Что такое «двухпиковый феномен»?

Глобальный технический центр OFSCN Техническая база знаний OFSCN
1

Из-за неравномерной герметизации одна вершина разделилась на две. Можно ли еще использовать этот датчик?

2

В идеальном случае центр отражения гребенки волоконного брэгговского интерферометра (FBG) соответствует условию Брэгга:

\lambda_B = 2 n_{\text{eff}} \Lambda

где n_{\text{eff}} — эффективный показатель преломления основной моды сердцевины, а \Lambda — период решетки. При изотропных и равномерно распределенных осевых нагрузках два ортогональных поляризационных состояния (ось x и ось y) сердцевины одномодового волокна вырождены ( n_x = n_y = n_{\text{eff}} ), и спектр отражения представляет собой один симметричный пик.

Когда неравномерность инкапсуляции приводит к расщеплению пика отражения на «два пика», это обычно вызывается следующими физическими механизмами, применимость которых в инженерном плане должна оцениваться в зависимости от конкретного метода демодуляции и сценария применения:

I. Физические механизмы, вызывающие «эффект двух пиков»

  1. Введение двулучепреломления (Birefringence) из-за поперечного неравномерного напряжения

    • Механизм:
      Неравномерная усадка инкапсулирующего материала при отверждении, эксцентриситет компаунда или асимметрия зажима механической конструкции приводят к неравномерному поперечному растяжению ( \sigma_x \neq \sigma_y ) на поперечном сечении сердцевины решетки. Через фотоупругий эффект (Photoelastic Effect) эффективные показатели преломления двух ортогональных поляризационных мод разделяются ( n_x \neq n_y ).
    • Проявление:
      Пик отражения расщепляется на два субпика, зависящих от поляризации, которые соответственно соответствуют \lambda_{B,x} = 2 n_x \Lambda и \lambda_{B,y} = 2 n_y \Lambda . Расстояние между двумя пиками прямо пропорционально разнице поперечных напряжений.

  2. Градиент деформации вдоль оси зоны решетки (Strain Gradient / Chirp Effect)

    • Механизм:
      В пределах длины зоны решетки (например, 5 \text{ mm} \sim 10 \text{ mm} ) адгезия или передача жесткости инкапсулирующей среды неравномерны вдоль оси, что приводит к локальному растяжению/сжатию в зоне решетки, в то время как остальная часть находится в расслабленном или другом состоянии деформации.
    • Проявление:
      Это эквивалентно каскадному соединению двух решеток с разными эффективными периодами \Lambda_1 и \lambda_2 , что приводит к расщеплению исходного одиночного пика отражения на два отдельных пика или к сильному асимметричному уширению и появлению вторичных пиков.

II. Можно ли использовать датчик с двумя пиками?

1. В стандартных инженерных приложениях и со стандартными демодуляторами: Обычно не рекомендуется к дальнейшему использованию (считается неисправным/дефектным)

  • Скачки алгоритма (Peak Hopping) и смещение центра масс:
    Большинство коммерческих демодуляторов волоконных брэгговских интерферометров обычно используют аппроксимацию Гаусса, поиск по порогу или алгоритм центра масс (Centroid Algorithm) для фиксации положения одного пика. Когда спектр отражения имеет два пика с близкой энергией, внешние возмущения оптического волокна (вращение состояния поляризации) или небольшие изменения температуры вызывают сильные колебания распределения энергии между двумя пиками, и демодулятор легко перескакивает между вершинами двух пиков, вызывая большие ложные скачки длины волны (возможно, десятки или сотни \text{pm} ).
  • Нелинейные искажения:
    Расщепление пиков, вызванное градиентом осевой деформации, приводит к нелинейной передаче деформации в различных областях во время нагрузки, что приводит к недействительности калибровочных коэффициентов.
  • Вывод:
    В стандартном мониторинге температуры или деформации трещины в инкапсуляции, вызванные концентрацией напряжений или偏载 (bias load), не обеспечивают надежной инженерной точности измерений.

2. В специфических алгоритмах или сценариях научных исследований: Существует ограниченная применимость

  • Датчик поперечной нагрузки/деформации:
    Если два пика вызваны чисто поперечным двулучепреломлением, и демодулятор поддерживает полноспектральную аппроксимацию (Full-spectrum Fitting) с высоким разрешением:
    • Путем извлечения расстояния между двумя пиками \Delta \lambda = |\lambda_{B,x} - \lambda_{B,y}| можно определить величину поперечной нагрузки/давления;
    • Путем извлечения среднего центрального значения длины волны \bar{\lambda} = \frac{\lambda_{B,x} + \lambda_{B,y}}{2} можно компенсировать влияние поперечного напряжения на измерение температуры или осевой деформации.
  • Независимое отслеживание двух длин волн:
    Если программное обеспечение демодулятора обладает способностью независимого отслеживания нескольких пиков, и расстояние между двумя пиками в течение всего диапазона измерений всегда превышает предел разрешения прибора и не сливается, его можно рассматривать как два независимых слабых отражающих пика для отдельной калибровки.

III. Резюме и рекомендации

Если датчик используется для обычных измерений одноосной деформации или мониторинга температуры, двойные пики, вызванные неравномерностью инкапсуляции, являются типичным дефектом инкапсуляции из-за напряжения и рекомендуется к замене или повторной инкапсуляции. Если же он используется для изучения двулучепреломления или в лабораторных условиях с пользовательскими алгоритмами подгонки спектра, то его можно использовать с учетом разделения спектра.