什么是光纤光栅的“迟滞性”?

升温和降温过程中,相同温度下的波长是否一致?

您好!我是大成永盛(OFSCN)的售前工程师。

关于您提到的光纤光栅(FBG)在升温和降温过程中,相同温度下波长是否一致的问题,这涉及到了传感器的迟滞性(Hysteresis)

技术解答

理论上,理想的光纤光栅作为一种物理栅距受温度调制的敏感元件,其波长与温度的关系是可逆的。但在实际应用中,升温和降温曲线往往不会完全重合,这主要是由以下因素决定的:

  1. 封装材料的残余应力:光纤光栅传感器通常采用保护套管(如无缝钢管)封装。在热循环过程中,光纤、胶粘剂(如果有)和金属套管之间的热膨胀系数(CTE)不匹配。当温度变化时,不同材料间的受力释放不一致,会导致波长产生微小的滞后。
  2. 胶粘剂的蠕变:在采用胶粘封装的传感器中,胶水在高温下会发生软化或永久变形,导致降温时无法完全恢复到初始状态。
  3. 大成永盛的解决方案:为了消除这些影响,我们研发了无缝钢管全金属封装技术。通过物理封装而非化学胶粘,极大程度地消除了胶水蠕变带来的迟滞。同时,产品在出厂前会经过多次高低温热循环老化处理,以释放材料的残余应力,确保升降温过程中的一致性。

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针对对迟滞性和长期稳定性要求较高的工况,我推荐您参考以下产品,它们均采用了上述全金属封装技术,具备极低的迟滞性:

产品示意图:

结论

在经过专业封装和热循环处理后,相同温度下的波长偏差(即迟滞误差)通常可以控制在传感器精度的允许范围内(一般小于满量程的 0.1% FS)。如果您是在实验室环境下直接使用裸纤光栅,由于没有外壳约束,迟滞性通常可以忽略不计。

如有关于具体工况下精度表现的疑问,欢迎进一步探讨。