• 毛细(R)光纤光栅传感器基本原理之二,光纤光栅传感原理

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    毛细(R)光纤光栅传感器基本原理之二,光纤光栅传感原理

    本文以实际的光波为基础讲述了布拉格FBG光纤光栅的基本原理,能够帮助大家理解光纤光栅应力传感器、光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传感器的内在机理。本文为了解北京大成永盛科技有限公司所生产的北诺(R)毛细(R)系列无缝钢管光纤光栅传感器的前置科普性文章。

    在上一篇《北诺(R)毛细(R)光纤光栅传感器基本原理之一,波的反射与叠加》文章中,我们通过声波来类比光波,给出了大家了解北京大成永盛科技有限公司生产的北诺(R)毛细(R)系列无缝钢管光纤光栅传感器基本原理所需的前置知识——波的反射与叠加(干涉)。今天我们将以此为基础,介绍光纤光栅传感器的基本原理。本篇文章同样为科普性文章,非科研性文章,如果哪位朋友觉得本文有错误,也请来信指正。

    光纤光栅传感器(Fiber Grating Sensor)属于光纤传感器的一种,基于光纤光栅的传感过程是通过外界物理参量对光纤布拉格光栅(Bragg)波长的调制来获取传感信息,是一种波长调制型光纤传感器。

    光纤光栅传感器(Fiber Grating Sensor)属于光纤传感器的一种,基于光纤光栅的传感过程是通过外界物理参量对光纤布拉格光栅(Bragg)波长的调制来获取传感信息,是一种波长调制型光纤传感器。

    下图图2所示即为一根刻写了布拉格光纤光栅的光纤纤芯示意图(真实直径9微米)。人们使用掩膜板、飞秒激光或者其它的加工方式,在光纤的纤芯部分形成无数条具有相同间距的弱反射面(我们在此暂不介绍更复杂的光栅),这些弱反射面被称为光纤光栅,各个弱反射面之间的距离被称为光栅栅距或光栅周期(我们一般用Λ这个符号来表示它——请记住这个符号,下文需要用到)。

    利用上述光纤光栅就可以进行基本的传感测量,其原理如下图3所示:

    图3中间所示即是一根封装好的北诺(R)毛细(R)系列无缝钢管光纤光栅传感器:宽带入射光从传感器的一端进入光纤,遇到光纤光栅后,大部分波长的光作为透射光直接穿过光纤光栅,少部分特殊波长的光被反射了回去(请注意这个特殊波长,这就是我们每次要检测的对象,我们用λB来表示它)。λB和我们前面所说的光栅栅距Λ有直接关系,表征其关系的数学表达式为:λB =2neffΛ,其中λ为反射波长,neff是光纤纤芯折射率,Λ是光栅栅距。

    接下来反射光进入光纤光栅解调仪(图上未标),被解调出波长信号λB。由于连着传感设备,因此我们每时每刻都能够得到一个不同的测试波长信号λB。通过前面的数学表达式,我们可以知道,为什么在下一刻返回的波长信号λ变化了(变化量表征为ΔλB)?根本原因是光纤光栅的光栅栅距Λ发生了变化(变化量表征为ΔΛ)。

    好了,到此我们已经可以跳出拗口的数学符号,切换回现实环境中想象一下,什么可以引起光栅栅距Λ发生变化?

    聪明的你应该可以马上想到,第一个可能原因是受力:你给光纤光栅一个拉力,它会变长,你给光纤光栅一个压力,它会变短;第二个可能原因是温度:光纤光栅受热膨胀,它会变长,光纤光栅遇冷收缩,它会变短。

    在这个过程中,充满了智慧的人们把可以准确检测的波长信号与三个基本物理参量联系了起来,分别是力(拉力压力)、长度(变长变短)和温度(受热遇冷),因此光纤光栅传感器能够直接测量的基本物理量就包括了应力、应变和温度(具体产品分别对应于北诺(R)毛细(R)无缝钢管光纤光栅应力传感器、北诺(R)毛细(R)无缝钢管光纤光栅应变传感器和北诺(R)毛细(R)无缝钢管光纤光栅温度传感器)。

    当然了,作为一篇介绍北诺(R)毛细(R)系列无缝钢管光纤光栅传感器的前置科普文章,我们简化了其数学计算,同时考虑了应力应变和温度的波长变化数学计算过程比我们所列“λB =2neffΛ”的要复杂一些,这是因为,光纤纤芯折射率neff也是一个变量,其总体公式如下:ΔλB =λB(1-Pe)Δε+λB(αf-ξ)ΔT,我们在此不再展开。

    行文至此,相信你已经对于光纤光栅传感器的基本原理有了一定的认识,也会如我般对于人们的智慧发自内心地赞叹。那么,从原理化的光纤光栅到实用化封装好的光纤光栅传感器,中间还会有什么问题?又该如何解决?我们将在下文讲述,敬请期待!

    我们的理念是:“北诺(R),让光纤不脆弱!”

    声明:本公司系列产品多包含了包括商标和专利在内的多项知识产权,为推动行业发展和技术进步,北诺(R)毛细(R)系列无缝钢管光纤光栅传感器产品价格适中,鼓励大家正规渠道购买。未经授权,请勿仿制!

    附1:

    相关视频介绍:

    2019-05-23
  • 北诺(R)毛细(R)光纤光栅传感器基本原理之一,波的反射与叠加

    在上一篇文章《毛细(R)无缝钢管光纤光栅传感器》中,我们给出了毛细(R)无缝钢管光纤光栅传感器的定义。然后,我们也介绍了北京大成永盛科技有限公司是一家专业的光纤光栅传感器生产厂家,所生产的北诺(R)毛细(R)系列无缝钢管光纤光栅传感器由于采用了更新的材料和结构从而极具特色。为了让大家更好地了解大成永盛的产品,今天我们将开始主要介绍光纤光栅传感器的基本原理。本篇文章为科普性文章,非科研性文章,如果哪位朋友觉得本文有原则性错误,也请来信指正。

    既然是科普性文章,那么也请大家相信,这篇文章并不难,最难的部分,也不会超出高中的知识,因此请大家耐心观看。

    在讲述光纤光栅传感器的基本原理之前,我们首先需要知道波的反射和波的叠加(干涉)。这是因为,光纤光栅传感器最重要的部分就在于能够被准确地检测出某些特殊波长的反射波,通过反射波的波长变化,反映出待测物理量的变化(典型如应力、应变和温度)。由于光波频率很高,波长很短,如果不是专业人士,我们在日常生活中不容易直接观测到光波的特点,为了便于大家理解,我在此处使用声波来类比光波——声波光波,长波短波,反正都是波。

    在生活中,你很可能遇到过下面这个情景:某一天,你到一处风景优美的地方去旅行,那里有群山。你来到一座山前,忽然心生豪迈,对着大山你开始呼喊“北诺(R)……”(当然,你也可以喊“大成永盛”或者你爱的人的名字),这时,你听到了山的回声“北诺(R)……”,这个回声就是声波的反射(整个过程详见图1)。你向大山发出了声波(入射波),大山给了你相应的波的反射(反射波)。

    图1

    你接着向前,进入了一个山谷,对着山谷,你又开始呼喊“北诺(R)……”,这时,你听到了山谷两面都在给你回声“北诺(R)……,北诺(R)……”,这山谷两面的回声就是两列或多列声波的反射(整个过程详见图2)。

    图2

    机缘巧合,你走到了山谷中的某一个点(在你行进的路线上,一定存在着这一系列的点),在这里你又开始呼喊“北诺(R)……”,结果,山谷两面的回声如同洪钟大吕“北诺(R)……”,震得你脑袋嗡嗡直响。发生了什么?原来,此时两列声波或多列声波发生了干涉(同时到达,形成正叠加,整个过程详见图3)。

    图3

    由于本文为北京大成永盛科技有限公司生产的北诺(R)毛细(R)系列无缝钢管光纤光栅传感器的前置科普性文章,因此,几米之外就会发生的两列声波或多列声波的负叠加,我们不再赘述。因为,我们在光纤光栅传感器中需要检测的就是多列波的正叠加。

    行文至此,相信你已经对于声波的反射与叠加有了一定的理解。除了风景优美的大山,你也可以来北京的天坛公园体会本文所说的波的特性,天坛公园有一个回音壁,皇穹宇处还有三音石。

    需要进一步强调的是:声波的特性如此,光纤中传输的光波的特性也一样如此,也一样满足波的反射与叠加原理(当然光纤中光波的反射更复杂,需要详细了解的朋友请自行查阅耦合理论,导模反射等)。我们将在下一篇文章里,以光波为基础介绍光纤光栅是如何工作的。敬请期待!

    我们的理念是:“北诺(R),让光纤不脆弱!”

    2019-05-21
  • Re: 这个版为啥还不关门?

    不用关门,我会发帖子的。

    2019-05-20
  • 毛细(R)无缝钢管光纤光栅传感器

    定义:采用毛细(R)无缝钢管光缆生产和封装技术为基础,内部封装了光纤光栅的传感器被称为毛细(R)无缝钢管光纤光栅传感器。除了各种光纤连接头和本体的不锈钢无缝钢管以外,根据用户要求和使用环境不同,毛细(R)光纤光栅传感器还可能被附加一些别的增强或绝缘材料。

    特点:尽管毛细(R)光纤光栅传感器还有可能会被附加各种不同材料,但成品的毛细(R)光纤光栅传感器本身直径都不会很粗。同时,由于多数毛细(R)光纤光栅传感器是全金属结构,因此该种产品往往具有灵敏度高、热传导快、准确度好以及体积小、重量轻、高抗拉、高抗压、耐高温、防水防潮、无可燃物、耐腐蚀等特点。

    现状:北京大成永盛科技有限公司是毛细(R)无缝钢管光纤光栅传感器概念的提出者和生产者,同时在2018年将此“毛细(R)”概念注册为商标进行保护和使用。

    大成永盛已经正式商用的北诺(R)毛细(R)系列无缝钢管光纤光栅传感器最小直径为0.6毫米(0.6mm),标准产品直径为0.9毫米(0.9mm)。实际产品外观如图1所示。

    图1

    该种产品其它常用尺寸还有:直径2.0毫米(2.0mm)北诺(R)毛细(R)无缝钢管光纤光栅传感器以及直径3.0毫米(3.0mm)北诺(R)毛细(R)无缝钢管光纤光栅传感器。

    2019-05-20
  • 毛细(R)光缆的定义及其基本概念

    定义:毛细(R),顾名思义,就是像毛发那样细;毛细(R)光缆,也就是像毛发那样细的光缆。

    释义:根据统计,随着人种、性别和生长部位的不同,人体的毛发直径有较大区别。黄种人幼儿和女性的毛发较细,而男性毛发更粗,大体直径范围约在0.08毫米(0.08mm)到0.4毫米(0.4mm)之间,这样的直径取其大值甚至还不够包覆光纤。但若我们扩大生物范围考虑,很显然,某些哺乳动物的毛发显著较人类更粗,虽然我们并未查找到相关数据,但我们可以据此认为,在日常生产生活中,直径小于1.0毫米(1.0mm)的光缆已经可以称为毛细(R)光缆。下图1是一根直径0.9毫米的北诺(R)毛细(R)无缝钢管光缆,其包裹光纤是一根直径0.255毫米的普通光纤。

    图1

    现状:毛细(R)光缆的概念是由北京大成永盛科技有限公司在其北诺(R)系列无缝钢管光缆中首先提出的,同时在2018年将此“毛细(R)”概念注册为商标进行保护和使用。

    大成永盛发现,随着光缆直径缩小到一定程度,光缆的隐蔽性、可敷设性以及机械强度都发生了比较大的改变,其中的隐蔽性、可敷设性相对于机械强度构成了一对矛盾。毛细(R)光缆尺寸的缩小带来了更好的隐蔽性和可敷设性,但随之而来的却是机械强度发生了降低,大成永盛的北诺(R)毛细(R)光缆通过改变光缆铠装材料解决了这一矛盾,并最终使得北诺(R)毛细(R)系列无缝钢管光缆得以问世。

    衍生产品:北诺(R)毛细(R)光缆最主要的衍生产品为北诺(R)毛细(R)系列预制光缆和北诺(R)毛细(R)系列分布式光纤传感器。同时,利用毛细(R)光缆的封装技术,还衍生出了北诺(R)毛细(R)系列光纤光栅传感器。

    2019-05-16
  • Re: 长安cs15ev

    谢谢提醒,改天再要求试驾一下,上次去只看了外观。

    【 在 mabinghe 的大作中提到: 】

    : 这个车动力非常弱鸡

    2019-05-05
  • Re: 长安cs15ev

    我准备买这个,cs15ev400。别的差不多大小的车都贵,奔奔又让人感觉不安全。

    2019-05-05
  • Re: 陈说光缆之开篇综述

    基于不锈钢无缝钢管技术,开发了一系列新的产品,自己觉得还不错,本周开始向公众推广。水木有很多行业内人士,转发到这里,请多多指教,共同进步!

    2019-04-16
  • 陈说光缆之开篇综述

    国内学术界一般都把1966年定义为现代光纤的发明年,那一年,英籍华裔学者高锟博士(K.C.Kao)在PIEE 杂志上发表论文《光频率的介质纤维表面波导》,从理论上分析证明了用光纤作为传输媒体以实现光通信的可能性,并预言了制造通信用超低损耗光纤的可能性。后来的1970 年,美国康宁(Corning)公司成功研制出了世界上第一根石英光纤,光缆也就随之诞生。

    光纤光缆诞生后,首先被用于通信,然后被发现可用于传感,有时又被用于照明、艺术和传能……。单就通信来说,相比于电缆,由于光缆容量巨大、轻便、保密性好、无电磁干扰、无串扰等特点,光缆迅速在全世界得到了应用。截至目前,光纤光缆已经密布全球七大洲所有的大陆和四大洋的海底,仅在刚刚过去的2018年,全球光缆产销量已超6亿芯公里(2018年全年)。这是一个巨大的行业,也是一个巨大的市场。

    作为一个专注于光缆、光纤光栅传感器和分布式光纤传感器的公司——北京大成永盛科技有限公司,我们经常问自己,发展到今天,还有哪些环境需要光缆,而光缆还没有覆盖?还有哪些应用需要光缆,而光缆还没有到达?原因在哪里?如何解决?

    首先回答“还有哪些环境需要光缆,而光缆还没有覆盖?”这个问题。和公众的认知不同,在我们眼里,光纤光缆的应用环境还有很多,其覆盖远远没有完成。目前光纤光缆的应用环境主要是各种民用、各种机房、各种管道等“相对舒适”的环境,而大量恶劣的工业生产环境、能源矿产环境、农业生产环境中有时候也需要光缆,但是没能实现光缆覆盖。有时候我们遇到这些环境了,却给刻意绕过去了,或者说因为觉得不可能,所以干脆就不会去考虑铺设光缆。举例来说,钢厂铁厂的高温环境下光缆能否进行铺设用于生产数据的采集和传输?化工厂的酸碱土壤和腐蚀性气体环境里光缆能否进行铺设用于通信保障?广大农村的沟渠河塘和密集养殖场能否进行光缆铺设用于监控和通信……?类似的比较恶劣的环境很多,光缆的全覆盖依然有很长的路要走,我们依然需要努力。

    再来回答“还有哪些应用需要光缆,而光缆还没有到达”这个问题。如果说通信是光纤光缆应用的上半场的话,那么传感无疑是光纤光缆应用的下半场。从国外最初发现光纤的传感特性以来,整个行业进行光纤传感的研究也已经有40多年了,利用光纤光缆中光的强度、相位、波长、偏振、散射等参数的变化,可以轻松测量诸如温度、应力应变、压力、位移、振动、速度、流量等基本的物理量,所用探测器即包含了光纤光栅传感器和分布式光纤传感器。光纤传感在极大地拓展光缆应用范围的同时,也对适用于不同应用的光缆、光纤光栅传感器和分布式光纤传感器的生产提出了更高的要求。依然举例来说,什么样的光缆能够作为光纤光栅温度传感器和分布式光纤传感器布放于烟囱里,利用其温度敏感的特性,对于违规的生产进行监控,以便使工厂符合环保的要求,还人们一片碧水蓝天?什么样的光缆能够作为光纤光栅应力应变传感器和和分布式光纤应力应变传感器,布放于山体和道边,利用其应力应变敏感的特性,对于各种地质灾害进行提前预测,保证人民群众的生命和财产安全?又是什么样的光缆能够作为光纤光栅振动传感器和分布式光纤振动传感器,布放于地下管廊附近,利用其振动敏感的特性,对于未知的挖掘进行提前预警,合理保护管道资源……?类似的应用数不胜数,大量的未知应用依然需要大家一起发掘,一起推进。

    再次回到以上两个问题,影响光缆全覆盖和多应用的一个重要原因,依然在于光纤的脆弱和光缆、光纤光栅传感器和分布式光纤传感器对于光纤保护的不足。光纤是脆弱的,构成传统光缆、光纤光栅传感器和分布式光纤传感器的很多材料虽然比光纤健壮,但在面对各种复杂恶劣环境时,对于光纤的保护依然是不够的。这些脆弱在很大程度上影响了光缆的进一步推广和应用。

    如何解决光纤光缆脆弱的问题?我们和行业内众多公司都在一起努力。我们是谁?我们是北京大成永盛科技有限公司研发、生产和经营团队。经过了5年多不断地研究和探索,大成永盛推出了北诺(R)毛细(R)系列无缝钢管光缆、北诺(R)毛细(R)系列光纤光栅传感器和北诺(R)毛细(R)系列分布式光纤传感器,在行业内喊出了“北诺(R),让光纤不脆弱”的口号。我们希望能够紧跟时代的步伐,贡献自己的智慧,推动光缆、光纤光栅传感器和分布式光纤传感器的结构变革,使之适应更多的环境和更多的应用,为光纤通信和光纤传感事业的发展添砖加瓦。

    为了使更多的人了解和使用我们的产品,我们特意在大成永盛公司官网(www.ofscn.com)和一些平台网站上推出了陈说光缆这个栏目,宣传我们的产品,传播我们的理念。

    我们的基本理念是:北诺(R),让光纤不脆弱!

    2019-04-16
  • Re: 请版面尽快产生大版主

    这版有点冷清,不过如果被关了也怪可惜的。大版主是啥意思?是不是还有小版主。

    2019-01-15
  • Re: 卧槽

    卧槽

    2019-01-12
  • Re: 请教一些抑郁症的对抗办法!抱拳

    推荐你看一个日本电影,名字是:丈夫得了抑郁症。

    【 在 alivehehe 的大作中提到: 】

    : 我老公抑郁状态持续一个月 最近竟然有了轻生的念头

    : 医生我们看过 开的药也一直在坚持吃 可是他情绪反复的很厉害 昨天还觉得生活能有很多可能 今天又全盘否定 当然这种情绪是这种病的一种表现吧

    : 请问组里的朋友能不能给我一点点建议?如果有过这种情况或者身边有这种情况的 我想救他

    : ...................

    2018-11-27
  • Re: 今天儿研所又有个抢孩子的

    专门上来赞你!好样儿的。

    【 在 pindar 的大作中提到: 】

    : 我就是那个出离愤怒从神经病样拉扯孩子的人堆里抱走并护住孩子的女人,就是我申请了在场爸爸们和我一起保护好孩子并让大家报警。

    : 现在,我的肩膀还在疼……感谢今天在场和我一起并肩努力的家长们,事件未明前,保护好孩子,静待警察到来,是我们唯一可以做的。

    2018-10-12
  • 找个海淀的地址,要换办公室了

    公司办公地址下月中旬到期,无法续住了,有哪位有海淀的办公场所联系一下吧。一般纳税人企业,今年都没做什么业务,和会计聊了一下,估计还是要个正经办公场所。越小越便宜越好,因为不经常去而且业务很差。谢谢。

    2018-10-08
  • Re: 光电领域最前沿最热门的研究有哪些?

    感觉各种光纤传感技术比较热门。

    2018-08-28
  • Re:限时回复此帖者平分2000积分

    分积分了,怎么分。

    【 在 intron 的大作中提到: 】:

    :时限:2018年7月2日0时-2018年7月3日24时。

    :参与者不包括我自己。

    2018-07-02
  • Re:哪个庙宇求子比较灵?求推荐

    武当山

    【 在 jessie1107 的大作中提到: 】:

    :如题。

    :或者有些偏方也可以,请指点一二。

    2018-06-14
  • Re:求助:四年多没工作好痛苦 不知道路在何

    在家看娃

    【 在 xiaohongmao 的大作中提到: 】:

    :连续生了两个娃,之前一直在互联网公司腾讯 百度 网易这三家都待过,做产品的,职位也不高最后一份工作的时候自己管一个小

    2018-06-11
  • Re: 代问:有做光纤传感的吗

    光纤传感行业的,专做光纤传感器。你是什么公司,有什么项目可以聊聊?

    2018-06-09
  • Re: 漯河沙澧河环境真好

    一两个月就回漯河住几天,没事儿就上河堤悠悠转转。等年纪大了就回去过日子,等到身体差了,走不动了再回北京。

    2018-05-22