光纖光柵傳感技術百科 - 光纖光柵FAQ問題 - 光纖光柵傳感器FAQ - 光纖光柵解調儀FAQ - FBG常見應用問題解析
FBG布拉格光纖光柵概念及原理-工作原理、測溫測力測應變原理-封裝原理
北京大成永盛科技有限公司是專業的布拉格FBG光纖光柵廠家，提供光柵、光纖光柵和布拉格FBG光纖光柵的介紹，同時提供了光纖光柵的工作原理、測溫原理、測應力應變原理、以及專利的無縫鋼管封裝原理；布拉格FBG光纖光柵品牌為“北諾、OFSCN、毛細、PEINO”等。
本文介紹了什么是布拉格光纖光柵（光纖布拉格光柵-FBG），以及布拉格光纖光柵是如何工作的，通過布拉格條件公式解釋了光纖光柵原理，并給出了相應光纖光柵實物圖。
同時介紹了北諾?毛細?系列無縫鋼管光纖光柵傳感器大多也是采用光纖布拉格光柵（FBG）制成的：包括光纖光柵溫度傳感器——溫度計、光纖光柵應變傳感器——應變計、光纖光柵應力傳感器——拉力計等產品。
由大量間距規律變化的平行狹縫構成的光學器件被稱為光柵，其中最常見的是平行狹縫間距寬度相同的等間距光柵（grating）。
 |
|
圖1 |
常用的等間距光柵大多數被刻寫在玻璃片、金屬板、塑料板上，刻痕可以是不透光的，也可以是部分透光的。但是兩刻痕之間的光滑部分一般都是可以透光的。
精制的光柵，在1cm寬度內刻有幾千條乃至上萬條刻痕，由于光柵柵距（光柵周期）與光波波長接近，因此其衍射光或者是透射光會產生光波的干涉現象。
其中利用透射光衍射的光柵稱為透射光柵，還有利用兩刻痕間的反射光衍射的光柵，如在鍍有金屬層的表面上刻出許多平行刻痕，兩刻痕間的光滑金屬面可以反射光，這種光柵稱為反射光柵。?
二、什么是光纖光柵？什么是布拉格光纖光柵（光纖布拉格光柵FBG）
把上述大量間距規律變化的平行狹縫利用光纖材料的光敏性刻寫到光纖纖芯上，就構成了光纖光柵。
其中光柵柵距（光柵周期）均勻一致的光纖光柵（FBG）被稱為布拉格光柵，布拉格光柵的反射波長非常小，布拉格光纖光柵的反射點之間的距離總是相等的。光柵包括了無數個可反射特定波長反射點。
布拉格光纖光柵可以通過紫外光掩模板照射法、化學腐蝕法、飛秒激光逐點寫入法等方式生產。下面是其結構示意圖和實物圖：
 |
|
圖2 |
 |
|
圖3 |
 |
?
三、什么是光纖光柵串？
光纖光柵（FBG）使用靈活的一個表現就是可以實現多點傳感，理論上我們可以在一根傳感器里刻寫無數個不同波長的光纖光柵（FBG），實現對同一或多個物理參量的分布式檢測，刻寫了多個光纖光柵的光纖被我們稱為光纖光柵串（FBGs）（產品對應為北諾?毛細?準分布式光纖光柵傳感器）。
具體例子詳見下圖5，該圖所示光纖刻寫了9個不同波長的光纖光柵串（FBGs），能夠實現9個點的同時測量。
 |
| 圖5 |
 |
|
圖6 |
 |
|
圖7 |
?
四、光纖光柵原理（FBG光纖光柵傳感原理）
通過精準匹配兩個反射點距離，符合布拉格條件的光波信號被光柵反射，而其它波長信號基本不被反射。
 |
|
圖8 |
通過連接光纖光柵解調儀，可以測定獨立反射波的光波波長。一旦光纖布拉格光柵遭受應力或溫度變化影響，光柵柵距就會發生變化，反射波的光波波長也會隨之改變，并且反射不同的波長，這樣布拉格波長變化就可以被測量了。
布拉格光柵（FBG）的波長變化量與應變量和溫度變化量同時相關，公式如下：ΔλＢ ＝λＢ（１－Ｐｅ）Δε＋λＢ（αｆ－ξ）ΔＴ。
1、光纖光柵測溫原理——光纖光柵溫度傳感器原理（FBG溫度計）——熱脹冷縮引起的長度變化
在光纖光柵（FBG）所處的環境中，溫度的變化會引起光纖光柵的光柵柵距Λ（光纖周期）發生規律變化，簡單來說就是熱脹冷縮。
通過光纖光柵解調儀可以測試出光纖光柵（FBG）的反射光波長λＢ，由于反射光波長λＢ和光纖光柵的光柵柵距Λ具有對應關系，公式為：λＢ ＝２ｎｅｆｆΛ，其中ｎｅｆｆ為光纖折射率，因此可以通過了解光纖光柵（FBG）的反射光波長去了解光纖布拉格光柵（FBG）的溫度。這就是光柵測溫的原理。
2、光纖光柵測應力原理——光纖光柵應力傳感器原理（FBG拉力計、FBG壓力計、FBG鋼筋計）——受力引起的長度變化
和前面所講的溫度變化類似，力的變化也會引起光纖光柵（FBG）的光柵柵距Λ（光纖周期）發生規律變化，簡單來說就是拉長壓短。
通過光纖光柵解調儀可以測試出光纖光柵的反射光波長λＢ，由于反射光波長λＢ和光纖光柵的光柵柵距Λ具有對應關系，公式為：λＢ ＝２ｎｅｆｆΛ，其中ｎｅｆｆ為光纖折射率，因此可以通過了解光纖光柵的反射光波長去了解光纖光柵所受的拉力或壓力。這就是光纖光柵能夠測應力的原理。
3、光纖光柵測應變原理——光纖光柵應變傳感器（FBG應變計）——長度變化本身
無論是溫度引起的光纖光柵變化還是受力引起的光纖光柵變化，最終表現都是光纖光柵長度的變化（應變），λＢ ＝２ｎｅｆｆΛ公式中的Λ所代表的光柵柵距（光纖周期）本身就是光纖光柵在微小尺度上的長度，因此光纖光柵可以用來測應變。
五、為什么要對光纖光柵進行封裝（FBG）
北京大成永盛科技有限公司的北諾?毛細?系列無縫鋼管光纖光柵傳感器的傳感單元大多是布拉格光纖光柵（FBG），保護材料為無縫鋼管。
我們采用無縫鋼管封裝光纖光柵（FBG）的主要原因在于，光纖布拉格光柵（FBG）非常脆弱，承載光纖光柵（FBG）的光纖也很脆弱，未進行封裝保護的光柵幾乎無法在實際工作中進行使用。必須要對光纖光柵進行保護，制成結實的光纖光柵傳感器才能在各種復雜環境中使用。而這也正是我們所擅長的。
 |
|
圖9 |
|
|
| 圖10 |
?
我們的理念是：“北諾?，讓光纖不脆弱！”
聲明：本公司系列產品多包含了包括商標和專利在內的多項知識產權，為推動行業發展和技術進步，北諾?毛細?系列無縫鋼管光纖光柵傳感器價格適中，鼓勵大家正規渠道購買。未經授權，請勿仿制！