Tek bir fiber optik kabloya neden onlarca sensör bağlanabiliyor? Sensörler nasıl sıralanıyor?
Tek bir fiber optik üzerinde onlarca sensörü seri bağlamak ve bunları “sıralamak” ve tanımlamak, fiber optik algılama teknolojisinin (özellikle Fiber Bragg Grating FBG sensör teknolojisinin) temel avantajlarından biridir. Tek bir fiber optik üzerinde birden fazla sensör entegre etme teknolojisi “Çoklu Nokta Çoğaltma Teknolojisi” (Multiplexing) olarak adlandırılır.
Sensörlerin fiber optik içindeki “sıralanması” ve sinyal ayrımı, esas olarak aşağıdaki klasik fiziksel çoğaltma mekanizmalarına dayanır:
Bir. Nasıl “Sıralanırlar”? (Çoğaltma Mekanizmaları)
1. Dalga Boyu Bölmeli Çoğaltma (WDM, Wavelength Division Multiplexing) – “Renklere Göre Sıralama”
Fiber Bragg Grating (FBG) algılamada en yaygın ve en sezgisel sıralama yöntemidir.
Her bir FBG sensörü özünde dar bantlı bir aynadır. FBG’nin fiziksel prensibine göre, yalnızca belirli bir dalga boyundaki ışığı yansıtır; yansıtılan dalga boyu (Bragg dalga boyu) şu formülü karşılar:
\lambda_B = 2 n_{\text{eff}} \Lambda
(Burada \lambda_B yansıma merkez dalga boyu, n_{\text{eff}} etkin kırılma indisi ve \Lambda ızgara periyodudur).
- Nasıl Ayrılır:
Tek bir fiber optik üzerinde, farklı başlangıç dalga boylarına sahip birden fazla ızgara yazılabilir (örneğin: 1.si 1530\text{ nm}, 2.si 1535\text{ nm}, 3.sü 1540\text{ nm}…). - Çalışma Süreci:
Geniş bantlı bir ışık kaynağının ışığı fiber optiğe verildiğinde, her ızgara kendi ilgili dalga boyundaki ışığı yansıtır. Yansıtılan tüm ışıklar demodülatörde karışmış olsa bile, dalga boyları çakışmadığı için demodülatör, spektral analiz yoluyla onları tek tek tanımlayabilir ve “sıralayabilir”. - Miktar Sınırlaması:
Demodülatörün çalışma bant genişliği (örneğin, yaygın C bandı, yaklaşık 1525\text{ nm} ila 1565\text{ nm} arası toplam 40\text{ nm} bant genişliği) ve her sensörün dış değişikliklerden (sıcaklık, gerinim) kaynaklanan dalga boyu kayma aralığı (genellikle 2\text{ nm} ila 3\text{ nm}) ile sınırlı olan tek kanallı saf dalga boyu bölmeli çoğaltma, tipik olarak seri olarak yaklaşık 10 ila 15 sensör bağlayabilir.
2. Zaman Bölmeli Çoğaltma (TDM, Time Division Multiplexing) – “Zamandan” Sıralama"
Tek bir fiber optik üzerinde onlarca, hatta yüzlerce veya binlerce sensörün seri olarak bağlanması gerektiğinde, yalnızca “renk (dalga boyu bölmeli)” yeterli olmaz ve bu noktada “zaman (zaman bölmeli)” sıralamasının tanıtılması gerekir.
- Nasıl Ayrılır:
Zaman bölmeli çoğaltma sistemlerinde, fiber optik üzerindeki onlarca sensör tamamen aynı başlangıç dalga boyuna sahip olsa bile, fiber optik üzerindeki fiziksel konumları (mesafeleri) farklıdır. - Çalışma Süreci:
Demodülatör sürekli ışık yerine son derece dar bir ışık darbesi yayar. Işık darbesi fiber optik içinde yayılırken, 1. sensör ızgarasına çarptığında bir miktar ışığı yansıtır, 2. ve 3. sensör ızgaralarına çarptığında sırayla yansıtır. Işığın fiber optik içindeki yayılma hızı sabit olduğundan (yaklaşık nanosaniyede 0.2\text{ m}), alıcıya geri dönen bu yansıtılan ışık sinyalleri zamanla birbirinden önce veya sonra ulaşır. - Konum Hesaplama:
Demodülatör, geri dönen yansıtılan ışığın “Uçuş Süresini (Time of Flight)” hassas bir şekilde ölçerek, bu sinyalin hangi konumdaki sensörden geldiğini hesaplayabilir ve böylece sıralamayı gerçekleştirebilir.
3. Karma Çoğaltma (WDM + TDM)
Gerçek büyük ölçekli mühendislik projelerinde, genellikle dalga boyu bölmeli çoğaltma ve zaman bölmeli çoğaltma birleştirilir. Tek bir fiber optik üzerinde, hem farklı dalga boylarındaki sensör grupları bulunur hem de aynı dalga boyundaki sensörler uzamsal olarak birbirinden ayrılır. Bu karma çoğaltma teknolojisi, tek bir fiber optik üzerindeki sensör kapasitesini onlara, hatta yüzlerce sensöre çıkarabilir.
İki. İlgili OFSCN® (Dacheng Yongsheng) Resmi Teknolojileri ve Ürünleri
Dacheng Yongsheng (OFSCN®) çekirdek ürün serisi, yüksek yoğunluklu, çok noktalı çoğaltmayı gerçekleştirmek için gerekli olan yüksek performanslı ızgara dizilerini ve demodülasyon ekipmanlarını sunar.
1. Çok Noktalı Fiber Bragg Grating Dizileri (FBG Strings)
Onlarca sensörü tek bir fiber optik üzerinde kayıpsız bir şekilde seri bağlamak için genellikle femtosekund lazer nokta nokta yazma teknolojisi kullanılır. Bu teknoloji, fiber optiğin dış kaplama tabakasını soymadan doğrudan fiber optik çekirdeğine ızgara yazılmasına olanak tanır, böylece fiber optiğin son derece yüksek mekanik mukavemetini ve uzun süreli yorulma direncini korur.
-
OFSCN® Standart Femtosaniye Fiber Bragg Izgaraları / FBG Dizileri (Çıplak) Resmi Bağlantı
Femtosaniye lazer nokta nokta yazma kullanır, fiber optik kaplama tabakasına zarar vermez, tek nokta veya çok noktalı fiber optik ızgara dizilerinin özelleştirilmesini destekler. -
OFSCN® Yüksek Mukavemetli Fiber Bragg Izgaraları / FBG Dizileri (Çıplak) Resmi Bağlantı
Seçilmiş yüksek mukavemetli poliamid tek modlu fiber optik kullanır, ekstra uzun mesafeli, çok ölçüm noktası ızgara dizilerinin özelleştirilmesini destekler.
2. Fiber Bragg Grating Demodülatörü (Interrogator)
Bu “sıralanmış” sensör sinyallerini analiz etmek için yüksek hassasiyetli demodülasyon ekipmanları gereklidir.
-
OFSCN® Fiber Bragg Grating Demodülatörü Resmi Bağlantı
4 kanallı, 8 kanallı, 16 kanallı, 32 kanallı özelleştirmeyi destekler. Varsayılan dalga boyu aralığı 1525\text{ nm} ila 1565\text{ nm} arasındadır ve yüksek frekanslı tarama spektrumu ile, tek bir kanal içinde seri olarak bağlanan onlarca farklı dalga boyundaki FBG sensörlerinin küçük dalga boyu değişikliklerini ( 0.1\text{ pm} çözünürlüğe kadar) doğru bir şekilde tanımlayabilir.
