Este artigo explica os conhecimentos necessários sobre reflexão e interferência de ondas (interferência) para compreender os princípios básicos das grades de fibra de Bragg. Ele serve como um artigo educacional preliminar sobre os sensores FBG de tubo de aço sem costura capilar OFSCN® produzidos pela DCYS.
Entender os fenômenos fundamentais da mecânica ondulatória — especificamente os fenômenos de reflexão e interferência — é crucial para analisar o comportamento das Grades de Fibra de Bragg (FBGs) e seu desempenho como sensores de grau industrial.
Uma Grade de Fibra de Bragg é uma modulação periódica do índice de refração do núcleo da fibra ao longo do eixo de propagação. Quando um espectro óptico de banda larga é lançado no núcleo da fibra monomodo, ele encontra essa estrutura periódica.
Em cada limite da microestrutura modulada pelo índice, uma pequena fração da onda de luz propagada para frente sofre reflexão de Fresnel. Esse processo pode ser analisado matematicamente como uma reflexão fraca ocorrendo em múltiplos limites igualmente espaçados.
As múltiplas ondas fracas retrorefletidas se propagam na direção reversa. Para a grande maioria dos comprimentos de onda, essas ondas refletidas estão fora de fase e sofrem interferência destrutiva, continuando a transmitir através da grade.
No entanto, em um comprimento de onda específico — onde a diferença de fase entre as reflexões de períodos de grade adjacentes é um múltiplo inteiro de 2\pi — as ondas refletidas sofrem interferência construtiva (sincronização de fase). Esse componente espectral único é fortemente refletido de volta para a fonte, formando um pico de reflexão de banda estreita.
Essa relação é governada pela clássica Condição de Bragg:
Onde:
Qualquer campo físico externo que altere o passo físico da grade ( \Lambda ) ou o índice de refração do núcleo ( n_{\text{eff}} ) causará um deslocamento no comprimento de onda de Bragg refletido ( \Delta\lambda_B ).
Ao monitorar o deslocamento do comprimento de onda ( \Delta\lambda_B ) usando um interrogador de alta precisão, o estado quantitativo preciso da temperatura ou da deformação do ambiente pode ser determinado.
Embora a física óptica subjacente seja consistente em todas as FBGs, as grades de fibra óptica nuas, como OFSCN® Polyimide Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare), são excepcionalmente frágeis. Em ambientes industriais exigentes ou de monitoramento de saúde estrutural (SHM), fibras nuas são suscetíveis a micro-curvatura, degradação química e falha mecânica.
Para enfrentar esses desafios, tecnologias especializadas de encapsulamento são empregadas. A Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (DCYS) utiliza uma tecnologia proprietária de embalagem em tubo de aço sem costura capilar para sua linha principal de sensores FBG. Essa embalagem protege a FBG interna contra forças de cisalhamento externas, umidade e danos mecânicos, ao mesmo tempo que mantém a rápida condutividade térmica e a transferência precisa de deformação.
OFSCN® 300°C Fiber Bragg Grating Temperature Sensor
Projetado com embalagem de tubo de aço sem costura de camada única. Possui um diâmetro externo padrão de 0.9\text{ mm} (personalizável para 0.5\text{ mm} ) e funciona de forma confiável em uma faixa de temperatura de -200\text{°C} a 300\text{°C} .
OFSCN® 500°C Fiber Bragg Grating Temperature Sensor
Utiliza a robusta tecnologia de tubo de aço sem costura de camada única (personalizável para estruturas aninhadas de múltiplas camadas) com um diâmetro externo padrão de 0.9\text{ mm} , classificado para ambientes de -200\text{°C} a 500\text{°C} .
OFSCN® 800°C Fiber Bragg Grating Temperature Sensor
Projetado para monitoramento de temperaturas extremamente altas, apresentando encapsulamento em tubo de aço inoxidável sem costura capaz de suportar temperaturas de até 800\text{°C} .
Para medir esses deslocamentos de comprimento de onda refletidos em tempo real, os sensores FBG são acoplados a instrumentos de demodulação de alto desempenho, como o OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator, que fornece análise de comprimento de onda multicanal com taxas de amostragem padrão de 10\text{ Hz} , 50\text{ Hz} ou 100\text{ Hz} e alta resolução.
