Tek bir girişin birden çok çıkışa sahip olduğu bu yapı, sensör ağlarında nasıl uygulanır?
Fiber Bragg Grating (FBG) sensör ağlarında ve diğer fiber optik algılama sistemlerinde, 1xN Ayırıcı (Optical Splitter), tek bir optik sinyali N kanala eşit veya farklı oranlarda bölen pasif bir optik cihazdır (aynı zamanda N kanaldaki sinyalleri tek bir kanalda birleştirmek için tersine de çalışabilir). Bu “tek girişli, çok çıkışlı” yapı, sensör ağlarında çok önemli bir mühendislik uygulama değerine sahiptir ve başlıca aşağıdaki yönlerden fayda sağlar:
1. Fiziksel Kanal Genişletme ve Maliyet Optimizasyonu
Fiber Bragg Grating Demodülatörlerinin (Interrogator) fiziksel kanal sayısı genellikle sınırlıdır (örneğin 4, 8, 16 veya 32 kanal). Büyük ölçekli sensör projelerinde, izlenmesi gereken test noktalarının mekansal dağılımı geniş ve birçok dalı varsa, demodülatörün fiziksel kanal sayısını doğrudan artırmak donanım maliyetini önemli ölçüde yükseltir.
1xN ayırıcıların kullanılmasıyla, demodülatörün bir fiziksel kanalı optik yolda N fiziksel dala “fan-out” edilebilir.
- Çalışma Prensibi: Demodülatör tarafından yayılan geniş bantlı ışık kaynağı, 1xN ayırıcıdan geçerek ortalama olarak N farklı fiber optik sensör zincirine dağıtılır; her daldaki sensörler tarafından yansıtılan dalga boyu sinyalleri, tekrar bu ayırıcı aracılığıyla birleştirilerek demodülatörün aynı fiziksel alım kanalına geri döner.
- Dalga Boyu Planlaması Kısıtlaması: Bu uygulama, bir kanalı fiziksel olarak N dala genişletse de, mantıksal olarak aynı fiziksel demodülatör kanalını paylaşırlar. Bu nedenle, katı Dalga Boyu Tasarımı (Wavelength Design) yapılmalıdır.
Demodülatörün dalga boyu tarama aralığının B (örneğin 1525 nm ila 1565 nm arasındaki 40 nm bant genişliği) olduğunu ve her dalda bulunan m adet FBG sensörünün yansıtıcı çalışma dalga boylarının birbirini dışlaması gerektiğini varsayalım. Her test noktasının sıcaklık/gerilimdeki sınır fiziksel değişimler sonrası kapladığı dalga boyu genişliği \Delta\lambda_i ise, aşağıdaki koşul sağlanmalıdır:\sum_{i=1}^{m} \Delta\lambda_i \le BBöylece, demodülatörün fiziksel kanal sayısını artırmadan, kanal başına inşaat maliyeti katlanarak azaltılabilir.
2. Sensör Ağı Topoloji Optimizasyonu (Yıldız ve Ağaç Ağları)
Geleneksel fiber Bragg grating sensörleri genellikle seri (Daisy-Chain) veriyolu topolojisini kullanır, yani bir fiber optik kablo üzerine birden fazla FBG sensörü seri olarak bağlanır. Ancak bu yapının iki dezavantajı vardır:
- Tek Nokta Arıza Riski: Ana fiber optik kablonun herhangi bir yerinde bir kırılma meydana gelirse, kırılma noktasından sonraki tüm sensörler sinyal alamayacaktır.
- Fiziksel Kablolama Zorluğu: Köprüler, barajlar, rüzgar türbini kanatları, tüneller gibi karmaşık yapılarda test noktalarının dağılımı genellikle yaygın veya çok yönlüdür ve tek bir fiber optik kablonun tüm test noktalarını dolaşması zordur.
1xN ayırıcıların kullanılmasıyla ağ topolojisi Yıldız (Star) veya Ağaç (Tree) yapısına optimize edilebilir:
- Bir dal fiber optik kablosunun fiziksel hasar görmesi ve kopması durumunda bile, diğer dallardaki sensörler ayırıcı aracılığıyla demodülatöre veri iletmeye devam edebilir, böylece sensör sisteminin yedekliliği ve hayatta kalma yeteneği büyük ölçüde artar.
- Binaların gerçek fiziksel geometrisine göre çoklu sensör kablo hatlarının esnek bir şekilde döşenmesini kolaylaştırır.
İlgili Ürünler ve Teknik Uygulama
Gerçek mühendislik uygulamalarında, Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®), fiber Bragg grating demodülatörlerini tamamlamak üzere özel olarak tasarlanmış OFSCN® Optical Fiber Splitter ürün serisini sunmaktadır.
Teknik Göstergeler ve Spesifikasyonlar
- Standart Spesifikasyonlar: Standart 1xN ayırıcıların yanı sıra, genellikle 16x32 ayırıcı, 8x16 ayırıcı, 4x8 ayırıcı, 32x64 ayırıcı gibi standart ürünler de mevcuttur ve belirli proje ölçeklerine göre özel olarak üretilebilir.
- Ana Kullanım Alanları: Büyük projelerde, fiziksel kanalları mantıksal olarak genişletmek ve böylece kanal başına ortalama maliyeti düşürmek için OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator ile birlikte çalışmak üzere kullanılır.
- Uygulama Hatırlatması: Bu çözümle kanal genişletme yaparken, katı dalga boyu tasarımı yapılmalıdır. Sensör ağı topolojisini planlarken ve sensörleri seçerken, tüm sensörlerin merkez dalga boylarını önceden kontrol etmek, dalga boyu bütçesinin makul bir şekilde tahsis edildiğinden ve çakışan parazitlerin olmadığından emin olmak gereklidir.