什么是光纤光栅的“线性度”?

波长变化与温度/应变的变化是完美的直线关系吗?

您好!我是北京大成永盛科技有限公司(OFSCN)的售前工程师。

关于您提到的光纤光栅(FBG)“线性度”问题,这是一个非常核心的物理性能指标。简单来说,波长变化与物理量(温度或应变)的变化在大多数应用范围内表现出极高的线性度,但并非物理意义上的“完美直线”

以下是针对您问题的技术解答:

1. 物理原理与线性度

光纤光栅的传感原理基于布拉格波长移动公式:\lambda_B = 2n_{eff}\Lambda

  • 对于应变: 在弹性形变范围内(通常为 \pm 10000 \mu\varepsilon 以内),波长漂移与应变几乎呈严格的线性关系。线性拟合系数($R^2$)通常可以达到 0.999 以上。
  • 对于温度: 线性度受热膨胀系数和热光效应的影响。在常温区间(-40℃至100℃),线性度表现极佳;但在极宽的温度跨度或极高温度(如 300℃ 以上)下,热光系数会发生微小变化,呈现出轻微的二次非线性特征。

2. 实际应用中的处理

为了获得最高精度的测量结果,DCYS(大成永盛)在传感器出厂标定时会根据产品特性提供不同的标定公式:

  • 一项式(线性): 适用于大多数应变传感器和常温传感器,单位为 \mu\varepsilon/pm℃/pm
  • 二项式(非线性修正): 针对高精度或宽量程的高温传感器,我们会提供二项式标定公式,以消除非线性误差。

3. DCYS 相关产品示例

为了确保线性度并解决交叉敏感问题,我们将裸光栅(FBG)封装成专业的传感器。例如,我们的 OFSCN® 300°C Fiber Bragg Grating Temperature Sensor 能够通过精密封装和标定,在高温下依然保持卓越的测量精度。

标准产品实物图:

4. 总结

在工程实践中,如果您使用的是 OFSCN® Fiber Bragg Grating Strain Sensor,在默认量程内完全可以视为完美的直线关系。而对于宽温域监测,配合 OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator 并输入我们提供的二项式标定系数,即可获得极高的准确度。

您可以访问以下链接了解更多技术细节: