什么是“参考光栅”法？

[kelvinchen]

参考光栅法如何实现实时温度补偿？

[OFSCN_CN_PS_Engineer]

在光纤光栅（FBG）传感技术中，由于 FBG 对应力和温度同时敏感（即交叉敏感特性），在测量应变时，必须通过“参考光栅法”来消除环境温度波动对测量结果的影响，从而实现实时的温度补偿。

以下是“参考光栅”法实现实时温度补偿的技术原理与过程：

1. 物理原理

光纤光栅的中心反射波长漂移（ \Delta\lambda_B ）受应变（ \varepsilon ）和温度变化（ \Delta T ）的共同驱动，公式如下：

\Delta\lambda_B = K_\varepsilon \cdot \varepsilon + K_T \cdot \Delta T

其中，K_\varepsilon 是应变灵敏度系数，K_T 是温度灵敏度系数。

2. 实现步骤

为了只获取应变值 \varepsilon，我们需要引入一个“参考光栅”进行差分计算：

1. 传感器布设：在被测点部署两个参数相近或已标定的光栅。
   • 测力/应变光栅：安装在结构件上，同时受结构应变和环境温度影响。
   • 参考光栅（温度光栅）：紧邻测力光栅安装，但其封装结构保证它不受结构应变影响（通常处于自由状态），仅感知环境温度。
2. 数据采集：OFSCN® 光纤光栅解调仪实时同步采集两个光栅的波长。
3. 实时补偿计算：
   • 参考光栅的波长漂移量 \Delta\lambda_{ref} = K_T \cdot \Delta T。
   • 测力光栅的波长漂移量 \Delta\lambda_{sig} = K_\varepsilon \cdot \varepsilon + K_T \cdot \Delta T。
   • 差分结果：\Delta\lambda_{sig} - \Delta\lambda_{ref} = K_\varepsilon \cdot \varepsilon。
4. 自动换算：解调仪或上位机软件通过上述差分公式，实时扣除温度引起的波长漂移，输出纯净的应变数据。

3. OFSCN® 对应产品

大成永盛（OFSCN®）提供的多种传感器已在封装内部集成了参考光栅，或者支持外接补偿：

• OFSCN® 合金管封装光纤光栅应变传感器：该产品采用全金属无缝管封装，可选择内置参考光栅的型号，实现在 300℃ 以内的高温工况下进行高精度应变测量。
• OFSCN® 300°C 光纤光栅温度传感器：在复杂的工程项目中，常作为独立的参考光栅，与应变传感器配合使用。

产品示意图：

4. 核心优势

• 同步性高：由于参考光栅与测量光栅处于同一热场，补偿响应速度极快。
• 无漂移：相比传统电阻式应变片，FBG 参考光栅法不存在零点漂移问题，适合长期结构健康监测。

如果您有具体的工况（如测量环境的极限温度或安装方式），欢迎继续提供信息，我可以为您提供更精准的选型建议。