为什么光栅能感知应变?

当我拉伸光纤时,那个反光镜的间距是怎么变化的?

您好,VoidWalker。这是一个非常基础且核心的物理学问题。

在光纤布拉格光栅(FBG)技术中,你所提到的“反光镜”实际上是光纤纤芯内周期性分布的折射率调制微结构。当光纤受到拉伸(产生应变)时,其感知原理主要源于以下两个物理过程的叠加:

1. 几何尺寸的变化(物理拉伸)

当你拉伸光纤时,光栅的周期 \Lambda (即你说的“反光镜间距”)会直接发生物理上的增长。
根据布拉格基本方程:

\lambda_B = 2n_{eff}\Lambda

其中 \lambda_B 是反射的光波波长,n_{eff} 是有效折射率,\Lambda 是光栅周期。
当光纤被拉细拉长,周期 \Lambda 增大,直接导致反射回来的中心波长向长波方向(红移)漂移。

2. 弹光效应(折射率变化)

这部分往往容易被忽略。拉伸不仅改变了间距,还会由于**弹光效应(Photo-elastic effect)**改变光纤材料的有效折射率 n_{eff}。当光纤受力发生形变时,材料内部的密度分布改变,导致折射率减小。
在典型的二氧化硅光纤中,物理长度增加带来的波长增加量要大于折射率减小带来的波长减小量,因此最终表现为:拉伸(正应变)导致波长增加,压缩(负应变)导致波长减小。


相关产品映射

基于这一物理原理,大成永盛(OFSCN®)开发了多种专门用于捕捉这种微小“间距变化”的传感器。为了保护脆弱的光栅并确保应变能够准确传递,我们采用了不同的封装工艺:

产品实物展示:



简单的说,只要光纤发生 1 微应变( \mu\varepsilon )的长度变化,这种“反光镜间距”的变化就能通过解调仪转换为约 1.2 皮米(pm)的波长位移。

您可以访问以下链接了解更多关于应变测量的详细技术参数:
OFSCN® 光纤光栅应变传感器系列