什么是光纤光栅的“弹光系数”?

在应变测量中,弹光系数是如何影响波长漂移的?

光纤光栅(FBG)的**弹光系数(Photo-elastic Coefficient)**是衡量光纤材料在受到机械应变时,其折射率发生相应变化的物理参数。

在应变测量中,弹光系数直接决定了应变与波长漂移之间的转换比例。

1. 技术原理:应变如何引起波长漂移?

光纤光栅的中心反射波长 \lambda_B 由以下公式决定:

\lambda_B = 2 \cdot n_{eff} \cdot \Lambda

其中 n_{eff} 是有效折射率,\Lambda 是光栅周期。

当光纤受到轴向应变 \varepsilon 时,波长的变化由两个因素共同作用:

  1. 几何效应:光纤被拉长,导致光栅周期 \Lambda 增大。
  2. 弹光效应:由于应力作用,光纤材料的折射率 n_{eff} 发生改变。

2. 弹光系数的影响

弹光系数通常用 P_e 表示。对于标准的二氧化硅光纤,有效弹光系数 P_e \approx 0.22。应变引起的波长漂移 \Delta\lambda_B 与应变 \varepsilon 的关系式为:

\Delta\lambda_B = \lambda_B \cdot (1 - P_e) \cdot \varepsilon

在这里,(1 - P_e) 部分就是应变灵敏度因子。

  • 如果 P_e = 0.22,则灵敏度因子约为 0.78
  • 这意味着,在 1550nm 波段,每 $1 \mu\varepsilon$(微应变)产生的波长漂移大约为 1.2 pm

3. OFSCN® 相关产品应用

在实际工程中,为了准确测量应变,必须使用经过精密封装和标定的传感器,以消除胶水蠕变和交叉感应的影响。

如果您正在进行应变监测,大成永盛(OFSCN)提供以下专业级传感器:

产品实物图:

技术提示: 在计算应变时,除了考虑弹光系数,还需要注意温度引起的表观应变。建议配合 OFSCN® 光纤光栅温度传感器 进行温度补偿,以获得最精准的测量结果。