Принцип і характеристики волоконно-оптичних гратчастих датчиків-INNO

В останні роки, зі швидким розвитком волоконно-оптичних технологій, з'явилася велика кількість нових типів волокон і оптоволоконних пристроїв. Одночасно, з використанням різноманітних нових джерел світла та волоконно-оптичних детекторів, волоконно-оптична технологія зондування досягла прориву в технологічному розвитку та практичному застосуванні.

Волоконно-оптичні датчики, як важливе застосування оптичних волокон, привертають все більше уваги через невеликі розміри, легка вага, і висока чутливість. Вони мають незрівнянні переваги у запобіганні перешкод магнітного поля, корозії, гідроізоляція, і висока стійкість до температури та тиску порівняно з традиційними електронними датчиками.
Технологія волоконно-оптичних решіток є важливою галуззю технології волоконно-оптичних датчиків. Його принцип сприйняття полягає в тому, що центральна довжина хвилі волоконно-оптичної решітки зміщується через зміни зовнішніх фізичних параметрів.. Контролюючи розмір центральної довжини хвилі оптоволоконної решітки, отримана конкретна інформація про фізичні параметри, тим самим досягаючи відчуття. Волоконно-оптичний ґратчастий датчик — це волоконно-оптичний датчик із модуляцією довжини хвилі, який, на додаток до характеристик звичайних волоконно-оптичних датчиків, має більш високу точність вимірювань, краща роздільна здатність, і більше підходить для розподілених вимірювань.

Принцип і особливості застосування Волоконно-волоконні датчики Брегга

Завдяки світловому ефекту, у легованих германієм волокнах може бути створений ефект решітки, що призвело до успішного виробництва першої в світі волоконної решітки. З того часу, основні принципи, способи виготовлення, і практичне застосування волоконних бреггівських решіток були широко вивчені великою кількістю дослідників.
Основним матеріалом оптичних волокон є кварц, який складається з основного шару та шару оболонки, а зовнішній шар захищений шаром покриття. Шляхом легування основного шару, показник заломлення (n1) основного шару більше, ніж шару оболонки (n2), формування оптичного хвилеводу, де світло може поширюватися всередині основного шару. Коли оптичне волокно модулюється зовнішніми факторами, показник заломлення основного шару зазнає періодичних змін, утворюючи волокнисту решітку. Метод фазової маски на даний момент є найбільш зручним і ефективним способом виготовлення волоконних бреггівських решіток, спрощення виробничого процесу і зниження собівартості продукції. Існують різні типи волоконних бреггівських решіток, серед яких типовою є волоконна бреггівська решітка (FBG), яка також є однією з найбільш ранніх розроблених і найбільш широко використовуваних волоконних бреггівських решіток.

Основні принципи вимірювання волоконної бреггівської решітки

Формуючи просторову фазову решітку на оптоволоконному сердечнику певним чином, коли світло проходить через волоконно-оптичну решітку, зв'язок мод відбувається між прямим і зворотним передачею мод оптоволоконного ядра, змушуючи пряму передачу в режимі волоконно-оптичного ядра переходити до зворотної передачі в режимі волоконно-оптичного ядра. тобто, падаюче світло з довжиною хвилі, що відбивається в центрі волоконно-оптичної решітки (л Б) відображається, і центральна довжина хвилі відбиття На волоконно-оптичну решітку впливають деформація та температура. Контролюючи величину центральної довжини хвилі відбиття волоконно-оптичної решітки, можна досягти відповідного вимірювання деформації та температури. Інші фізичні параметри, такі як тиск, переміщення, тощо. можна перетворити на такі фактори, як температура або тиск, які безпосередньо впливають на волоконно-оптичну решітку
Роблячи так, волокнисті бреггівські решітки можна використовувати для досягнення вимірювання різних фізичних параметрів.

Особливості застосування волоконно-оптичних решіток

На основі матеріалу та структурних характеристик волоконних бреггівських решіток, а також їхні принципи сприйняття, вони мають багато вагомих переваг.

(1) Невеликий розмір, легка вага, проста структура, і змінний зовнішній вигляд.

Зазвичай, тільки волокнисті решітки Брегга 3-5 см завдовжки і мають легке волокно. Сенсорна головка волоконної решітки Брегга невелика, гнучкий, і портативний пристрій, який може бути упакований відповідно до фактичного використання волоконно-волоконних датчиків решітки Брегга, щоб задовольнити різні потреби зондування.

(2) Хороша хімічна стабільність.

Основним компонентом волоконно-оптичної решітки є діоксид кремнію, який має гарну хімічну стабільність. тому, волоконно-оптичні гратчасті датчики мають сильну стійкість до корозії та підходять для жорстких умов із хімічною корозією, а також різні біологічні середовища.

(3) Хороша фізична стійкість.

Основним складовим матеріалом волоконно-оптичних решіток є діоксид кремнію, тому волоконно-оптичні решітки є електроізоляційними, водонепроникний, і стійкий до високих температур і високого тиску.

(4) Не піддається впливу електромагнітних перешкод.

Завдяки принципу роботи волоконно-оптичних решіток, вони мають властивість бути стійкими до електромагнітних перешкод і особливо підходять для суворих умов з високою інтенсивністю випромінювання, наприклад, медичне виявлення в спеціальних середовищах, таких як ядерно-магнітне тестування.

(5) Висока чутливість сенсора.

Fiber Bragg Grating забезпечує чутливість шляхом відстеження змін у відбитій довжині хвилі в центрі, що забезпечує високу чутливість вимірювань. Завдяки надзвичайно малим змінам у багатьох медичних виявленнях, деякі звичайні датчики не можуть виміряти зміни. тому, ця характеристика волоконної решітки Брегга забезпечує її застосування в області вимірювання медичних пристроїв.

(6) Висока точність вимірювань.

Заснований на принципі чутливості волоконно-оптичної решітки, на нього не впливають інші фактори, наприклад джерела світла, і його точність вимірювання висока. Проте, До медичних датчиків пред'являються високі вимоги до точності вимірювань, завдяки чому характеристика волоконно-оптичної решітки краще відповідає вимогам точності вимірювання медичних датчиків.

(7) Розподілені вимірювання в реальному часі.

Для послідовного з’єднання декількох волоконно-волоконних решіток Брегга можна використовувати методи мультиплексування, формування розподіленої мережі вимірювання для вимірювання фізичних величин кількох точок. Дані вимірювань передаються в режимі реального часу на детектор через оптоволокно, зрештою досягнення виявлення в реальному часі кількох фізичних величин. Ця функція відповідає вимогам багатопараметричного вимірювання для медичних датчиків.

(8) Широкий діапазон вимірювання.

Розробляючи структуру та упаковку волоконних бреггівських решіток, різні фізичні параметри, такі як деформація, температура, тиск, швидкість обертання, значення pH, і вологість можна виміряти.