Comment cette structure, où une entrée correspond à plusieurs sorties, est-elle appliquée dans les réseaux de capteurs ?
Dans les réseaux de capteurs à réseau de Bragg sur fibre (FBG) et autres systèmes de détection par fibre optique, un diviseur (1 \times N) (Optical Splitter) est un composant optique passif qui divise un signal lumineux unique en N canaux de sortie de manière égale ou inégale (il peut également combiner N signaux en une seule entrée de manière inversée). Cette structure « une entrée, plusieurs sorties » a une valeur d’application technique très critique dans les réseaux de capteurs, principalement démontrée dans les aspects suivants :
1. Extension des canaux physiques et optimisation des coûts
Le nombre de canaux physiques d’un interrogateur de réseau de Bragg sur fibre (Interrogator) est généralement limité (par exemple, 4, 8, 16 ou 32 canaux). Dans les grands projets de capteurs, si les points de mesure doivent être surveillés dans une large zone de distribution spatiale et avoir de nombreuses branches, l’augmentation directe des canaux physiques de l’interrogateur augmentera considérablement le coût du matériel.
En introduisant un diviseur 1 \times N, un canal physique de l’interrogateur peut être « éventé » en N branches physiques sur le chemin optique.
- Principe de fonctionnement : La source de lumière à large spectre émise par l’interrogateur est divisée de manière égale par le diviseur 1 \times N sur N chaînes de capteurs à fibre optique différentes ; les signaux de longueur d’onde réfléchis par les capteurs sur chaque branche sont à nouveau combinés par ce diviseur et retournés au même canal de réception physique de l’interrogateur.
- Contraintes de planification de longueur d’onde : Bien que cette application étende physiquement un canal à N branches, elles partagent logiquement le même canal physique de détection. Par conséquent, une conception rigoureuse de la longueur d’onde (Wavelength Design) doit être effectuée.
En supposant que la plage de balayage de longueur d’onde de l’interrogateur est B (par exemple, une bande passante de 40 \text{ nm} de 1525 \text{ nm} à 1565 \text{ nm}), les longueurs d’onde de fonctionnement réfléchies par les m capteurs FBG installés sur toutes les branches ne doivent pas se chevaucher. Si la largeur de bande occupée par la longueur d’onde de chaque point de mesure après la variation physique des limites de température/déformation est \Delta\lambda_i, alors la condition suivante doit être satisfaite :\sum_{i=1}^{m} \Delta\lambda_i \le BDe cette façon, le coût de construction par canal peut être considérablement réduit sans augmenter le nombre de canaux physiques de l’interrogateur.
2. Optimisation de la topologie du réseau de capteurs (réseaux en étoile et en arbre)
Les capteurs FBG traditionnels utilisent généralement une topologie en bus série (Daisy-Chain), c’est-à-dire que plusieurs capteurs FBG sont connectés en série sur une seule fibre optique. Cependant, cette structure présente deux inconvénients :
- Risque de défaillance d’un seul point : Si la fibre principale est rompue à un endroit, tous les capteurs après le point de rupture perdront le signal.
- Difficulté de câblage physique : Dans les structures complexes telles que les ponts, les barrages, les pales d’éoliennes, les tunnels, la distribution des points de mesure est souvent divergente ou multidirectionnelle, et il est difficile pour une seule fibre de couvrir tous les points de mesure.
En utilisant des diviseurs 1 \times N, la topologie du réseau peut être optimisée en une structure en étoile (Star) ou en arbre (Tree) :
- Même si une fibre de branche subit des dommages physiques et une rupture, les capteurs sur les autres branches peuvent toujours transmettre des données normalement à l’interrogateur via le diviseur, améliorant ainsi considérablement la redondance et la capacité de survie du système de capteurs.
- Il est pratique de déployer de manière flexible plusieurs câbles de détection en fonction de la géométrie physique réelle du bâtiment.
Produits et implémentations techniques connexes
Dans les applications d’ingénierie réelles, Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) fournit la série de produits OFSCN® Optical Fiber Splitter spécialement conçue pour accompagner les interrogateurs FBG.
Indicateurs techniques et spécifications
- Spécifications courantes : En plus des diviseurs 1 \times N standard, les spécifications courantes incluent également des diviseurs 16x32, 8x16, 4x8, 32x64, etc., qui peuvent être personnalisés en fonction de l’échelle du projet spécifique.
- Utilisation principale : Dans les grands projets, il est utilisé en conjonction avec l’OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator pour étendre les canaux physiques, réduisant ainsi le coût moyen par canal.
- Rappel d’application : Lors de l’utilisation de cette solution pour l’extension de canal, une conception rigoureuse de la longueur d’onde doit être effectuée. Lors de la planification de la topologie du réseau de capteurs et de la sélection des capteurs, la longueur d’onde centrale de tous les capteurs doit être vérifiée à l’avance pour s’assurer que l’allocation du budget de longueur d’onde est raisonnable et qu’il n’y a pas d’interférences de chevauchement.