Conocimiento de los sistemas de detección de rejillas de fibra Bragg.
Se analiza la estructura del sistema de detección de rejillas de fibra Bragg. Se analizan las funciones de tres LED de fuentes de luz diferentes, LD y fuentes de luz dopadas con erbio utilizadas en el sistema de detección de rejillas Bragg de fibra. Se describen el principio de funcionamiento del sensor FBG y varias temperaturas y tensiones. El método de medición de diferencias describe varias habilidades de demodulación de señal utilizadas comúnmente, como el método de filtrado, el método de secado y secado, y el método de fuente de luz de banda estrecha ajustable. Finalmente, se propone personalizar los requisitos futuros de la fuente de luz del sistema de detección de rejilla de fibra, el sensor de rejilla de fibra y la demodulación de la señal están optimizados.
Desde 1978, Hill et al. de Canadá descubrió por primera vez una escena fotosensible en una fibra de cuarzo dopada con erbio y usó el método de onda estacionaria para hacer la primera rejilla de fibra del mundo. En 1989, Melt et al. Completa la fibra de la rejilla de Bragg (FBG). Desde las habilidades de escritura del lado del láser UV, las habilidades de fabricación de la rejilla de fibra se han mejorado continuamente, y la investigación sobre la rejilla de fibra en la detección óptica se ha vuelto más extensa y profunda.
El sensor de rejilla Bragg de fibra tiene las ventajas de una alta resistencia a la interferencia electromagnética, alta sensibilidad, tamaño pequeño, peso ligero, bajo costo, y es adecuado para uso en ambientes de alta temperatura y corrosivos. También tiene una capacidad de auto-coherencia intrínseca y está en una fibra óptica. El uso de habilidades de multiplexación para lograr las ventajas únicas de multiplexación multipunto, medición diferencial distribuida multiparámetro. Por lo tanto, el sensor de rejilla de fibra se ha convertido en un tema candente en la discusión de los sensores en ese momento. ¿Cómo puede el sistema de rejilla de fibra compuesto por la fuente de luz, el sensor de rejilla de fibra y el sistema de demodulación de señal ser capaces de lograr una coincidencia óptima bajo la premisa de reducir el costo, mejorar la precisión de medición y satisfacer la medición en tiempo real, y satisfacer la detección de rejilla de fibra? El sistema para ser práctico en todas las áreas de la modernización también es una pregunta para que los investigadores piensen.
Este artículo presenta el sistema de detección de rejillas Bragg de fibra y aclara la fuente de luz de banda ancha del sistema de rejillas Bragg de fibra. Los puntos principales son analizados el principio de detección del sensor de rejilla Bragg de fibra y cómo distinguir las habilidades de medición. Se lleva a cabo el método de demodulación de señal comúnmente utilizado para señales. Para resumir, al final, proponga algunos métodos de optimización para el sistema que están acostumbrados a las necesidades futuras.
1. Sistema de detección de rejillas de fibra Bragg
El sistema de detección de rejilla de fibra está compuesto principalmente por una fuente de luz de banda ancha, un sensor de rejilla de fibra y demodulación de señal. La fuente de luz de banda ancha suministra energía de luz al sistema. El sensor de rejilla de fibra utiliza la onda de luz de la fuente de luz para detectar la información medida por el mundo exterior, y la información medida por el exterior se refleja en el sistema de demodulación de señales en tiempo real.
1.1 fuente de luz
La función de la fuente de luz determina si la señal de luz enviada por todo el sistema es buena o mala. En la detección de rejillas Bragg de fibra, debido a que la cantidad de detección es una codificación de longitud de onda, la fuente de luz debe tener un ancho de banda amplio y una potencia de salida y estabilidad fuertes para satisfacer los requisitos de medición de múltiples puntos y múltiples parámetros del sistema de detección distribuido. La fuente de luz utilizada comúnmente en los sistemas de detección de rejillas Bragg en fibra es LED, LD y una fuente de iones de tierras raras dopadas con diferentes concentraciones y diferentes variedades. La fuente de luz LED tiene un ancho de banda amplio, puede alcanzar decenas de nanómetros, tiene una alta confiabilidad, pero la potencia de salida de la fuente de luz es baja y es difícil
Acoplado con una fibra monomodo. La fuente de luz LD tiene las características de buena monocromaticidad, fuerte coherencia y alta potencia. Sin embargo, la estabilidad del espectro LD es pobre (4 × 10 -4 / ° C). Por lo tanto, los defectos de estos dos tipos de fuentes de luz restringen su aplicación en la detección de luz. La fuente de luz más ampliamente estudiada con iones de tierras raras dopados de diferentes variedades y diferentes concentraciones es una fuente de luz dopada con erbio.
Hoy en día, la fuente de luz dopada con erbio de banda C se ha desarrollado y utilizado con éxito. Con la solicitud de capacidad y velocidad de comunicación en la comunicación óptica y la solicitud de ancho de banda distribuida de detección de fibra óptica, la investigación de la banda L se está volviendo cada vez más seria.
Sí. Algunos investigadores han propuesto un plan de desarrollo de la banda C + L para mejorar el ancho de banda y la potencia de la fuente de luz. La fuente de luz dopada con erbio es dos órdenes de magnitud mejor que la fuente de luz semiconductora en términos de estabilidad de temperatura. Juntos, pueden suministrar mayor potencia, mayor ancho de banda y una vida útil más larga. Por lo tanto, puede ampliar la escala de medición del sensor de rejilla de fibra y mejorar la carta de inspección. Proporción de ruido.
1.2 Sensor de rejilla de fibra Bragg
Los sensores de rejilla de Bragg de fibra pueden medir directamente las cantidades físicas, como la temperatura y la tensión. Debido a que la longitud de onda de la rejilla de la fibra es sensible a la temperatura y la tensión, es decir, la temperatura y la tensión juntas hacen que la longitud de onda del acoplamiento de la rejilla de la fibra se mueva, de modo que la temperatura y la tensión no se pueden distinguir midiendo el desplazamiento de la longitud de onda del acoplamiento de la rejilla de la fibra. Por lo tanto, el manejo de preguntas sensibles intercaladas, la conclusión de la diferencia entre la medición de la temperatura y la tensión es la premisa del uso práctico del sensor. Después de una cierta habilidad para determinar el estrés y los cambios de temperatura para completar la temperatura y la medición del diferencial de esfuerzo. El principio básico de estas habilidades es usar dos o dos rejillas de fibra con diferente sensibilidad de temperatura y respuesta de tensión para formar un sensor de tensión y temperatura de doble rejilla. Después de determinar los coeficientes de sensibilidad a la temperatura y la respuesta de la tensión de dos rejillas de fibra, se utilizan dos dos. La ecuación elemental resuelve la temperatura y la tensión. Las habilidades de medición de diferencia se pueden dividir aproximadamente en dos categorías, a saber, medición de rejilla multifibra y medición de rejilla única.
La medición de rejillas multifibra incluye principalmente el método de rejilla híbrida FBG / de período largo, el método de rejilla de fibra de ciclo doble, el método de multiplexación integrado de rejilla de fibra / cavidad F-P y el método de escritura de pila FBG dual. Cada método tiene sus propias ventajas y desventajas. El método FBG / LPG es fácil de demodular, pero es difícil asegurar que la medición sea el mismo punto con una precisión de 9 × 10-6 y 1.5 ° C. El método de rejilla de fibra de dos períodos puede garantizar la medición de la orientación y mejorar la precisión de la medición, pero la intensidad de la rejilla es baja y la demodulación de la señal es difícil. El sensor de doble uso integrado de la fibra Bragg Grating / F-P cavity tiene buena estabilidad de temperatura, volumen pequeño y alta precisión de medición. La precisión puede alcanzar 20 × 10-6, 1 ° C, pero el ajuste de la longitud de la cavidad de F-P es difícil y la demodulación de la señal es desordenada. El método de escritura de pila FBG dual tiene una mayor precisión, pero la escritura de trama es difícil y la demodulación de la señal es desordenada.
La medición de la rejilla de fibra única incluye principalmente el método de rejilla de fibra única con diferentes materiales poliméricos, diferentes combinaciones de FBG y métodos de deformación prefabricados. El método de rejilla de fibra única para encapsular materiales de polímeros es usar algunos materiales orgánicos para agregar temperatura y estrés a la sensibilidad a la temperatura y al estrés, y para superar la sensibilidad de inserción e inserción. La fabricación de este método es simple, pero la selección de la información del polímero es difícil. El uso de diferentes métodos de combinación de FBG es escribir la rejilla en la unión de dos tipos de fibras ópticas con índice de refracción y sensibilidad de temperatura diferentes o sensibilidad de respuesta de temperatura y concentración de datos de dopaje diferentes. No se utilizan diferentes índices de refracción y sensibilidad a la temperatura. Haz lo mismo para medir la diferencia.
Este método es simple en demodulación, y la demodulación en codificación de longitud de onda evita la concentración de tensión, pero tiene problemas como grandes pérdidas, fácil fractura de la unión soldada y una pequeña escala de medición. El método de deformación prefabricada consiste en aplicar primero una cierta tensión previa a la rejilla de fibra, y una parte de la rejilla de fibra está firmemente unida a la viga en voladizo bajo la condición de tensión previa. Después de que se libera la tensión, algunas de las rejillas de fibra no se reparan, y la longitud de onda de reflexión central es constante; mientras que algunas deformaciones publicadas en el haz en voladizo no se pueden recuperar, y luego se cambia la longitud de onda de reflexión central de algunas de las rejillas de fibra. Por lo tanto, la rejilla de fibra se modifica. Hay 2 picos de reflexión, un pico de reflexión (algunos de los cuales se publican en el haz en voladizo) es sensible tanto al cambio como a la temperatura; el otro pico de reflexión (no publicado algunos) solo es sensible a la temperatura, y se puede medir el desplazamiento de la longitud de onda de los dos picos de reflexión. Medir la temperatura y colar juntos.
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