Warum verbreitern, spalten oder verschwinden Reflexionsspitzen manchmal?
Hallo Frostweber,
Die von Ihnen beschriebenen spektralen Verzerrungen – Verbreiterung, Aufspaltung oder Verschwinden von FBG-Reflexionsspitzen – sind wichtige Indikatoren für verschiedene physikalische Phänomene oder Probleme, die das Fiber Bragg Grating (FBG) beeinträchtigen. Als erfahrener FBG-Anwendungsingenieur kann ich die häufigsten Gründe für diese Beobachtungen erläutern:
1. Verbreiterung von Reflexionsspitzen:
Dies tritt typischerweise auf, wenn das FBG einer ungleichmäßigen Spannungs- oder Temperaturverteilung entlang seiner Länge ausgesetzt ist. Verschiedene Abschnitte des Gitters reflektieren dann Licht bei leicht unterschiedlichen Bragg-Wellenlängen, was zu einer insgesamt verbreiterten spektralen Antwort führt. Eine weitere Ursache kann die Kopplung von Moden höherer Ordnung innerhalb der Faser sein, obwohl dies bei Standardmessungen seltener vorkommt. Bei einigen spezialisierten Anwendungen zeigt ein absichtlich konstruiertes „Chirped FBG“ ebenfalls ein verbreitertes Spektrum.
2. Aufspaltung von Reflexionsspitzen:
Die Aufspaltung von Spitzen deutet oft auf eine induzierte oder inhärente Doppelbrechung in der optischen Faser am Ort des Gitters hin. Dies geschieht, wenn:
- Asymmetrische Belastung: Die Faser wird einer ungleichmäßigen Querspannung (z. B. Seitenbelastung) ausgesetzt, wodurch der Brechungsindex für orthogonale Polarisationszustände unterschiedlich wird. Jeder Polarisationszustand sieht dann eine leicht unterschiedliche Gitterperiode, was zu zwei getrennten Reflexionsspitzen führt.
- Interne Phasensprünge: Unbeabsichtigte Phasensprünge innerhalb der FBG-Struktur selbst oder starke lokalisierte Störungen (Spannungs-/Temperaturgradienten) können effektiv zwei „Untergitter“ erzeugen oder signifikante Phasenänderungen bewirken, die zu einer aufgespaltenen Spitze führen.
3. Verschwinden von Reflexionsspitzen:
Das Verschwinden einer FBG-Reflexionsspitze kann auf mehrere kritische Faktoren zurückzuführen sein:
- Faserbruch: Der direkteste Grund; wenn die optische Faser innerhalb oder neben dem FBG physisch gebrochen ist, wird der Lichtweg unterbrochen und es kann keine Reflexion stattfinden.
- Gitterlöschung (Auslagern): Langfristige Exposition gegenüber Temperaturen, die die Herstellungs- oder Betriebsgrenzen des FBG überschreiten, kann die Gitterstruktur dauerhaft löschen. Die Lichtempfindlichkeit, die die Modulation des Brechungsindex im Faserkern erzeugt, kann abnehmen, was zum Verschwinden des Gitters führt. Standard-FBGs mit Polyacrylat-Beschichtung sind auf etwa 100 °C begrenzt;
OFSCN® Polyimid-Faser-Bragg-Gitter können bis zu 300 °C standhalten, und
OFSCN® Goldbeschichtete Faser-Bragg-Gitter bis zu 700 °C, was Lösungen für Umgebungen mit hohen Temperaturen bietet.
- Überschreitung der Belastungsgrenzen: Übermäßige Belastung, die über die elastische Grenze der Faser oder der Sensorverpackung hinausgeht, kann das Gitter dauerhaft verformen oder beschädigen, was zu seinem Verschwinden oder einer Verschiebung der Bragg-Wellenlänge aus dem Erfassungsbereich des Interrogators führt.
- Sensor-Entkopplung/Fehler: Bei verpackten FBG-Sensoren kann eine Entkopplung von der Trägerstruktur zu einem Verlust der Spannungsübertragung oder zu mechanischen Beschädigungen des FBG-Elements selbst führen, was zu einem Signalverlust führt.
Für Anwendungen, die eine robuste Leistung unter hohen Temperaturen oder anspruchsvollen mechanischen Bedingungen erfordern, sind spezielle Verpackungen und Fasertypen entscheidend. Zum Beispiel ist der
OFSCN® Fiber Bragg Grating Dehnungssensor in Aluminiumrohr-Verpackung mit einer nahtlosen Vollmetallrohr-Verkapselung konstruiert, um Kriechprobleme von Klebstoffen zu vermeiden, und eignet sich für Langzeit-Schweißanwendungen bei hohen Temperaturen.
Hier ist ein Beispiel für einen FBG-Dehnungssensor in Aluminiumrohr-Verpackung:
Detailliertere technische Parameter finden Sie auf unserer Website:
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OFSCN® Fiber Bragg Grating Dehnungssensor in Aluminiumrohr-Verpackung
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OFSCN® Polyimid Faser-Bragg-Gitter / Faser-Bragg-Gitter-Strings (unbeschichtet)
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OFSCN® Goldbeschichtete Faser-Bragg-Gitter / Faser-Bragg-Gitter-Strings (unbeschichtet)