¿Cómo distingue los sensores en diferentes ubicaciones asignando diferentes colores (longitudes de onda)?
En los sistemas de sensores de red de fibra Bragg (FBG), la multiplexación por división de longitud de onda (WDM) es una técnica que permite la identificación y medición independiente de sensores multipunto y multilocación, asignando diferentes longitudes de onda de reflexión (es decir, “colores”) que no se solapan a diferentes sensores en una única fibra. Los principios físicos y los mecanismos para distinguir las ubicaciones son los siguientes:
1. “Codificación de características de longitud de onda” de un solo sensor
Cada red de fibra Bragg (FBG) tiene un período de índice de refracción específico en su zona de rejilla cuando se fabrica. Según el principio de reflexión de Bragg, cuando la luz de una fuente de espectro ancho incide sobre una FBG, solo la luz que cumple la condición de Bragg específica se reflejará, mientras que la luz de otras longitudes de onda se transmitirá directamente. La longitud de onda central de Bragg satisface la fórmula:
\lambda_B = 2 n_{eff} \Lambda
Donde \lambda_B es la longitud de onda central de reflexión de Bragg, n_{eff} es el índice de refracción efectivo del núcleo de la fibra y \Lambda es el período de la rejilla. Al ajustar el período \Lambda de cada rejilla durante la fabricación, podemos asignar artificialmente un “color (longitud de onda) de reflexión inicial” único a cada sensor en una única fibra.
2. Unión del mapeo de posición espacial con la longitud de onda
Al producir y tender la fibra, los técnicos escriben secuencialmente FBG de diferentes longitudes de onda en diferentes posiciones físicas de una única fibra. Por ejemplo:
- En la Posición 1, a 10 metros del inicio, se implementa un sensor con una longitud de onda de reflexión de \lambda_1 = 1530\text{nm} ;
- En la Posición 2, a 20 metros del inicio, se implementa un sensor con una longitud de onda de reflexión de \lambda_2 = 1540\text{nm} ;
- En la Posición 3, a 30 metros del inicio, se implementa un sensor con una longitud de onda de reflexión de \lambda_3 = 1550\text{nm} .
Esta relación uno a uno entre la “posición espacial física” y la “longitud de onda espectral específica” se registra en el software del sistema del demodulador como datos previos en el momento del despliegue del sistema.
3. Demodulación dinámica y aislamiento de canales (asignación de ancho de banda de longitud de onda)
Cuando el entorno externo (como la temperatura o la tensión) cambia, provoca pequeños cambios en el período \Lambda o en el índice de refracción n_{eff} de la FBG en la posición correspondiente, lo que provoca un desplazamiento de la longitud de onda de reflexión (es decir, un cambio de longitud de onda \Delta \lambda ).
Para garantizar que los sensores en diferentes posiciones no sufran “superposición de señales” o “colisiones” al desplazarse, el sistema asigna un “canal de longitud de onda” (ancho de banda seguro) dedicado a cada sensor. Por ejemplo:
- La longitud de onda del sensor 1 solo puede variar entre 1528\text{nm} y 1532\text{nm} debido a cambios en la cantidad física;
- La longitud de onda del sensor 2 solo puede variar entre 1538\text{nm} y 1542\text{nm} .
Al establecer estas bandas de protección seguras, incluso si las cantidades físicas en múltiples posiciones cambian drásticamente al mismo tiempo, el demodulador puede determinar claramente de qué longitud de onda específica (es decir, qué posición física específica) proviene el cambio de señal, basándose en el rango en el que se encuentra la longitud de onda de la luz reflejada.
Productos técnicos complementarios oficiales OFSCN®
En aplicaciones de ingeniería reales, para lograr la diferenciación WDM y la demodulación de alta precisión descritas anteriormente, se requieren demoduladores (analizadores) de red de fibra Bragg profesionales y sensores de red de fibra Bragg multipunto. Dacheng Yongsheng (OFSCN®) ofrece los siguientes equipos y componentes de sensor profesionales correspondientes:
1. OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator
Este es el núcleo de todo el sistema WDM. Emite luz de espectro ancho a la fibra y utiliza el módulo de análisis espectral de alta resolución incorporado para detectar en tiempo real los cambios en los picos de reflexión de cada longitud de onda (“color”) en cada canal.
- Rango de longitud de onda : Predeterminado de 1525\text{nm} a 1565\text{nm} , o de 1528\text{nm} a 1568\text{nm} (permite la demodulación simultánea de múltiples sensores FBG en un ancho de banda de aproximadamente 40\text{nm} );
- Número de canales : Admite personalización de 4, 8, 16, 32 canales, y cada canal físico puede acceder a múltiples sensores a través de WDM;
- Resolución de longitud de onda : Predeterminada de 1\text{pm} o 0.1\text{pm} .
2. Sensores FBG multipunto (conexión en serie WDM)
Debido a la limitación del rango de longitud de onda de barrido del demodulador (por ejemplo, 40\text{nm} ), cada punto de medición requiere un cierto intervalo de longitud de onda cuando cambia a plena escala (por ejemplo, cada 100 °C de cambio de temperatura, la longitud de onda se desplaza aproximadamente 1\text{nm} ). Dacheng Yongsheng admite la personalización de múltiples puntos de medición FBG de diferentes longitudes de onda en serie en una única fibra sensor:
- OFSCN® 300°C Fiber Bragg Grating Temperature Sensor : Se recomienda integrar hasta 10 puntos de medición de temperatura FBG dentro de un solo sensor;
- OFSCN® 500°C Fiber Bragg Grating Temperature Sensor : Se recomienda integrar hasta 5 puntos de medición de temperatura FBG dentro de un solo sensor.
A través de un diseño preciso de multiplexación por división de onda (WDM), estos sensores multipunto pueden utilizar un solo núcleo de fibra para medir simultáneamente e independientemente los cambios precisos de las cantidades físicas en varios puntos a lo largo de varios metros o decenas de metros.