Bir makine şiddetle titrediğinde, fiber optik saniyede kaç kez titrediğini ölçebilir mi?
Evet, fiber optik algılama teknolojisi mekanik titreşimleri ölçebilir ve saniyedeki titreşim sayısını (yani titreşim frekansı, birimi \text{Hz} ) doğru bir şekilde belirleyebilir.
Evet, fiber optik algılama teknolojisi mekanik titreşimleri ölçebilir ve saniyedeki titreşim sayısını (yani titreşim frekansı, birimi \text{Hz} ) doğru bir şekilde belirleyebilir.
Mühendislik ve fizikte, titreşim frekansını tespit etmek için fiber Bragg gratings (FBG) kullanımının temel prensipleri ve teknik sınırları şunlardır:
Bir: Fiziksel Ölçüm Prensibi
-
Dinamik Gerinim Tepkisi
Bir makine şiddetli mekanik titreme veya titreşim yaşadığında, yüzeyinde periyodik olarak değişen dinamik gerinimler (Dinamik Gerinim) meydana gelir. Fiber veya FBG sensörü, makinenin ölçüm noktası yüzeyine rijit bir şekilde sabitlendiğinde, bu değişen gerinim doğrudan fiber çekirdeğine aktarılır. -
Dalga Boyu Modülasyon Mekanizması
Fiber Bragg grating’in yansıma prensibine göre, merkez yansıtma dalga boyu \lambda_B şu şekilde verilir:\lambda_B = 2 n_{\text{eff}} \LambdaBurada n_{\text{eff}} çekirdeğin etkin kırılma indisidir ve \Lambda grating periyodudur. Değişen mekanik titreşim, grating’in gerilmesine ve sıkışmasına neden olur, bu da \Lambda ve n_{\text{eff}} 'de aynı frekansta dinamik ve periyodik bir kaymaya yol açar.
-
Frekans Çıkarımı (FFT Dönüşümü)
Demodülasyon ekipmanı, yansıtma dalga boyundaki dinamik kaymayı yüksek hızda zaman alan sinyali (Dalga Boyu - Zaman) olarak toplar. Zaman alanındaki ayrık sinyalin Hızlı Fourier Dönüşümü (FFT) ile, makinenin titreşim spektrum grafiği doğrudan elde edilebilir, böylece saniyedeki titreşim sayısı (temel frekans ve harmonik frekanslar) ve karşılık gelen genlik hassas bir şekilde okunabilir.
İki: Maksimum Ölçüm Frekansını Belirleyen Anahtar Faktörler: Örnekleme Hızı ve Nyquist Teoremi
Fiber optik sistemin “saniyedeki titreşim sayısını” doğru bir şekilde ölçüp ölçemeyeceği, temelde fiberin kendisine (fiber optik sinyallerin cam ortamdaki ışık hızındaki tepkisi neredeyse hiç mekanik gecikme göstermez) değil, fiber Bragg grating demodülatörünün örnekleme frekansına (Örnekleme Hızı, f_s) bağlıdır.
Nyquist-Shannon Örnekleme Teoremi’ne göre:
Demodülatörün veri örnekleme hızı f_s, ölçülen sinyalin en yüksek frekansının f_{\text{max}} en az 2 katı olmalıdır:
f_s > 2 f_{\text{max}}
Gerçek mühendislik sinyal geri kazanımında, dalga biçimi bozulması ve aliasing’i (örtüşme) önlemek için, örnekleme hızının titreşim frekansının 5 ila 10 katı veya daha fazla olması önerilir:
- Makine saniyede 10 kez titreşiyorsa (10\ \text{Hz} ), demodülatör örnekleme hızının 50\ \text{Hz} \sim 100\ \text{Hz} 'ye ulaşması gerekir;
- Makine saniyede yüzlerce kez titreşiyorsa (yüksek hızlı dönen makineler gibi), daha yüksek hızlı dinamik demodülasyon ekipmanı gerekir.
Üç: İlgili Resmi Demodülasyon Sistemleri ve Özellikleri
Titreşim sinyallerini demodüle etmek için standart fiber optik demodülasyon ekipmanı OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator 'dir.
Temel Özellikler:
- Veri Örnekleme Hızı: 10\ \text{Hz} , 50\ \text{Hz} , 100\ \text{Hz} isteğe bağlı olarak desteklenir (sistem yazılımında ayarlanabilir, minimum 1\ \text{Hz} ).
- Ölçüm Uygulama Aralığı: 100\ \text{Hz} örnekleme hızı yapılandırıldığında, bu sistem yaklaşık 20\ \text{Hz} \sim 50\ \text{Hz} içindeki mekanik titreşimleri (yani saniyede onlarca kezden az titreşimli orta-düşük frekanslı titreşimler) doğru periyot ve frekans çözünürlüğü ile ölçebilir.
- Dalga Boyu Çözünürlüğü: Varsayılan 1\ \text{pm} (isteğe bağlı 0.1\ \text{pm} ), dalga boyu aralığı varsayılan olarak 1525 \sim 1565\ \text{nm} veya 1528 \sim 1568\ \text{nm} .
- Kanal Yapılandırması: 4 kanallı, 8 kanallı, 16 kanallı, 32 kanallı isteğe bağlı.