Em uma rede de sensores, como a estrutura de uma entrada para múltiplas saídas é aplicada?
Em redes de sensores de fibra de grade (FBG) e outros sistemas de sensoriamento por fibra óptica, um divisor óptico de 1\times N (Optical Splitter) é um componente óptico passivo que divide um único sinal óptico em N saídas de canal, igualmente ou desigualmente (e também pode combinar N sinais de entrada em uma única saída em sentido inverso). Essa estrutura de “uma entrada e múltiplas saídas” tem um valor de aplicação de engenharia muito crítico em redes de sensores, principalmente nos seguintes aspectos:
1. Expansão de Canal Físico e Otimização de Custo
O número de canais físicos em um interrogador de fibra de grade (Interrogator) é geralmente limitado (por exemplo, 4, 8, 16 ou 32 canais). Em grandes projetos de sensoriamento, se os pontos de monitoramento forem espacialmente distribuídos e tiverem muitos ramos, o aumento direto dos canais físicos do interrogador aumentará significativamente o custo do hardware.
Ao introduzir um divisor de 1\times N, um canal físico do interrogador pode ser “irradiado” para N ramos físicos no caminho óptico.
- Princípio de Funcionamento: A fonte de luz de banda larga emitida pelo interrogador passa pelo divisor de 1\times N e é distribuída uniformemente para N cadeias de sensores de fibra diferentes; os sinais de comprimento de onda refletidos pelos sensores em cada ramo são combinados novamente através deste divisor e retornam ao mesmo canal de recepção física do interrogador.
- Restrição de Planejamento de Comprimento de Onda: Embora essa aplicação expanda fisicamente um canal para N ramos, logicamente eles ainda compartilham o mesmo canal físico de interrogatório. Portanto, um Planejamento de Comprimento de Onda (Wavelength Design) rigoroso deve ser realizado.
Suponha que o alcance de varredura de comprimento de onda do interrogador seja B (por exemplo, uma largura de banda de 40\text{ nm} de 1525\text{ nm} a 1565\text{ nm}), e os comprimentos de onda de trabalho de reflexão dos m sensores FBG instalados em todos os ramos não devem se sobrepor. Se a largura de ocupação do comprimento de onda após a mudança física limite de temperatura/deformação considerada para cada ponto for \Delta\lambda_i, então deve ser satisfeito:\sum_{i=1}^{m} \Delta\lambda_i \le BIsso pode reduzir o custo de construção por canal pela metade sem aumentar o número de canais físicos do interrogador.
2. Otimização da Topologia da Rede de Sensores (Redes Estrela e Árvore)
O sensoriamento tradicional por fibra de grade geralmente adota uma topologia de barramento em série (Daisy-Chain), onde vários sensores FBG são conectados em série em uma única fibra óptica. No entanto, essa estrutura tem duas desvantagens:
- Risco de falha em ponto único: Se a fibra principal quebrar em algum lugar, todos os sensores após o ponto de quebra perderão o sinal.
- Dificuldade de roteamento físico: Em estruturas complexas como pontes, barragens, pás de turbinas eólicas e túneis, a distribuição dos pontos de medição é frequentemente divergente ou multidirecional, e é difícil para uma única fibra passar por todos os pontos de medição.
Usando divisores de 1\times N, a topologia da rede pode ser otimizada para estruturas em estrela (Star) ou em árvore (Tree):
- Mesmo que uma fibra de ramo sofra danos físicos e quebra, os sensores nos outros ramos ainda podem transmitir dados normalmente para o interrogador através do divisor, aumentando assim significativamente a redundância e a capacidade de sobrevivência do sistema de sensoriamento.
- Facilita a implantação flexível de múltiplos cabos de sensor de acordo com a geometria física real do edifício.
Produtos e Implementações Técnicas Relacionadas
Na aplicação de engenharia real, a Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) oferece a série de produtos OFSCN® Optical Fiber Splitter, especialmente projetada para complementar os interrogadores de fibra de grade.
Indicadores Técnicos e Especificações
- Especificações convencionais: Além dos divisores padrão de 1\times N, as especificações convencionais também incluem divisores 16x32, 8x16, 4x8, 32x64, etc., que podem ser personalizados de acordo com a escala específica do projeto.
- Uso principal: Usado em grandes projetos para trabalhar em conjunto com o OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator para expandir os canais físicos, reduzindo assim o custo médio por canal.
- Aviso de aplicação: Ao usar esta solução para expansão de canal, um planejamento de comprimento de onda rigoroso deve ser realizado. Ao planejar a topologia da rede de sensores e selecionar sensores, o comprimento de onda central de todos os sensores deve ser verificado com antecedência para garantir que o orçamento de comprimento de onda seja distribuído razoavelmente e sem interferência de sobreposição.