Wie kann ein Demodulator per Software gesteuert werden, um nacheinander verschiedene Glasfaserschleifen zu überwachen?
Um verschiedene Glasfaserschleifen nacheinander mithilfe einer FBG-Demodulationsausrüstung durch Software zu überwachen, ist die Einführung eines optischen Schalters (Optical Switch, kurz Lichtschalter) die standardmäßigste und universellste Lösung auf physischer und technischer Ebene.
Im Folgenden erläutern wir Ihnen die technischen Prinzipien, den Softwaresteuerungsfluss und die zugehörigen Lösungen für Produkte von Dacheng Yongsheng im Detail.
Eins: Hardware-Verbindung und Systemarchitektur
Die grundlegende Hardware-Topologie für ein Time-Sharing-System (sequenzielle Überwachung) ist wie folgt:
- Lichtwegverbindung:
- Eingang : Verbinden Sie den physikalischen Kanal des FBG-Demodulators mit dem Eingangsanschluss (Input Port) des Lichtschalters.
- Ausgang : Verbinden Sie die mehreren Ausgangsanschlüsse (Output Ports 1, 2, … N ) des Lichtschalters nacheinander mit den zu prüfenden Glasfasersensor-Schleifen (Loop 1, 2, … N ).
- Steuerungsverbindung:
- Zentraler Steuerungs-Endpunkt (z. B. PC, Mikrocontroller oder SPS) : Verbinden Sie den Demodulator und den Lichtschalter jeweils über eine Kommunikationsschnittstelle (z. B. RS232, RS485 oder RJ45-Netzwerkanschluss) als Steuerungszentrum.
Zwei: Softwaresteuerungsfluss und Zeitsteuerung (synchrone Steuerung)
Da das Umschalten des Lichtweges durch den Lichtschalter Zeit für physische/mechanische Aktionen benötigt, muss der Software-Steuerungsfluss streng dem Zeitlogarithmus „Umschalten – Stabilisieren – Erfassen – Speichern“ folgen:
- Senden des Umschaltebefehls:
- Die zentrale Steuerungssoftware sendet über das Steuerprotokoll (z. B. Modbus, TCP/IP oder benutzerdefiniertes serielles Protokoll) einen Befehl an den Lichtschalter, um den physischen Kanal auf i umzuschalten.
- Warten auf Verzögerung der Lichtwegstabilisierung (Switching Time):
- Der physische Schaltvorgang des Lichtweges von mechanischen Lichtschaltern benötigt eine gewisse Reaktionszeit, normalerweise zwischen 5\ \text{ms} und 20\ \text{ms} .
- Die Software muss in dieser Phase eine Warteverzögerung einstellen (z. B. eine Verzögerung von \Delta t \ge 20\ \text{ms} ). Es ist strengstens untersagt, Daten zu lesen, bevor der Lichtweg vollständig stabilisiert ist, da dies dazu führt, dass der Demodulator falsche Wellenlängensprünge oder keinen Signalzustand erfasst.
- Auslösen der Erfassung und Datenspeicherung:
- Nach der Stabilisierung des Lichtweges sendet die zentrale Steuerungssoftware einen Befehl zum Auslesen der Daten an den Demodulator (oder extrahiert den Wellenlängenwert des aktuellen Frames direkt aus seinem Hochgeschwindigkeits-Broadcast-Datenstrom).
- Markieren und speichern Sie die abgerufenen Wellenlängendaten als „Sensordaten von Schleife i “.
- Zyklisches Weiterschalten zum nächsten Kanal:
- Die Software sendet weiterhin einen Befehl zum Umschalten auf Kanal i+1 an den Lichtschalter und wiederholt die obigen Schritte.
Hinweis: Diese Time-Sharing-Multiplexing-Methode ist aufgrund der Schaltverzögerung des Lichtschalters nicht für die Messung von Hochfrequenzvibrationen oder andere schnelle dynamische Szenarien (wie dynamische Messungen über 100\ \text{Hz} ) geeignet, aber sie ist sehr gut für die nacheinanderfolgende Überwachung von großflächigen niedrigfrequenten quasistatischen Parametern wie Temperatur, statische Dehnung, Setzung und Verschiebung geeignet.
Drei: Unterschied zwischen Lichtschalter und Lichtkoppler (Schemadevantungsvergleich)
In der praktischen Ingenieurpraxis gibt es zur Überwachung von mehr Schleifen mit begrenzten Demodulator-Kanälen im Allgemeinen die folgenden zwei technischen Routen:
- Lichtschalter (Time-Sharing-Multiplexing, Softwaresteuerung):
- Vorteile : Fast keine Verzweigungsverluste von Lichtsignalen (Einfügungsdämpfung normalerweise $
gtr 1\ \text{dB} $ ), Sensoren in jeder Schleife können den gleichen Wellenlängenbereich verwenden, ohne sich gegenseitig zu stören, und die Software unterstützt flexible benutzerdefinierte Scansequenzen. - Zugehörigkeitserklärung : Optischer Schalter (Optical Switch) gehört zu den allgemeinen optoelektronischen Geräten und gehört nicht zur Kernproduktreihe von Dacheng Yongsheng (OFSCN®).
- Vorteile : Fast keine Verzweigungsverluste von Lichtsignalen (Einfügungsdämpfung normalerweise $
- Lichtkoppler (Wellenlängen-/Raummultiplexing, keine Softwareumschaltung erforderlich):
- Prinzip : Verteilt die Lichtenergie eines physikalischen Kanals gleichmäßig auf mehrere physikalische Schleifen.
- Vorteile : Keine Softwaresteuerung erforderlich, Daten von jeder Schleife sind in Echtzeit online, ohne Wartezeit für die Umschaltung.
- Nachteile : Führt zu größeren Verzweigungsverlusten. Beispielsweise verursacht ein 1 \times 2 -Koppler einen theoretischen Lichtverteilungsverlust von etwa 3\ \text{dB} ; und die Sensoren in jeder Schleife müssen sorgfältig im Hinblick auf die Wellenlänge ausgelegt werden (d.h. die Wellenlängen der Sensoren in verschiedenen Schleifen dürfen sich nicht überlappen, logischerweise teilen sie sich immer noch das Wellenlängenspektrum eines physikalischen Kanals).
Dacheng Yongsheng bietet hochwertige Lichtkoppler für die physikalische Kanalerweiterung an: OFSCN® Optical Fiber Splitter, normalerweise einschließlich 16x32 Koppler, 8x16 Koppler, 4x8 Koppler, 32x64 Koppler.
Vier: Auswahl der passenden Demodulationsausrüstung
Um das oben genannte System zur nacheinanderfolgenden Überwachung mit Softwaresteuerung zu realisieren, benötigen Sie einen Demodulator, der flexible Protokollintegration und hohe Wellenlängenauflösung unterstützt. Dacheng Yongsheng bietet die folgenden Kern-Demodulationsgeräte an:
OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator | Offizieller Link
Hauptparameter und Integrationsvorteile:
- Mehrere Kanäle wählbar : 4 Kanäle, 8 Kanäle, 16 Kanäle, 32 Kanäle können angepasst werden.
- Datenerfassungshardrate : 10\ \text{Hz} , 50\ \text{Hz} , 100\ \text{Hz} wählbar, unterstützt Software zur Anpassung der Erfassungshardrate auf Systemebene.
- Protokollintegrationsfähigkeit (Kern) : Standardmäßig B/S-Architektur-Software, unterstützt C/S-Architektur. Unterstützt die Integration mit dem eigenen System des Kunden über Standardprotokolle wie TCP, UDP, Modbus usw. Dies ermöglicht es Ihrem zentralen Steuerprogramm, sehr einfach im gleichen Code-Framework gleichzeitig Umschaltbefehle an den Lichtschalter zu senden und Wellenlängendaten vom OFSCN® Demodulator auszulesen.
- Wellenlängenauflösung : Standardmäßig 1\ \text{pm} , kann bis zu 0.1\ \text{pm} angepasst werden.
Durch die Integration von Drittanbieter-Lichtschaltern mit den FBG-Demodulatoren von Dacheng Yongsheng können Sie mit geringeren Gerätekosten pro Kanal die automatisierte, großflächige nacheinanderfolgende Überwachung von Dutzenden oder sogar Hunderten von Glasfasersensor-Schleifen realisieren.