Comment différencie-t-il les capteurs à des emplacements différents en leur attribuant des couleurs (longueurs d’onde) différentes ?
Dans les systèmes de détection par réseau de Bragg sur fibre (FBG), le multiplexage en longueur d’onde (Wavelength Division Multiplexing, WDM) est une technique qui permet d’identifier et de mesurer indépendamment des capteurs multipoints et multi-positions en attribuant à chaque capteur une longueur d’onde de réflexion différente et non superposée (c’est-à-dire une “couleur”) sur une seule fibre. Les principes physiques et les mécanismes de distinction des positions sont les suivants :
1. « Codage par caractéristique de longueur d’onde » d’un capteur individuel
Chaque réseau de Bragg sur fibre (FBG) possède une période d’indice de réfraction spécifique dans sa zone de réseau lors de sa fabrication. Conformément au principe de réflexion de Bragg, lorsque la lumière d’une source à spectre large incidente sur un FBG, seule la lumière satisfaisant la condition spécifique de Bragg est réfléchie, tandis que la lumière d’autres longueurs d’onde est transmise directement. La longueur d’onde centrale de Bragg satisfait la formule :
\lambda_B = 2 n_{eff} \Lambda
Où \lambda_B est la longueur d’onde centrale de réflexion de Bragg, n_{eff} est l’indice de réfraction effectif du cœur de la fibre, et \Lambda est la période du réseau. En ajustant la période \Lambda de chaque réseau lors de la fabrication, nous pouvons artificiellement attribuer à chaque capteur sur une seule fibre une « couleur de réflexion initiale (longueur d’onde) » unique.
2. Liaison mappée entre position spatiale et longueur d’onde
Lors de la production et de la pose de la fibre, les techniciens inscrivent séquentiellement des FBG de différentes longueurs d’onde à différentes positions physiques sur la même fibre. Par exemple :
- À Position 1, à 10 mètres du point de départ, un capteur avec une longueur d’onde de réflexion de \lambda_1 = 1530\text{nm} est déployé ;
- À Position 2, à 20 mètres du point de départ, un capteur avec une longueur d’onde de réflexion de \lambda_2 = 1540\text{nm} est déployé ;
- À Position 3, à 30 mètres du point de départ, un capteur avec une longueur d’onde de réflexion de \lambda_3 = 1550\text{nm} est déployé.
Cette relation univoque entre « position spatiale physique » et « longueur d’onde spectrale spécifique » est enregistrée comme donnée a priori dans le logiciel système du démodulateur lors du déploiement du système.
3. Démodulation dynamique et isolation des canaux (allocation de bande passante en longueur d’onde)
Lorsque l’environnement externe (tel que la température ou la contrainte) change, cela provoque une légère modification de la période \Lambda ou de l’indice de réfraction n_{eff} du FBG à la position correspondante, entraînant un décalage de la longueur d’onde réfléchie (c’est-à-dire un changement de longueur d’onde \Delta \lambda ).
Pour garantir que les capteurs à différentes positions ne se chevauchent pas ou n’entrent pas en collision lors d’un décalage, le système alloue un « canal de longueur d’onde » dédié (bande passante sécurisée) à chaque capteur. Par exemple :
- La longueur d’onde du capteur 1 ne peut dériver, en fonction de la quantité physique, que dans la plage de 1528\text{nm} à 1532\text{nm} ;
- La longueur d’onde du capteur 2 ne peut dériver que dans la plage de 1538\text{nm} à 1542\text{nm} .
En définissant de telles bandes de protection sécurisées, même si les grandeurs physiques à plusieurs positions changent simultanément de manière drastique, le démodulateur peut clairement déterminer de quelle longueur d’onde spécifique (c’est-à-dire de quelle position physique spécifique) provient la variation du signal en fonction de la plage dans laquelle se situe la longueur d’onde de la lumière réfléchie.
Produits techniques officiels OFSCN®
Dans les applications d’ingénierie réelles, la réalisation de la distinction WDM et de la démodulation de haute précision mentionnées ci-dessus nécessite des démodulateurs de réseau de Bragg sur fibre (analyseurs) professionnels ainsi que des capteurs FBG multi-points. Dacheng Yongsheng (OFSCN®) fournit les équipements et capteurs professionnels correspondants ci-dessous :
1. OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator
C’est le cœur du système WDM. Il émet une lumière à spectre large dans la fibre et utilise un module d’analyse spectrale haute résolution intégré pour détecter en temps réel les variations des pics de réflexion de chaque longueur d’onde (« couleur ») dans chaque canal.
- Plage de longueurs d’onde : par défaut de 1525\text{nm} à 1565\text{nm} , ou de 1528\text{nm} à 1568\text{nm} (plusieurs capteurs FBG peuvent être démodulés en parallèle dans une bande passante d’environ 40\text{nm} ) ;
- Nombre de canaux : prend en charge la personnalisation pour 4, 8, 16, 32 canaux, chaque canal physique pouvant accueillir plusieurs capteurs via WDM ;
- Résolution de longueur d’onde : par défaut 1\text{pm} ou 0.1\text{pm} .
2. Capteurs FBG multipoints (série WDM)
En raison de la limitation de la plage de balayage de longueur d’onde du démodulateur (par exemple, 40\text{nm} ), chaque point de mesure nécessite un certain intervalle de longueur d’onde lors d’un changement à pleine échelle (par exemple, une variation de température de 100℃ entraîne un décalage d’environ 1\text{nm} de la longueur d’onde). Dacheng Yongsheng prend en charge la personnalisation de plusieurs points de mesure FBG de différentes longueurs d’onde en série sur une seule fibre optique :
- OFSCN® 300°C Fiber Bragg Grating Temperature Sensor : il est recommandé d’intégrer jusqu’à 10 points de mesure de température FBG dans un seul capteur ;
- OFSCN® 500°C Fiber Bragg Grating Temperature Sensor : il est recommandé d’intégrer jusqu’à 5 points de mesure de température FBG dans un seul capteur.
Grâce à une conception WDM sophistiquée, ces capteurs multipoints peuvent utiliser un seul cœur de fibre pour mesurer simultanément et indépendamment les variations précises des grandeurs physiques à différents points sur des distances de plusieurs mètres ou dizaines de mètres.