Волоконно-оптические датчики с брэгговскими решетками (ВБР) представляют собой инновационное решение для измерения физических величин. В данной статье мы рассмотрим принцип работы таких датчиков, их преимущества и области применения.
Принцип работы ВБР-датчиков
Чувствительные элементы ВБР-датчиков представляют собой волоконные брэгговские решетки (рис. 1). Эти решетки записываются в оптическом волокне с помощью ультрафиолетового лазера и представляют собой участок световода с периодическим изменением показателя преломления вдоль оси.
ВБР каждого датчика отражает свет определенной длины волны с шириной спектра примерно 0,2 нм. При воздействии механических нагрузок или изменений температуры изменяются период и показатель преломления решетки. Это приводит к смещению длины волны отраженного света. Измеряя это смещение, можно определить относительную деформацию и изменение температуры.
Для разделения температурных и механических воздействий применяют две решетки: одна из них изолирована от механических воздействий и фиксирует изменения только за счет температуры. Это позволяет корректно учитывать температурные воздействия и определять деформации.
Опрос датчиков и особенности измерений
Для опроса массива ВБР-датчиков используется сканирование перестраиваемым лазером и фиксация отраженного сигнала фотодетектором.
Современные устройства обеспечивают:
- диапазон перестройки длины волны от 1500 до 1600 нм;
- частоту опроса от 1 до 500 Гц;
- до 8 параллельных каналов.
Диапазон измерений достигает ±3000 относительных единиц, что соответствует сдвигу длины волны на ±3,5 нм. В каждом канале рекомендуется размещать не более 25 датчиков, чтобы избежать наложения спектров ВБР при измерениях. Важным параметром является спектральное разрешение прибора, которое у современных анализаторов достигает 1 пм, обеспечивая точность измерений температуры (~0,1 °C) и деформации (~10^-6 относительных единиц).
Преимущества волоконно-оптических датчиков
По сравнению с электрическими аналогами, ВБР-датчики обладают рядом существенных преимуществ:
- Абсолютная невосприимчивость к электромагнитным помехам;
- Устойчивость к радиации и агрессивным климатическим условиям;
- Отсутствие необходимости в электрическом питании и заземлении;
- Высокая пожаробезопасность и взрывобезопасность;
- Возможность работы на больших расстояниях от считывающего устройства;
- Компактность и небольшой вес;
- Длительный срок службы (до 20 лет);
- Возможность последовательного соединения множества датчиков в одну цепочку;
- Высокая точность и разрешение измерений.
Технологии записи ВБР
Для записи брэгговских решеток используются следующие технологии:
- Эксимерный лазер через фазовые маски;
- Ультрафиолетовый лазер через интерферометры;
- Пошаговая запись фемтосекундным лазером через защитные покрытия.
Эти методы позволяют создавать широкий спектр решеток для применения в производстве датчиков, линий связи и лазерных установок.
Применение ВБР-датчиков
ВБР-датчики применяются для измерения:
- Деформации и перемещения;
- Давления и уровня жидкости;
- Температуры и ускорения;
- Вибрации и угла наклона.
Волоконно-оптические датчики с брэгговскими решетками демонстрируют высокую эффективность и надежность. Их уникальные свойства делают их незаменимыми во многих отраслях, включая промышленность, связь и безопасность.
Компания "Инверсия-Сенсор"
Производством ВБР-датчиков занимается компания "Инверсия-Сенсор", которая специализируется на создании и поставке высокоточных волоконно-оптических решений. Компания предлагает широкий спектр продукции. Для связи и сотрудничества можете написать на sales@i-sensor.ru.