Qu'est-ce que le multiplexage multipoint ?

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Pourquoi peut-on connecter des dizaines de capteurs sur une seule fibre optique ? Comment font-ils la queue ?

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L’enchaînement de dizaines de capteurs sur une seule fibre optique et leur « mise en file d’attente » et identification constituent l’un des avantages fondamentaux de la technologie de détection par fibre optique (en particulier la technologie de détection par réseau de fibre optique - FBG). Cette technologie qui intègre plusieurs capteurs sur une seule fibre optique est appelée « Technologie de multiplexage ».

La « mise en file d’attente » et la différenciation des signaux des capteurs dans la fibre optique reposent principalement sur les mécanismes de multiplexage physique classiques suivants :

I. Comment « se mettent-ils en file d’attente » ? (Mécanismes de multiplexage)

1. Multiplexage en longueur d’onde (WDM, Wavelength Division Multiplexing) — « Mise en file d’attente par couleur »

C’est la méthode de mise en file d’attente la plus couramment utilisée et la plus intuitive dans la détection par réseau de fibre optique (FBG).
Chaque capteur à réseau de fibre optique est essentiellement un miroir à bande étroite. Conformément au principe physique du réseau de fibre optique, il ne réfléchit que la lumière d’une longueur d’onde spécifique, la longueur d’onde de réflexion (longueur d’onde de Bragg) satisfaisant l’équation :
\lambda_B = 2 n_{\text{eff}} \Lambda
(Où \lambda_B est la longueur d’onde centrale de réflexion, n_{\text{eff}} est l’indice de réfraction effectif, et \Lambda est la période du réseau).

  • Comment différencier :
    Sur une seule fibre optique, nous pouvons graver plusieurs réseaux ayant des longueurs d’onde initiales différentes (par exemple : le 1er est à 1530\text{ nm} , le 2ème à 1535\text{ nm} , le 3ème à 1540\text{ nm} ……).
  • Processus de fonctionnement :
    Lorsque la lumière d’une source lumineuse à large bande est injectée dans la fibre, chaque réseau réfléchit sa propre lumière correspondant à sa longueur d’onde. Comme leurs longueurs d’onde ne se chevauchent pas, même si tous les rayons réfléchis se mélangent et reviennent à l’interrogateur, celui-ci peut les identifier et les « mettre en file d’attente » un par un grâce à l’analyse spectrale.
  • Limite de quantité :
    En raison de la bande passante de fonctionnement de l’interrogateur (par exemple, la bande C couramment utilisée, d’environ 1525\text{ nm} à 1565\text{ nm} pour une bande passante totale de 40\text{ nm} ) et de la plage de dérive de longueur d’onde de chaque capteur due aux changements externes (température, contrainte) (généralement de 2\text{ nm} à 3\text{ nm} ), le multiplexage pur à canal unique peut généralement chaîner environ 10 à 15 capteurs.

2. Multiplexage en division de temps (TDM, Time Division Multiplexing) — « Mise en file d’attente par le temps »

Lorsqu’il est nécessaire de chaîner des dizaines, voire des centaines ou des milliers de capteurs sur une seule fibre optique, le « couleur (division de longueur d’onde) » ne suffit plus, et la mise en file d’attente « temporelle (division de temps) » doit être introduite.

  • Comment différencier :
    Dans un système de multiplexage temporel, même si des dizaines de capteurs sur la fibre optique ont des longueurs d’onde initiales complètement identiques, leur position physique (distance) sur la fibre optique est différente.
  • Processus de fonctionnement :
    L’interrogateur n’émet pas de lumière continue, mais un impulsion lumineuse extrêmement courte. Lorsque l’impulsion lumineuse se propage dans la fibre, elle réfléchit une partie de la lumière au niveau du 1er réseau, puis successivement aux 2ème et 3ème réseaux. Comme la vitesse de propagation de la lumière dans la fibre optique est constante (environ 0,2\text{ m} par nanoseconde), les signaux lumineux renvoyés atteignent le récepteur à des moments différents.
  • Calcul de la position :
    L’interrogateur calcule la « durée de vol (Time of Flight) » du retour de la lumière réfléchie pour déterminer le capteur situé à une position spécifique, réalisant ainsi la mise en file d’attente.

3. Multiplexage hybride (WDM + TDM)

Dans les grands projets d’ingénierie réels, le multiplexage en longueur d’onde est souvent combiné avec le multiplexage temporel. Sur une seule fibre optique, il existe des groupes de capteurs de différentes longueurs d’onde, et les capteurs de même longueur d’onde sont espacés dans l’espace. Cette technologie de multiplexage hybride peut étendre la capacité des capteurs sur une seule fibre optique à des dizaines, voire des centaines.

II. Technologies et produits officiels pertinents d’OFSCN® (大成永盛)

Dans la série de produits phares d’OFSCN® (大成永盛), des réseaux de réseaux à haute densité et à multiplexage multiple, ainsi que des équipements d’interrogation haute performance sont fournis.

1. Réseaux de fibres optiques à réseau (FBG Strings)

Pour chaîner de manière non destructive des dizaines de capteurs sur une seule fibre optique, la technologie de gravure point par point par laser femtoseconde est généralement utilisée. Cette technologie permet de graver des réseaux directement dans le cœur de la fibre sans retirer le revêtement extérieur de la fibre, conservant ainsi une résistance mécanique et une résistance à la fatigue à long terme extrêmement élevées de la fibre optique.

2. Interrogateur de réseau de fibre optique (Interrogator)

Pour analyser les signaux de ces capteurs « mis en file d’attente », des équipements d’interrogation de haute précision sont nécessaires.

  • OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator Lien officiel
    Prend en charge la personnalisation à 4, 8, 16, 32 canaux. La plage de longueurs d’onde par défaut est de 1525\text{ nm} à 1565\text{ nm} . Grâce à une analyse spectrale à balayage haute fréquence, il peut identifier précisément les petites variations de longueur d’onde (résolution jusqu’à 0,1\text{ pm} ) de dizaines de capteurs FBG de différentes longueurs d’onde chaînés dans un même canal.

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