Por que os picos de reflexão às vezes se alargam, se dividem ou desaparecem?
Olá frostweaver,
As distorções espectrais que você descreve — alargamento, divisão ou desaparecimento dos picos de reflexão FBG — são indicadores importantes de vários fenômenos físicos ou problemas que afetam o Fiber Bragg Grating (FBG). Como um engenheiro experiente de aplicações de FBG, posso explicar as razões comuns por trás dessas observações:
1. Alargamento dos Picos de Reflexão:
Isso geralmente ocorre quando o FBG experimenta uma distribuição não uniforme de deformação ou temperatura ao longo de seu comprimento. Diferentes seções da grade refletirão a luz em comprimentos de onda de Bragg ligeiramente diferentes, levando a uma resposta espectral ampliada geral. Outra causa pode ser o acoplamento de modos de ordem superior dentro da fibra, embora menos comum em sensoriamento padrão. Em algumas aplicações especializadas, um “FBG chirped” projetado intencionalmente também mostrará um espectro alargado.
2. Divisão dos Picos de Reflexão:
A divisão de picos frequentemente aponta para uma birrefringência induzida ou inerente na fibra óptica na localização da grade. Isso acontece quando:
- Estresse Assimétrico: A fibra é submetida a estresse transversal não uniforme (por exemplo, carga lateral), fazendo com que o índice de refração difira para estados de polarização ortogonais. Cada estado de polarização, então, vê um período de grade ligeiramente diferente, resultando em dois picos de reflexão distintos.
- Deslocamentos de Fase Internos: Deslocamentos de fase não intencionais dentro da própria estrutura do FBG, ou fortes perturbações localizadas (gradientes de deformação/temperatura), podem efetivamente criar “sub-grades” ou mudanças de fase significativas que levam a um pico dividido.
3. Desaparecimento dos Picos de Reflexão:
O desaparecimento de um pico de reflexão FBG pode ser devido a vários fatores críticos:
- Ruptura da Fibra: A razão mais direta; se a fibra óptica estiver fisicamente quebrada dentro ou adjacente ao FBG, o caminho da luz é interrompido e nenhuma reflexão pode ocorrer.
- Apagamento da Grade (Recozimento): A exposição prolongada a temperaturas que excedem os limites de fabricação ou operacionais do FBG pode apagar permanentemente a estrutura da grade. A fotossensibilidade que cria a modulação do índice de refração no núcleo da fibra pode degradar, fazendo com que a grade desapareça. FBGs revestidos com poliacrilato padrão são limitados a cerca de 100°C; os
OFSCN® Polyimide Fiber Bragg Gratings
podem suportar até 300°C, e os
OFSCN® Gold-Coated Fiber Bragg Gratings
até 700°C, oferecendo soluções para ambientes de alta temperatura. - Excedendo Limites de Deformação: Deformação excessiva, além do limite elástico da fibra ou da embalagem do sensor, pode deformar ou danificar permanentemente a grade, levando ao seu desaparecimento ou deslocando o comprimento de onda de Bragg para fora da faixa de detecção do interrogador.
- Descolamento/Falha do Sensor: Para sensores FBG embalados, o descolamento da estrutura hospedeira pode levar à perda de transferência de deformação ou a danos mecânicos no próprio elemento FBG, resultando em um sinal perdido.
Para aplicações que exigem desempenho robusto sob altas temperaturas ou condições mecânicas exigentes, embalagens e tipos de fibra especiais são cruciais. Por exemplo, o sensor de deformação FBG embalado em tubo de liga
OFSCN® Alloy Tube Packaged Fiber Bragg Grating strain sensor
é projetado com encapsulamento em tubo metálico contínuo para eliminar problemas de fluência de adesivos e é adequado para aplicações de soldagem de alta temperatura a longo prazo.
Aqui está um exemplo de um sensor de deformação FBG embalado em tubo de liga:
Você pode encontrar parâmetros técnicos mais detalhados em nosso site:
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OFSCN® Alloy Tube Packaged Fiber Bragg Grating Strain Sensor
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OFSCN® Polyimide Fiber Bragg Gratings / Fiber Bragg Grating Strings (bare)
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OFSCN® Gold-Coated Fiber Bragg Gratings / Fiber Bragg Grating Strings (Bare)