OFSCN®, neden basit doğrusal formüller yerine karmaşık binomları kullanmayı öneriyor?
Fiber Bragg Grating (FBG) sensör teknolojisinde, sıcaklık aralığı, ölçüm hassasiyeti gereksinimleri ve malzemenin optik-termal fiziksel özellikleri göz önüne alındığında, basit lineer formül (birinci dereceden formül) yerine binomiyal uygun formülün (ikinci dereceden polinom) kullanılıp kullanılmayacağı belirlenir.
Bir. Fiziksel Mekanizma: Doğrusallığın Temel Kaynağı
Fiber Bragg Grating’in merkez yansıtma dalga boyu \lambda_B, Bragg koşulunu karşılar:
\lambda_B = 2 n_{\text{eff}} \Lambda
Ortam sıcaklığı T değiştiğinde, dalga boyu kayması iki temel fiziksel parametreden etkilenir:
- Termo-Optik Etki: Işık fiber çekirdeğinin efektif kırılma indisinin sıcaklıkla değişimi \frac{dn_{\text{eff}}}{dT} ;
- Termal Genleşme Etkisi: Fiber ve kapsülleme malzemelerinin termal genleşme katsayısı \alpha = \frac{1}{\Lambda}\frac{d\Lambda}{dT} .
Normal sıcaklık ve küçük sıcaklık aralıklarında (örneğin oda sıcaklığından 100\ ^\circ\text{C} 'ye kadar), silika malzemenin termo-optik katsayısı ve metal kapsülleme malzemesinin termal genleşme katsayısı yaklaşık olarak sabit kabul edilebilir ve sıcaklık ile dalga boyu değişimi arasında iyi bir lineer ilişki vardır.
Ancak, geniş sıcaklık aralıklarında veya yüksek sıcaklık ortamlarında (örneğin 300\ ^\circ\text{C} , 500\ ^\circ\text{C} veya hatta 800\ ^\circ\text{C} üzerindeki sıcaklıklar veya derin soğukluk aralıkları):
- Silika camın termo-optik katsayısı \xi(T) , sıcaklık arttıkça önemli ölçüde artar (sabit bir sabit değildir);
- Metal koruyucu tüpün (örneğin dikişsiz çelik boru, alaşım boru) termal genleşme katsayısı \alpha(T) da sıcaklığa bağlı olarak doğrusal olmayan bir değişim gösterir;
- Fiber Bragg Grating’in sıcaklık hassasiyeti ( \frac{d\lambda}{dT} ), sıcaklık arttıkça giderek artar (hassasiyet eğrisi yukarı doğru bükülür).
Bu durumda hala basit bir lineer formül ile uyum sağlanmaya çalışılırsa, uyum eğrisinin uçlarında ve orta kesiminde önemli sistemik hatalar (genellikle birkaç santigrat derece veya daha fazla) oluşur. İkinci dereceden terimin eklenmesi, termo-optik ve termal genleşme katsayılarının sıcaklıkla değişmesinden kaynaklanan ikinci dereceden doğrusal olmayan etkileri doğru bir şekilde telafi etmeyi mümkün kılar.
İki. Kalibrasyon Formülü Biçimi
Çözümleyici ve veri işleme sistemlerinde, sıcaklık ile dalga boyu değişimi \Delta \lambda (birimi: \text{pm}) arasındaki karşılık genellikle aşağıdaki biçimde kullanılır:
-
Lineer Formül (Tek Dereceli Formül):
T = K_1 \cdot \Delta \lambda + T_0(Birimi kalibrasyon katsayısı genellikle \ ^\circ\text{C}/\text{pm} )
-
Binomiyal Uygun Formül (İkinci Dereceden Polinom):
T = A \cdot (\Delta \lambda)^2 + B \cdot (\Delta \lambda) + CBurada A ikinci dereceden terim katsayısı, B birinci dereceden terim katsayısı ve C sabit ofset terimidir.
Binomiyal uygunluk, yalnızca geniş sıcaklık aralığındaki doğrusal olmayan yanıtı kapsamakla kalmaz, aynı zamanda tüm sıcaklık aralığında veri uyum kalitesini de ( R^2 \ge 0.9999 ) önemli ölçüde artırır.
Üç. OFSCN® Sensörlerinin Mühendislik Kalibrasyon Uygulamaları
Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®), farklı sensörlerin tasarlanmış sıcaklık ölçüm aralıklarına göre hedeflenmiş fabrika kalibrasyon stratejileri uygular:
- Dar Sıcaklık/Normal Sıcaklık Sensörleri ( \le 100\ ^\circ\text{C} ):
- Çözümleyici algoritmasının işlem yükünü basitleştirmek için varsayılan olarak tek dereceli kalibrasyon (lineer formül) kullanılır.
- İlgili ürünler: OFSCN® 100°C Fiber Bragg Grating Temperature Sensor
- Orta Yüksek Sıcaklık/Ultra Yüksek Sıcaklık Sensörleri ( 300\ ^\circ\text{C} , 500\ ^\circ\text{C} , 800\ ^\circ\text{C} ):
- Yüksek sıcaklıklarda termo-optik ve termal genleşme katsayılarının doğrusal olmayan etkilerinden kaynaklanan ölçüm hatalarını ortadan kaldırmak için varsayılan olarak binomiyal uygunluk kalibrasyonu (binomiyal birimi \ ^\circ\text{C}/\text{pm} ) kullanılır.
- İlgili ürünler:
Daha fazla model ve sıcaklık ürünü toplama bağlantısı için bakınız: OFSCN® FBG Sıcaklık Sensörü Ürünleri Toplama Bağlantısı。