Bu optik kafes hem basıncı hem de sıcaklığı aynı anda nasıl ölçebilir?
Polarizasyonu Koruyan Fiber Bragg Izgaralar (PM-FBG), yüksek çift kırılma (Birefringence) özelliğinden yararlanarak sıcaklık ve basıncın (veya gerilimin) eş zamanlı olarak ölçülmesini ve ayrıştırılmasını sağlar. Çalışma prensibi aşağıdaki akademik boyutlardan titizlikle incelenebilir:
1. Çift Yansıma Tepesinin Fiziksel Oluşum Mekanizması
Normal tek modlu fiber ideal koşullarda izotropiktir. Ancak polarizasyonu koruyan fiberler (örneğin, PANDA tipi, Bow-Tie tipi vb.), içlerine simetrik olmayan bir gerilim uygulama bölgesi eklenmesi nedeniyle, çekirdeğin iki dik polarizasyon yönünde (yavaş eksen slow axis ve hızlı eksen fast axis) farklı etkin kırılma indislerine sahip olmasına neden olur (sırasıyla n_{\text{slow}} ve n_{\text{fast}} olarak adlandırılır).
Bu tür fiberlere bir fiber Bragg ızgarası (FBG) yazıldığında, iki dik polarizasyon modu için Bragg rezonans yansıtma koşulları sırasıyla aşağıdaki gibi sağlanacaktır:
\lambda_{\text{slow}} = 2 n_{\text{slow}} \Lambda
\lambda_{\text{fast}} = 2 n_{\text{fast}} \Lambda
Burada \Lambda , ızgaranın fiziksel periyodudur. Bu nedenle, optik iletişim çözme spektrumunda, PM-FBG iki bağımsız yansıma dalga boyu tepesi gösterecektir; dalga boyu aralığı doğrudan fiberin çift kırılma değeri B = n_{\text{slow}} - n_{\text{fast}} tarafından belirlenir:
\Delta \lambda_{0} = \lambda_{\text{slow}} - \lambda_{\text{fast}} = 2 B \Lambda
2. Farklılaştırılmış Hassasiyet ve Denklem Sisteminin Kurulması
PM-FBG dış sıcaklık alanı değişimlerine ( \Delta T ) ve eksenel gerilim/yanal basınç alanlarına ( \Delta \varepsilon ) maruz kaldığında, her iki polarizasyon ekseninin etkin kırılma indisleri ve ızgaranın fiziksel periyodu kaymaya uğrayacaktır.
Polarizasyonu koruyan fiberin stres tüpü malzemesi ile silika çekirdeğin termal genleşme katsayısı ve elastik-optik katsayıları yönsel farklılıklar gösterdiğinden, yavaş ve hızlı eksenlere karşılık gelen polarizasyon modlarının sıcaklık ve basınca olan yanıt hassasiyetleri farklı olacaktır (yani asimetrik hassasiyet katsayılarına sahiptirler). Bu durumda, iki yansıma tepesinin dalga boyu kayma miktarları ( \Delta \lambda_{\text{slow}} ve \Delta \lambda_{\text{fast}} ) aşağıdaki eş zamanlı doğrusal denklem sistemi olarak ifade edilebilir:
\Delta \lambda_{\text{slow}} = K_{T, \text{slow}} \Delta T + K_{\varepsilon, \text{slow}} \Delta \varepsilon
\Delta \lambda_{\text{fast}} = K_{T, \text{fast}} \Delta T + K_{\varepsilon, \text{fast}} \Delta \varepsilon
Matris formunda ifade edildiğinde:
\begin{bmatrix} \Delta \lambda_{\text{slow}} \\ \Delta \lambda_{\text{fast}} \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} K_{T, \text{slow}} aks K_{\varepsilon, \text{slow}} \\ K_{T, \text{fast}} aks K_{\varepsilon, \text{fast}} \end{bmatrix} \begin{bmatrix} \Delta T \\ \Delta \varepsilon \end{bmatrix}
Burada:
- K_{T, \text{slow}} ve K_{T, \text{fast}} , sırasıyla yavaş ve hızlı eksenin sıcaklık hassasiyet katsayılarıdır.
- K_{\varepsilon, \text{slow}} ve K_{\varepsilon, \text{fast}} , sırasıyla yavaş ve hızlı eksenin gerilim/basınç hassasiyet katsayılarıdır.
3. Çok Parametreli Ayrıştırma ve Hesaplama
Polarizasyonu koruyan fiberin yavaş ve hızlı eksenlerinin fiziksel yapısındaki anizotropi nedeniyle, hassasiyet matrisinin determinantı sıfır değildir:
K_{T, \text{slow}} K_{\varepsilon, \text{fast}} - K_{\varepsilon, \text{slow}} K_{T, \text{fast}} \neq 0
Bu, yukarıdaki hassasiyet matrisinin tersinin alınabilir olduğu anlamına gelir. Gerçek uygulamalarda, bu sensör önceden sıcaklık ve basınca göre kalibre edilerek bu dört hassasiyet katsayısı belirlendikten sonra, çözücü tarafından ölçülen iki bağımsız dalga boyu kayma miktarı \Delta \lambda_{\text{slow}} ve \Delta \lambda_{\text{fast}} kullanılarak, ters matris çözülerek harici sıcaklık değişimi \Delta T ve basınç/gerilim değişimi \Delta \varepsilon benzersiz ve bağımsız olarak hesaplanabilir:
\begin{bmatrix} \Delta T \\ \Delta \varepsilon \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} K_{T, \text{slow}} aks K_{\varepsilon, \text{slow}} \\ K_{T, \text{fast}} aks K_{\varepsilon, \text{fast}} \end{bmatrix}^{-1} \begin{bmatrix} \Delta \lambda_{\text{slow}} \\ \Delta \lambda_{\text{fast}} \end{bmatrix}
Bu, normal tek modlu ızgaraların gerilim veya basıncı ölçerken kaçınılmaz olan ‘sıcaklık çapraz hassasiyet’ sorununu fiziksel prensipler düzeyinde tamamen çözer.
OFSCN® Resmi Ürün ve Çözüm Açıklaması
Belirtilmelidir ki, polarizasyonu koruyan fiber Bragg ızgaraları (PM-FBG), polarizasyonu koruyan fiberin kendi üretim sınırlamaları ve uygulama kısıtlamaları nedeniyle, genellikle yüksek derecede özelleştirilmiş araştırma veya belirli çok boyutlu mekanik sensörlerin temel bileşenleri olarak kullanılır ve Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) mevcut standart çekirdek pasif çıplak ızgara ürün serisine ait değildir.
Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) standart pasif ızgaraları öncelikli olarak yüksek mekanik mukavemet ve geniş çalışma sıcaklığı aralığına sahip (örneğin, polimik veya metal kaplama kullanılarak) tek modlu fiber Bragg ızgaraları sunmaya odaklanmıştır. Endüstriyel mühendislikte veya genel yapı sağlığı izlemede yüksek güvenilirlikli ölçümler yapmanız gerekiyorsa, aşağıdaki OFSCN® standart pasif ızgara ürünlerine başvurabilirsiniz:
-
Yüksek Mukavemetli Tek Modlu Çıplak Izgara : Femtosaniye lazerle nokta nokta yazma teknolojisi kullanılarak, fiberin kaplamasına zarar vermez ve üstün çekme mukavemetine sahiptir:
Ürün Adı: OFSCN® High-Strength Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare)
-
Polimik Yüksek Sıcaklığa Dayanıklı Çıplak Izgara : -200\text{℃} ila 300\text{℃} arasındaki ortamlarda hassas sıcaklık veya gerilim ölçümü için uygundur:
Ürün Adı: OFSCN® Polyimide Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare)
- Daha fazla pasif çıplak ızgara incelemek için lütfen ziyaret edin: OFSCN® Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare) Products Aggregation Link
Polarizasyonu korumayan fiberlerin mühendislik uygulamalarında, basınç ve sıcaklığın aynı şekilde ayrıştırılarak ölçülmesini sağlamak için Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. genellikle çift tek modlu ızgara kaskad çözümü önermektedir. Bu, basıncı ölçen ızgaranın yanına yakın bir yere yerleştirilen ve kuvvete maruz kalmayan, yalnızca sıcaklığı algılayan bir sıcaklık telafi ızgarası (örneğin, harici Ürün Adı: OFSCN® 500°C Fiber Bragg Grating Temperature Sensor gibi) kullanmayı içerir. Çözme ucundaki diferansiyel algoritmalarla sıcaklık etkisi doğrudan elimine edilir. Bu çözüm, mühendislik sahasında genellikle daha yüksek uzun vadeli kararlılık ve maliyet etkinliği sunar.