Como ele diferencia sensores em diferentes locais atribuindo cores (comprimentos de onda) diferentes?
Em sistemas de sensores de grade de fibra de Bragg (FBG), a multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM) é uma técnica que permite a identificação e medição independentes de sensores multiponto e multilocais, atribuindo comprimentos de onda de reflexão diferentes e não sobrepostos (ou seja, “cores”) para diferentes sensores em uma única fibra. Os princípios físicos específicos e os mecanismos para distinguir posições são os seguintes:
1. “Codificação por Características de Comprimento de Onda” de um Único Sensor
Cada grade de fibra de Bragg (FBG) possui um período de índice de refração específico em sua região de grade quando fabricada. De acordo com o princípio de reflexão de Bragg, quando a luz de uma fonte de espectro largo incide sobre um FBG, apenas a luz que atende à condição específica de Bragg é refletida, enquanto a luz de outros comprimentos de onda é transmitida diretamente. O comprimento de onda central de Bragg satisfaz a fórmula:
\lambda_B = 2 n_{eff} \Lambda
Onde \lambda_B é o comprimento de onda central de reflexão de Bragg, n_{eff} é o índice de refração efetivo do núcleo da fibra e \Lambda é o período da grade. Ao ajustar o período da grade \Lambda de cada grade durante a fabricação, podemos atribuir artificialmente uma “cor inicial de reflexão (comprimento de onda)” única para cada sensor em uma única fibra.
2. Ligação de Mapeamento entre Posição Espacial e Comprimento de Onda
Durante a produção e instalação da fibra, os técnicos gravam FBG de comprimentos de onda diferentes em várias posições físicas de uma única fibra em sequência. Por exemplo:
- Na Posição 1, a 10 metros do início, um sensor com comprimento de onda de reflexão de \lambda_1 = 1530\text{nm} é implantado;
- Na Posição 2, a 20 metros do início, um sensor com comprimento de onda de reflexão de \lambda_2 = 1540\text{nm} é implantado;
- Na Posição 3, a 30 metros do início, um sensor com comprimento de onda de reflexão de \lambda_3 = 1550\text{nm} é implantado.
Essa relação um-para-um entre “posição espacial física” e “comprimento de onda espectral específico” é inserida no software do demodulador como dados prévios durante a implantação do sistema.
3. Desmodulação Dinâmica e Isolamento de Canal (Alocação de Banda de Comprimento de Onda)
Quando o ambiente externo (como temperatura ou tensão) muda, o período \Lambda ou o índice de refração n_{eff} do FBG na posição correspondente sofre uma pequena alteração, fazendo com que o comprimento de onda de reflexão desvie (ou seja, ocorra uma mudança de comprimento de onda \Delta \lambda ).
Para garantir que os sensores em diferentes posições não causem “sobreposição de sinal” ou “colisão” durante a deriva, o sistema aloca um “canal de comprimento de onda” dedicado (banda de segurança) para cada sensor. Por exemplo:
- O comprimento de onda do Sensor 1 só pode variar entre 1528\text{nm} e 1532\text{nm} devido à mudança da quantidade física;
- O comprimento de onda do Sensor 2 só pode variar entre 1538\text{nm} e 1542\text{nm} .
Ao definir essas bandas de segurança, mesmo que as quantidades físicas em várias posições mudem drasticamente simultaneamente, o demodulador pode determinar claramente de qual comprimento de onda específico (ou seja, qual posição física específica) a mudança de sinal se origina, observando o intervalo em que o comprimento de onda da luz refletida se encontra.
Produtos Técnicos de Suporte Oficial OFSCN®
Na aplicação de engenharia real, para alcançar a distinção WDM e a desmodulação de alta precisão descritas acima, são necessários demoduladores (analisadores) de grade de fibra de Bragg profissionais e sensores de grade de fibra de Bragg multiponto. A Dacheng Yongsheng (OFSCN®) fornece os seguintes equipamentos profissionais e componentes de sensor correspondentes:
1. OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator
Este é o núcleo de todo o sistema WDM. Ele emite luz de espectro largo para a fibra e usa um módulo de análise espectral de alta resolução embutido para detectar em tempo real as mudanças nos picos de reflexão de cada comprimento de onda (“cor”) em cada canal.
- Faixa de Comprimento de Onda: Padrão de 1525\text{nm} a 1565\text{nm} , ou 1528\text{nm} a 1568\text{nm} (pode desmodular múltiplos sensores FBG em paralelo em uma largura de banda de aproximadamente 40\text{nm} );
- Número de Canais: Suporta customização de 4, 8, 16, 32 canais; cada canal físico pode acessar múltiplos sensores via WDM;
- Resolução de Comprimento de Onda: Padrão de 1\text{pm} ou 0.1\text{pm} .
2. Sensores FBG Multiponto (Conectados em Série WDM)
Devido à limitação da faixa de varredura de comprimento de onda do demodulador (por exemplo, 40\text{nm} ), cada ponto de medição requer um certo intervalo de comprimento de onda quando varia em toda a sua faixa de escala completa (por exemplo, para cada 100℃ de mudança de temperatura, o comprimento de onda desvia cerca de 1\text{nm} ). A Dacheng Yongsheng suporta a customização de múltiplos pontos de medição FBG de diferentes comprimentos de onda em série em um único sensor de fibra:
- OFSCN® 300°C Fiber Bragg Grating Temperature Sensor: Recomenda-se integrar no máximo 10 pontos de medição de temperatura FBG em um único sensor;
- OFSCN® 500°C Fiber Bragg Grating Temperature Sensor: Recomenda-se integrar no máximo 5 pontos de medição de temperatura FBG em um único sensor.
Através de um design preciso de multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM), esses sensores multiponto podem usar um único núcleo de fibra para medir simultânea e independentemente mudanças precisas nas quantidades físicas em vários pontos ao longo de metros ou dezenas de metros.