Das Prinzip und die Eigenschaften von faseroptischen Gittersensoren

Faseroptischer Temperatursensor, Intelligentes Überwachungssystem, Verteilter Glasfaserhersteller in China

In den letzten Jahren, mit der rasanten Entwicklung der Glasfasertechnologie, Eine Vielzahl neuartiger Fasern und faseroptischer Bauelemente ist 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, erhalten aufgrund ihrer geringen Größe zunehmend Aufmerksamkeit, geringes Gewicht, und hohe Empfindlichkeit. Sie haben beispiellose Vorteile bei der Vermeidung von Magnetfeldstörungen, Korrosion, Imprägnierung, und hohe Temperatur- und Druckbeständigkeit im Vergleich zu herkömmlichen elektronischen Sensoren.
Die faseroptische Gittersensorik ist ein wichtiger Zweig auf dem Gebiet der faseroptischen Sensorik. Sein Sensorprinzip besteht darin, dass sich die Mittenwellenlänge des faseroptischen Gitters aufgrund von Änderungen der externen physikalischen Parameter verschiebt. Durch Überwachung der Größe der Mittenwellenlänge des faseroptischen Gitters, Es werden spezifische Informationen über die physikalischen Parameter erhalten, Dadurch wird eine Abtastung. Der faseroptische Gittersensor ist ein wellenlängenmodulierter faseroptischer Sensor, der, Zusätzlich zu den Eigenschaften gewöhnlicher faseroptischer Sensoren, hat eine höhere Messgenauigkeit, Bessere Auflösung, und eignet sich besser für verteilte Messungen.

Prinzip und Anwendungsmerkmale von Faser-Bragg-Gitter-Sensoren

Aufgrund des lichtinduzierten Effekts, In 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 ausgiebig untersucht.
Das Hauptmaterial der optischen Fasern ist Quarz, die aus einer Kernschicht und einer Hüllschicht besteht, und die äußere Schicht wird durch eine Beschichtungsschicht geschützt. Durch Dotierung der Kernschicht, Der Brechungsindex (Nr. 1) der Mittelschicht größer ist als die der Hüllschicht (N2), Bildung eines Lichtwellenleiters, durch den sich Licht innerhalb der Kernschicht ausbreiten kann. Wenn die optische Faser durch äußere Faktoren moduliert wird, Der Brechungsindex der Kernschicht ändert sich periodisch, Bildung eines Fasergitters. Die Phasenmaskenmethode ist derzeit die bequemste und effektivste Methode zur Herstellung von Faser-Bragg-Gittern, Vereinfachung des Produktionsprozesses und Senkung der Produktionskosten. Es gibt verschiedene Arten von Faser-Bragg-Gittern, unter denen das typische Faser-Bragg-Gitter ist (FBG), das auch eines der am frühesten entwickelten und am weitesten verbreiteten Faser-Bragg-Gitter ist.

Grundlegende Sensorprinzipien des Faser-Bragg-Gitters

Indem auf dem Glasfaserkern in gewisser Weise ein räumliches Phasengitter gebildet wird, Wenn Licht durch das Glasfasergitter fällt, Die Modenkopplung erfolgt zwischen der Vorwärts- und Rückwärtsübertragung der faseroptischen Kernmoden, wodurch die Vorwärtsübertragung des Glasfaserkernmodus auf die Rückwärtsübertragung des Glasfaserkernmodus übertragen wird. Das heißt, das einfallende Licht mit einer Wellenlänge, die in der Mitte des faseroptischen Gitters reflektiert wird (λ B) spiegelt sich, und die mittlere Reflexionswellenlänge des faseroptischen Gitters wird durch Dehnung und Temperatur beeinflusst. Durch Überwachung der Größe der Wellenlänge der Zentrumsreflexion des faseroptischen Gitters, Eine entsprechende Dehnungs- und Temperaturmessung kann erreicht werden. Weitere physikalische Parameter wie z.B. Druck, Verschiebung, etc. können in Faktoren wie Temperatur oder Druck umgewandelt werden, die sich direkt auf das Glasfasergitter auswirken
Auf diese Weise, Faser-Bragg-Gitter können verwendet werden, um die Erfassung verschiedener physikalischer Parameter zu erreichen.

Anwendungsmerkmale von faseroptischen Gittern

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

(1) Kleinformat, geringes Gewicht, einfacher Aufbau, und variables Erscheinungsbild.

Gewöhnlich, Faser-Bragg-Gitterroste sind nur 3-5 cm lang und haben eine leichte Faser. Der Faser-Bragg-Gitter-Messkopf ist ein kleiner, Flexibel, und tragbares Gerät, das entsprechend der tatsächlichen Verwendung von Faser-Bragg-Gittersensoren verpackt werden kann, um unterschiedliche Sensoranforderungen zu erfüllen.

(2) Gute chemische Stabilität.

Der Hauptbestandteil des faseroptischen Gitters ist Siliziumdioxid, die eine gute chemische Stabilität aufweist. Deshalb, Faseroptische Gittersensoren haben eine hohe Korrosionsbeständigkeit und eignen sich für raue Umgebungen mit chemischer Korrosion, sowie verschiedene biologische Umgebungen.

(3) Gute physikalische Stabilität.

Der Hauptbestandteil von faseroptischen Gittern ist Siliziumdioxid, Glasfasergitter sind also elektrisch isolierend, wasserdicht, und beständig gegen hohe Temperaturen und hohen Druck.

(4) Unbeeinflusst von elektromagnetischen Störungen.

Aufgrund des Funktionsprinzips von faseroptischen Gittern, Sie haben die Eigenschaft, unempfindlich gegen elektromagnetische Störungen zu sein und eignen sich besonders für raue Umgebungen mit hoher Strahlungsintensität, wie z. B. medizinische Detektion in speziellen Umgebungen, wie z. B. nukleare magnetische Tests.

(5) Hohe Empfindlichkeit der Erfassung.

Das Faser-Bragg-Gitter erreicht eine Erfassung, indem es Änderungen der reflektierten Wellenlänge des Zentrums überwacht, dadurch hohe Messempfindlichkeit. Aufgrund der extrem geringen Änderungen bei vielen medizinischen Erkennungen, Einige gewöhnliche Sensoren können die Veränderungen nicht messen. Deshalb, 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 von anderen Faktoren wie Lichtquellen beeinflusst, und seine Messgenauigkeit ist hoch. Aber, Medizinische Sensoren stellen hohe Anforderungen an die Messgenauigkeit, Dadurch entspricht die Charakteristik von faseroptischen Gittern besser den Anforderungen an die Messgenauigkeit medizinischer Sensoren.

(7) Verteilte Echtzeitmessung.

Mehrere Multiplexing-Techniken 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 optische Fasern an den Detektor übertragen, Letztendlich wird die Echtzeit-Detektion 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 z.B. Dehnung, Temperatur, Druck, Drehzahl, pH-Wert, und Luftfeuchtigkeit kann gemessen werden.