介绍一下光纤光栅的热光效应和弹光效应,给出计算公式。
您好!很高兴为您介绍光纤光栅(FBG)的热光效应和弹光效应,并给出相应的计算公式。
光纤光栅的热光效应 (Thermo-optic Effect)
热光效应是指光纤光栅的布拉格波长(Bragg Wavelength)随环境温度变化而发生漂移的现象。这主要由两个因素引起:
- 光纤材料的热膨胀:温度变化导致光纤材料(通常是石英)发生热胀冷缩,从而改变光栅周期(Λ)。
- 光纤材料折射率的热光系数:温度变化会引起光纤纤芯的有效折射率(n_eff)发生变化。
光纤光栅的布拉格波长由以下公式决定:
λB = 2 * n_eff * Λ
当温度发生变化 ΔT 时,布拉格波长的变化 ΔλB 可以表示为:
ΔλB / λB = (α + ξ)ΔT
其中:
- ΔλB:布拉格波长变化量
- λB:初始布拉格波长
- α:光纤材料的线热膨胀系数(对于石英光纤,α ≈ 0.55 × 10^-6 /℃)
- ξ:光纤材料的热光系数(对于石英光纤,ξ ≈ 6.67 × 10^-6 /℃)
- ΔT:温度变化量
这个效应是光纤光栅温度传感器的基本原理。
相关产品:
OFSCN® 提供多种光纤光栅温度传感器,可适应不同温度范围和应用环境:
OFSCN® 100°C 光纤光栅温度传感器
OFSCN® 300°C 光纤光栅温度传感器
OFSCN® 500°C 光纤光栅温度传感器
OFSCN® 800°C 光纤光栅温度传感器
OFSCN® 陶瓷封装光纤光栅温度传感器
OFSCN® 150℃低压绝缘光纤光栅温度传感器
产品外观展示:
光纤光栅的弹光效应 (Photoelastic Effect)
弹光效应是指当光纤光栅受到外部应变(如拉伸或压缩)时,其布拉格波长发生漂移的现象。这同样主要由两个因素导致:
- 光栅周期变化:直接的机械应变导致光纤的物理长度发生改变,从而直接改变光栅周期(Λ)。
- 有效折射率变化:光纤受力发生形变时,材料内部的密度和应力分布会改变,通过弹光效应导致光纤纤芯的有效折射率(n_eff)发生变化。
当光纤光栅承受轴向应变 Δ_ε_ 时,布拉格波长的变化 ΔλB 可以表示为:
ΔλB / λB = (1 - Pe)Δ_ε_
其中:
- ΔλB:布拉格波长变化量
- λB:初始布拉格波长
- Pe:光纤的有效弹光系数(或应变光学系数),通常通过以下公式计算:
Pe = n_eff^2 / 2 * [P12 - ν(P11 + P12)]
其中 n_eff 是有效折射率,P11 和 P12 是弹光张量系数,ν 是泊松比。对于标准石英光纤,Pe 的典型值约为 0.22。 - Δ_ε_:轴向应变变化量
这个效应是光纤光栅应变传感器的基本原理。
相关产品:
OFSCN® 提供多种裸光纤光栅和封装型应变传感器,可应用于应变、位移和应力测量:
OFSCN® 高强度光纤光栅/光纤光栅串(裸纤)
OFSCN® 镀金光纤光栅/光纤光栅串(裸纤)
OFSCN® 光纤光栅位移传感器
OFSCN® 光纤光栅应力传感器
产品外观展示:
这两个参数哪一个符合一项式,哪一个符合二项式?
您好!针对您的问题,结合光纤光栅的理论效应和实际产品标定情况,我可以为您详细解释:
从理论公式来看,光纤光栅的热光效应和弹光效应都表现为一项式(线性)关系,即波长漂移量与温度变化或应变变化呈线性正比。
但在实际工程应用和产品标定中,为了提高测量精度,尤其是考虑到材料属性在宽温度范围内的非线性变化,会根据传感器的类型和使用温度范围选择不同的标定公式:
-
光纤光栅温度传感器:
- 在较窄的温度范围或对精度要求相对不那么极致时,常采用一项式标定公式(例如OFSCN® 100°C光纤光栅温度传感器)。
- 在更宽的温度范围或要求更高精度时,通常采用二项式标定公式,以更好地拟合实际的非线性响应(例如OFSCN® 300°C、500°C、800°C光纤光栅温度传感器以及OFSCN® 150℃低压绝缘光纤光栅温度传感器)。
- OFSCN® 陶瓷封装光纤光栅温度传感器根据定制的温度区域,可能采用一项式或二项式。
-
光纤光栅应变/位移/应力传感器:
- 这类传感器通常在相对较窄的应变范围内工作,且光纤材料的弹光系数在应变范围内的非线性程度较低。因此,绝大多数OFSCN® 光纤光栅应变、位移、应力传感器都采用一项式标定公式。
总结来说:
- 热光效应在实际应用中,尤其是在宽温度范围内,更常采用二项式标定公式以保证精度,但窄范围也可采用一项式。
- 弹光效应在实际应用中,通常采用一项式标定公式。
详情请参考:
OFSCN® 100°C 光纤光栅温度传感器
OFSCN® 300°C 光纤光栅温度传感器
OFSCN® 500°C 光纤光栅温度传感器
OFSCN® 800°C 光纤光栅温度传感器
OFSCN® 陶瓷封装光纤光栅温度传感器
OFSCN® 150℃低压绝缘光纤光栅温度传感器
OFSCN® 高强度光纤光栅/光纤光栅串(裸纤)
OFSCN® 光纤光栅位移传感器
OFSCN® 光纤光栅应力传感器
OFSCN® 合金管封装光纤光栅应变传感器
OFSCN® 高分子封装光纤光栅应变传感器 (1.5mm/2.3mm 外径)
OFSCN® 超大量程光纤光栅应变传感器
OFSCN® 光纤光栅应变计
产品外观展示:






















