¿Por qué se pueden conectar docenas de sensores en una sola fibra óptica? ¿Cómo se ordenan?
Conectar decenas de sensores en una sola fibra y “ordenarlos” e identificarlos es una de las ventajas principales de la tecnología de sensores de fibra óptica (especialmente la tecnología de sensores FBG de fibra óptica). Esta técnica de integrar múltiples sensores en una sola fibra se denomina «Técnica de Múltiple Acceso por División de Longitud de Onda» (Multiplexing).
La «organización» y la diferenciación de las señales de los sensores en la fibra dependen principalmente de los siguientes mecanismos clásicos de multiplexación física:
Uno. ¿Cómo se «organizan»? (Mecanismos de Multiplexación)
1. Multiplexación por División de Longitud de Onda (WDM, Wavelength Division Multiplexing) — «Organización por Color»
Esta es la forma de organización más común e intuitiva en la detección de fibra óptica de rejilla de fibra (FBG).
Cada sensor FBG es esencialmente un espejo de banda estrecha. Según el principio físico de la rejilla de fibra, solo refleja luz de una longitud de onda específica. La longitud de onda de reflexión (longitud de onda de Bragg) satisface la fórmula:
\lambda_B = 2 n_{\text{eff}} \Lambda
(donde \lambda_B es la longitud de onda central de reflexión, n_{\text{eff}} es el índice de refracción efectivo y \Lambda es el período de la rejilla).
- Cómo se diferencian:
En una sola fibra, podemos grabar múltiples rejillas con longitudes de onda iniciales diferentes (por ejemplo: la primera es 1530\text{ nm} , la segunda es 1535\text{ nm} , la tercera es 1540\text{ nm} …). - Proceso de trabajo:
Cuando la luz de una fuente de banda ancha se inyecta en la fibra, cada rejilla refleja su propia luz de longitud de onda correspondiente. Como sus longitudes de onda no se solapan, incluso si todas las luces reflejadas se mezclan y regresan al desmodulador, el desmodulador puede identificarlas y «organizarlas» una por una mediante análisis espectral. - Limitación de cantidad:
Debido al ancho de banda de operación del desmodulador (como la banda C comúnmente utilizada, que tiene un ancho de banda de aproximadamente 1525\text{ nm} a 1565\text{ nm} , un total de 40\text{ nm} ) y el rango de desplazamiento de longitud de onda de cada sensor debido a cambios externos (temperatura, tensión) (generalmente de 2\text{ nm} a 3\text{ nm} ), la multiplexación pura por división de longitud de onda en un solo canal normalmente puede conectar en serie aproximadamente de 10 a 15 sensores.
2. Multiplexación por División de Tiempo (TDM, Time Division Multiplexing) — «Organización por Tiempo»
Cuando se necesita conectar en serie docenas o incluso cientos o miles de sensores en una sola fibra, solo «el color (división de longitud de onda)» no es suficiente; en este caso, es necesario introducir la organización por «tiempo (división de tiempo)».
- Cómo se diferencian:
En un sistema de multiplexación por división de tiempo, incluso si docenas de sensores en la fibra tienen longitudes de onda iniciales completamente idénticas, su posición física (distancia) en la fibra es diferente. - Proceso de trabajo:
El desmodulador no emite luz continua, sino un pulso de luz extremadamente corto. Cuando el pulso de luz se propaga en la fibra, refleja una parte de la luz al encontrar la primera rejilla, y refleja secuencialmente al encontrar la segunda y tercera rejilla. Dado que la velocidad de propagación de la luz en la fibra es constante (aproximadamente 0.2\text{ m} por nanosegundo), estas luces reflejadas que regresan al receptor llegan en diferentes momentos. - Cálculo de posición:
El desmodulador, midiendo con precisión el «tiempo de vuelo» del retorno de la luz reflejada, puede deducir la posición del sensor de la que proviene la señal, logrando así la organización.
3. Multiplexación Híbrida (WDM + TDM)
En proyectos grandes y de ingeniería real, a menudo se combinan la multiplexación por división de longitud de onda y la multiplexación por división de tiempo. En una sola fibra, existen grupos de sensores de diferentes longitudes de onda, y los sensores de la misma longitud de onda se separan espacialmente. Esta técnica de multiplexación híbrida puede expandir la capacidad de sensores en una sola fibra a docenas o incluso cientos.
Dos. Tecnología y Productos Oficiales Relacionados de OFSCN® (大成永盛)
En la serie de productos principales de DaCheng YongSheng (OFSCN®), se proporcionan rejillas de fibra de alto rendimiento y equipos de desmodulación necesarios para lograr alta densidad y acceso múltiple.
1. Cadenas de Rejillas de Fibra Óptica Múltiples (FBG Strings)
Para conectar docenas de sensores sin pérdidas en una sola fibra, generalmente se emplea la técnica de grabación punto por punto con láser de femtosegundo. Esta técnica permite grabar rejillas directamente en el núcleo de la fibra sin pelar el recubrimiento exterior de la fibra, manteniendo así la altísima resistencia mecánica y el rendimiento de resistencia a la fatiga a largo plazo de la fibra.
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OFSCN® Standard Femtosecond Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare) Enlace Oficial
Graba punto por punto con láser de femtosegundo, sin dañar el recubrimiento de la fibra, admite la personalización de cadenas de rejillas de fibra óptica de punto único o múltiple. -
OFSCN® High-Strength Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare) Enlace Oficial
Utiliza fibra monomodo de poliimida de alta resistencia seleccionada, se pueden personalizar cadenas de rejillas de larga distancia y múltiples puntos de medición.
2. Desmoduladores de Rejillas de Fibra Óptica (Interrogator)
Para analizar las señales de estos sensores «organizados», se requieren equipos de desmodulación de alta precisión.
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OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator Enlace Oficial
Admite personalización de 4, 8, 16 y 32 canales. El rango de longitud de onda predeterminado es de 1525\text{ nm} a 1565\text{ nm} . Mediante el escaneo espectral de alta frecuencia, puede identificar con precisión los pequeños cambios de longitud de onda de docenas de sensores FBG de diferentes longitudes de onda conectados en serie dentro de un solo canal (la resolución puede alcanzar 0.1\text{ pm} ).
