Est-il possible de connecter plusieurs répartiteurs en série pour construire un réseau de centaines, voire de milliers de points de mesure ?
Dans les projets d’ingénierie de capteurs à réseau de fibre de verre (FBG) réels, il est impossible de construire un réseau de centaines ou de milliers de points de mesure par simple mise en cascade (série) de coupleurs optiques.
Bien qu’il soit théoriquement possible de construire un réseau en arbre avec des coupleurs à plusieurs niveaux dans une topologie théorique, dans les systèmes physiques et les applications d’ingénierie réels, cette conception se heurte à des limitations physiques strictes dues au bilan de puissance optique (atténuation) et au principe de démodulation de longueur d’onde (bande passante spectrale).
I. Deux limitations physiques fondamentales des coupleurs optiques en cascade
1. Limitation de perte de puissance optique (Bilan de puissance optique)
Les coupleurs optiques sont des dispositifs passifs de répartition de puissance. Chaque fois qu’un signal optique passe par un couplage, sa puissance optique est divisée par deux ou atténuée proportionnellement.
- Un coupleur optique 1 \times 2 nominal introduit une perte de répartition intrinsèque d’au moins 3\ \text{dB} (sans compter la perte d’insertion supplémentaire du dispositif ni la perte de connexion de la fibre).
- Si une mise en cascade à plusieurs niveaux est effectuée (par exemple, l’utilisation de trois niveaux de coupleurs 1 \times 8 pour une connexion en série de type arbre, soit 8 \times 8 \times 8 ), la perte de répartition de puissance optique seule atteindra :\text{Loss} \approx 3 \times 9\ \text{dB} = 27\ \text{dB}
- La plage dynamique de la grande majorité des démodulateurs de réseau de fibre de verre de haute précision se situe généralement entre 30\ \text{dB} et 40\ \text{dB} . Si le nombre de niveaux en cascade est trop important, le signal optique FBG réfléchi vers le démodulateur tombera en dessous du plancher de bruit (Noise Floor) du photodétecteur, empêchant le démodulateur d’identifier et de capturer le pic de réflexion, ce qui entraînera la défaillance du système.
2. Chevauchement de longueur d’onde et limitation de canal logique (Contraintes de longueur d’onde)
Dans les systèmes traditionnels de réseau de fibre de verre à multiplexage en longueur d’onde (WDM), lorsqu’un canal physique est divisé en plusieurs branches par un coupleur, bien qu’il y ait plusieurs branches physiques, elles appartiennent logiquement au même canal physique.
- La bande passante spectrale du démodulateur est limitée (par exemple, la fenêtre de longueur d’onde typique d’un démodulateur est de 1525\ \text{nm} à 1565\ \text{nm} , soit une plage totale de 40\ \text{nm} ).
- Les longueurs d’onde de réflexion de tous les capteurs FBG connectés sur les différentes branches ne doivent absolument pas se chevaucher.
Si chaque capteur FBG nécessite une bande de dérive physique de 2\ \text{nm} en raison des changements de température ou de contrainte, alors le nombre total de capteurs que ce port physique peut accueillir dans toutes ses branches ne dépassera pas environ 20 ( 40\ \text{nm} / 2\ \text{nm} = 20 ). - Même si 64 branches sont créées par le coupleur, si les longueurs d’onde des capteurs sur ces 64 branches se chevauchent, le démodulateur ne pourra pas déterminer quel capteur sur quelle branche a un décalage de longueur d’onde.
II. Comment construire correctement un grand réseau FBG de centaines ou de milliers de points de mesure ?
Dans les projets de surveillance à grande échelle, afin de déployer des réseaux de centaines voire de milliers de points de mesure, les pratiques d’ingénierie standard de l’industrie utilisent généralement les solutions suivantes :
1. Utiliser un démodulateur FBG avec un nombre élevé de canaux physiques indépendants
En augmentant le nombre de canaux physiques entièrement indépendants, chaque canal dispose de sa propre source lumineuse, de son propre photodétecteur et de sa fenêtre de longueur d’onde complète de 40\ \text{nm} . La puissance optique entre les canaux n’interfère pas et les longueurs d’onde peuvent se chevaucher complètement.
OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator fournit une prise en charge matérielle pour des canaux multiples, avec des nombres de canaux personnalisables de 4, 8, 16 ou 32 canaux. En utilisant un démodulateur multi-canaux, la capacité des points de mesure peut être directement multipliée à la couche des canaux physiques.
2. Effectuer une extension de canal à un seul niveau raisonnable (planification rigoureuse des longueurs d’onde)
Sous réserve que les longueurs d’onde des capteurs ne se chevauchent pas et avec une planification rigoureuse des longueurs d’onde, un coupleur optique à un seul niveau peut être utilisé pour une extension de canal appropriée afin de réduire le coût du matériel par canal et de couvrir différentes zones physiques.
En utilisant le OFSCN® Optical Fiber Splitter (y compris les spécifications telles que 16x32, 8x16, 4x8, 32x64), il est possible, dans les grands projets, de combiner avec les démodulateurs de réseau de fibre de verre OFSCN® pour étendre un canal physique à 2 ou 3 branches. Il est conseillé de ne réaliser qu’un seul niveau de couplage pour éviter l’atténuation sévère de la puissance optique résultant d’une mise en cascade à plusieurs niveaux, garantissant ainsi la stabilité à long terme et la démodulation précise du système de détection à réseau de fibre de verre.
