ng fiber Bragg gratings, pagpapasimple ng proseso ng produksyon at pagbabawas ng mga gastos sa produksyon. Mayroong iba't ibang uri ng fiber Bragg gratings, bukod sa kung saan ang karaniwang isa ay fiber Bragg grating (FBG), na isa rin sa pinakamaagang binuo at pinakamalawak na ginagamit na fiber Bragg gratings.

Pangunahing Mga Prinsipyo ng Sensing ng Fiber Bragg Grating

Sa pamamagitan ng pagbuo ng spatial phase grating sa fiber optic core sa isang tiyak na paraan, kapag ang ilaw ay dumaan sa fiber optic grating, Ang mode coupling ay nangyayari sa pagitan ng forward at backward transmission ng fiber optic core mode, nagiging sanhi ng pasulong na paghahatid ng fiber optic core mode upang ilipat sa paatras na paghahatid ng fiber optic core mode. Iyon ay, ang liwanag ng insidente na may wavelength na makikita sa gitna ng fiber optic grating (l B) ay masasalamin, at ang center reflection wavelength ng Ang fiber optic grating ay apektado ng strain at temperatura. Sa pamamagitan ng pagsubaybay sa magnitude ng center reflection wavelength ng fiber optic grating, maaaring makamit ang kaukulang strain at temperature sensing. Iba pang mga pisikal na parameter tulad ng presyon, displacement, atbp. maaaring ma-convert sa mga kadahilanan tulad ng temperatura o presyon na direktang nakakaapekto sa fiber optic grating
Sa paggawa nito, fiber Bragg gratings ay maaaring gamitin upang makamit ang sensing ng iba't ibang mga pisikal na parameter.

Mga katangian ng aplikasyon ng fiber optic gratings

Batay sa mga katangian ng materyal at istruktura ng fiber Bragg gratings, pati na rin ang kanilang mga prinsipyo sa pagdama, marami silang makabuluhang pakinabang.

(1) Maliit na sukat, magaan ang timbang, simpleng istraktura, at pabagu-bagong anyo.

Karaniwan, fiber Bragg gratings ay lamang 3-5 cm ang haba at may magaan na hibla. Ang fiber Bragg grating sensing head ay maliit, nababaluktot, at portable na aparato na maaaring i-package ayon sa aktwal na paggamit ng fiber Bragg grating sensors upang matugunan ang iba't ibang pangangailangan ng sensing.

(2) Magandang katatagan ng kemikal.

Ang pangunahing sangkap na materyal ng fiber optic grating ay silikon dioxide, na may mahusay na katatagan ng kemikal. Samakatuwid, Ang mga fiber optic grating sensor ay may malakas na resistensya sa kaagnasan at angkop para sa malupit na kapaligiran na may kemikal na kaagnasan, pati na rin ang iba't ibang biyolohikal na kapaligiran.

(3) Magandang pisikal na katatagan.

Ang pangunahing sangkap na materyal ng fiber optic gratings ay silikon dioxide, kaya ang fiber optic grating ay electrically insulating, hindi tinatablan ng tubig, at lumalaban sa mataas na temperatura at mataas na presyon.

(4) Hindi apektado ng electromagnetic interference.

Dahil sa gumaganang prinsipyo ng fiber optic gratings, mayroon silang katangian ng pagiging immune sa electromagnetic interference at partikular na angkop para sa malupit na kapaligiran na may mataas na intensity ng radiation, tulad ng medikal na pagtuklas sa mga espesyal na kapaligiran tulad ng nuclear magnetic testing.

(5) Mataas na sensitivity ng sensing.

Nakakamit ng Fiber Bragg Grating ang sensing sa pamamagitan ng pagsubaybay sa mga pagbabago sa nasasalamin na wavelength ng center, na nagreresulta sa mataas na sensitivity ng pagsukat. Dahil sa napakaliit na pagbabago sa maraming mga medikal na pagtuklas, hindi masusukat ng ilang ordinaryong sensor ang mga pagbabago. Samakatuwid, ang katangiang ito ng fiber Bragg grating ay nagsisiguro sa pagiging angkop nito sa larangan ng medical device sensing.

(6) Mataas na katumpakan ng pagsukat.

Batay sa prinsipyo ng sensing ng fiber optic grating, hindi ito apektado ng iba pang mga salik tulad ng mga pinagmumulan ng liwanag, at ang katumpakan ng pagsukat nito ay mataas. Gayunpaman, Ang mga medikal na sensor ay may mataas na mga kinakailangan para sa katumpakan ng pagsukat, na ginagawang mas mahusay ang katangian ng fiber optic grating sa mga kinakailangan sa katumpakan ng pagsukat ng mga medikal na sensor.

(7) Ibinahagi ang real-time na pagsukat.

Maaaring gamitin ang maramihang mga diskarte sa multiplexing upang ikonekta ang maraming fiber Bragg grating sa serye, pagbuo ng distributed sensing network para sukatin ang pisikal na dami ng maraming puntos. Ang data ng pagsukat ay ipinadala sa real-time sa detektor sa pamamagitan ng mga optical fiber, sa huli ay nakakamit ang real-time na pagtuklas ng maraming pisikal na dami. Maaaring matugunan ng feature na ito ang mga kinakailangan ng pagsukat ng maraming parameter para sa mga medikal na sensor.

(8) Malawak na hanay ng pagsukat.

Sa pamamagitan ng pagdidisenyo ng istraktura at packaging ng fiber Bragg gratings, iba't ibang mga pisikal na parameter tulad ng strain, temperatura, presyon, bilis ng pag-ikot, halaga ng pH, at masusukat ang halumigmig.