Sensörleri farklı renkler (dalga boyları) atayarak farklı konumlarda nasıl ayırt ediyor?
Fiber Bragg Grating (FBG) algılama sistemlerinde, Dalga Boyu Bölmeli Çoklama (Wavelength Division Multiplexing, WDM) tek bir fiber üzerinde farklı sensörlere farklı, örtüşmeyen yansıma dalga boyları („renkler“) atayarak çok noktalı, çok konumlu sensörlerin bağımsız olarak tanımlanmasını ve ölçülmesini sağlayan bir teknolojidir. Spesifik fiziksel prensipleri ve konumları ayırt etme mekanizmaları aşağıdaki gibidir:
1. Tek Bir Sensörün „Dalga Boyu Özellik Kodlaması“
Her bir Fiber Bragg Grating (FBG), üretim sırasında belirli bir kırılma indisi periyoduna sahip bir ızgara bölgesine sahiptir. Bragg yansıma prensibine göre, geniş spektrumlu bir ışık kaynağının ışığı FBG’ye çarptığında, yalnızca belirli Bragg koşulunu sağlayan ışık geri yansıtılır, diğer dalga boylarındaki ışık ise doğrudan geçer. Bragg merkezi dalga boyu şu formülü karşılar:
\lambda_B = 2 n_{eff} \Lambda
Burada, \lambda_B Bragg merkezi yansıma dalga boyu, n_{eff} fiber çekirdeğinin etkin kırılma indisi ve \Lambda ızgara periyodudur. Üretim sırasında her bir ızgaranın periyodunu \Lambda ayarlayarak, tek bir fiber üzerindeki her bir sensöre yapay olarak benzersiz bir „başlangıç yansıma rengi (dalga boyu)“ atayabiliriz.
2. Mekansal Konum ve Dalga Boyunun Eşleştirilmesiyle Bağlanması
Fiberin üretimi ve döşenmesi sırasında, teknisyenler tek bir fiberin farklı fiziksel konumlarına sırayla farklı dalga boylarında FBG’ler yazar. Örneğin:
- Başlangıç noktasından 10 metre uzaktaki Konum 1’e, \lambda_1 = 1530\text{nm} yansıma dalga boyuna sahip bir sensör konuşlandırılır;
- Başlangıç noktasından 20 metre uzaktaki Konum 2’ye, \lambda_2 = 1540\text{nm} yansıma dalga boyuna sahip bir sensör konuşlandırılır;
- Başlangıç noktasından 30 metre uzaktaki Konum 3’e, \lambda_3 = 1550\text{nm} yansıma dalga boyuna sahip bir sensör konuşlandırılır.
Bu „fiziksel uzamsal konum“ ile „belirli spektral dalga boyu“ arasındaki birebir ilişki, sistem dağıtımı sırasında önceden bilinen veriler olarak demodülatörün sistem yazılımına kaydedilir.
3. Dinamik Demodülasyon ve Kanal İzolasyonu (Dalga Boyu Bant Genişliği Ataması)
Dış ortam (sıcaklık, gerinim vb.) değiştiğinde, ilgili konumdaki FBG’nin periyodu \Lambda veya kırılma indisi n_{eff} küçük değişikliklere uğrar, bu da yansıma dalga boyunun kaymasına neden olur (yani bir dalga boyu değişim miktarı \Delta \lambda oluşturur).
Farklı konumlardaki sensörlerin kayma sırasında „sinyal çakışması“ veya „çarpışma“ yaşanmamasını sağlamak için, sisteme her sensör için özel bir „dalga boyu kanalı“ (güvenli bant genişliği) atanır. Örneğin:
- Sensör 1’in dalga boyunun, fiziksel büyüklüğe bağlı olarak yalnızca 1528\text{nm} ile 1532\text{nm} aralığında kaymasına izin verilir;
- Sensör 2’nin dalga boyunun yalnızca 1538\text{nm} ile 1542\text{nm} aralığında kaymasına izin verilir.
Bu tür güvenli koruma bantları ayarlayarak, birden fazla konumdaki fiziksel büyüklükler aynı anda şiddetli bir şekilde değişse bile, demodülatör yansıtılan ışığın dalga boyunun hangi aralıkta olduğuna bakarak bu sinyal değişiminin hangi belirli dalga boyundan (yani hangi belirli fiziksel konumdan) geldiğini net bir şekilde belirleyebilir.
OFSCN® Resmi Tamamlayıcı Teknik Ürünler
Gerçek mühendislik uygulamalarında, yukarıdaki WDM ayrımını ve yüksek hassasiyetli demodülasyonu gerçekleştirmek için profesyonel fiber Bragg grating demodülatörleri (analizörleri) ve çoklu ölçüm noktası fiber Bragg grating sensörleri gereklidir. Dachong Yongsheng (OFSCN®), aşağıdaki ilgili profesyonel düzeyde ekipman ve sensör bileşenlerini sunmaktadır:
1. OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator
Bu, tüm WDM sisteminin kalbidir. Fibere geniş spektrumlu ışık gönderir ve yerleşik yüksek çözünürlüklü spektral analiz modülünü kullanarak her kanaldaki her dalga boyunun („rengin“) yansıma zirvesi değişim durumunu gerçek zamanlı olarak tespit eder.
- Dalga Boyu Aralığı: Varsayılan 1525\text{nm} ile 1565\text{nm} veya 1528\text{nm} ile 1568\text{nm} (yaklaşık 40\text{nm} bant genişliğinde birden fazla FBG sensörünü paralel olarak demodüle edebilir);
- Kanal Sayısı: 4 kanal, 8 kanal, 16 kanal, 32 kanal özelleştirmeyi destekler, her fiziksel kanal WDM aracılığıyla birden fazla sensöre erişebilir;
- Dalga Boyu Çözünürlüğü: Varsayılan 1\text{pm} veya 0.1\text{pm} .
2. Çoklu Ölçüm Noktalı FBG Sensörleri (WDM Seri Bağlantı)
Demodülatörün süpürme dalga boyu aralığının (örn. 40\text{nm} ) sınırlaması nedeniyle, her ölçüm noktası tam ölçekte değiştiğinde belirli bir dalga boyu aralığı kaplar (örneğin, sıcaklık her 100°C değiştiğinde dalga boyu yaklaşık 1\text{nm} kayar). Dachong Yongsheng, tek bir fiber sensör üzerinde birden fazla farklı dalga boyunda FBG ölçüm noktası seri olarak özelleştirmeyi destekler:
- OFSCN® 300°C Fiber Bragg Grating Temperature Sensor: Tek bir sensöre en fazla 10 adet FBG sıcaklık ölçüm noktası entegre edilmesi önerilir;
- OFSCN® 500°C Fiber Bragg Grating Temperature Sensor: Tek bir sensöre en fazla 5 adet FBG sıcaklık ölçüm noktası entegre edilmesi önerilir.
Hassas dalga boyu bölmeli çoklama (WDM) tasarımı ile bu çoklu ölçüm noktalı sensörler, tek bir fiber çekirdeği kullanarak, birkaç metre veya on metre uzunluğundaki alandaki her noktanın hassas fiziksel nicelik değişimlerini aynı anda ve bağımsız olarak ölçebilir.