É possível conectar vários divisores em série para construir uma rede com centenas ou milhares de pontos de teste?
Na engenharia prática de sensores de fibra de rede de Bragg (FBG), não é possível construir redes com centenas ou milhares de pontos de medição através da cascata infinita (em série) de divisores de luz. Embora seja teoricamente possível construir uma rede em árvore através de divisores de múltiplos estágios em uma topologia teórica, na prática, em sistemas físicos e aplicações de engenharia, esse projeto é severamente limitado pelas restrições físicas do orçamento de potência óptica (atenuação) e do princípio de demodulação de comprimento de onda (largura de banda espectral).
I. Duas Restrições Físicas Principais de Divisores de Luz em Cascata
1. Limitação de Perda de Potência Óptica (Orçamento de Potência Óptica)
Divisores de luz são dispositivos passivos de distribuição de potência; cada vez que um sinal óptico passa por uma divisão, sua potência óptica é dobrada ou atenuada proporcionalmente.
- Um divisor de luz nominal de 1 \times 2 introduzirá uma perda de alocação inerente de pelo menos 3\ \text{dB} (sem incluir a perda de inserção excessiva do dispositivo e a perda de emenda de fibra).
- Se forem usadas múltiplas cascatas (por exemplo, usando três divisores 1 \times 8 em série em uma estrutura de árvore, ou seja, 8 \times 8 \times 8 ), a perda de alocação apenas pela potência óptica atingirá:\text{Loss} \approx 3 \times 9\ \text{dB} = 27\ \text{dB}
- O alcance dinâmico da maioria dos demoduladores FBG de alta precisão geralmente varia entre 30\ \text{dB} e 40\ \text{dB} . Se o número de cascatas for muito grande, o sinal óptico FBG refletido de volta para o demodulador ficará abaixo do piso de ruído do fotodetector, impedindo que o demodulador reconheça e capture o pico de reflexão, levando à falha do sistema.
2. Sobreposição de Comprimento de Onda e Limitação de Canal Lógico (Restrições de Comprimento de Onda)
Em sistemas tradicionais de rede de Bragg de multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM), quando um canal físico é dividido em múltiplos ramos por um divisor de luz, embora existam múltiplos ramos fisicamente, logicamente eles ainda pertencem ao mesmo canal físico.
- A largura de banda espectral do demodulador é limitada (por exemplo, a janela de comprimento de onda de demoduladores convencionais é de 1525\ \text{nm} a 1565\ \text{nm} , cobrindo um intervalo total de 40\ \text{nm} ).
- Os comprimentos de onda de reflexão de todos os sensores FBG conectados nos ramos não devem se sobrepor de forma alguma. Se cada sensor FBG necessitar de uma largura de banda de deriva física de 2\ \text{nm} devido a mudanças de temperatura ou tensão, o número total de sensores que podem ser acomodados em todas as ramificações deste porta físico ainda será de cerca de 20 ( 40\ \text{nm} / 2\ \text{nm} = 20 ).
- Mesmo que 64 ramos sejam criados por um divisor de luz, se os comprimentos de onda dos sensores nestes 64 ramos tiverem alguma sobreposição, o demodulador não conseguirá distinguir de qual ramo o sensor está sofrendo desvio de comprimento de onda.
II. Como Construir Corretamente Grandes Redes FBG com Centenas ou Milhares de Pontos de Medição?
Em projetos de monitoramento de grande escala, para implementar redes com centenas ou milhares de pontos de medição, as práticas de engenharia padrão da indústria geralmente empregam as seguintes soluções:
1. Utilizar Demoduladores FBG com Alta Contagem de Canais Físicos Independentes
Ao aumentar o número de canais físicos completamente independentes, cada canal possui sua própria fonte de luz, fotodetector e uma janela de comprimento de onda completa de 40\ \text{nm} . A potência óptica entre os canais não interfere, e os comprimentos de onda também podem se sobrepor completamente.
OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator oferece suporte de hardware para alta contagem de canais, com opções de 4, 8, 16 e 32 canais sob medida. Ao usar um demodulador multi-canal, a capacidade de pontos de medição pode ser aumentada diretamente em várias vezes na camada de canal físico.
2. Realizar Expansão Razoável de Canal de Estágio Único (Planejamento Rigoroso de Comprimento de Onda)
Com a garantia de que os comprimentos de onda dos sensores não se sobrepõem e com um planejamento rigoroso de comprimento de onda, divisores de luz de estágio único podem ser introduzidos para expansão apropriada de canal, a fim de reduzir o custo de hardware por canal e cobrir diferentes áreas físicas.
Usando OFSCN® Optical Fiber Splitter (incluindo especificações como 16x32, 8x16, 4x8, 32x64), em projetos de grande porte, em conjunto com o demodulador FBG OFSCN®, um canal físico pode ser expandido para 2 ou 3 ramos. Recomenda-se realizar apenas a divisão de estágio único para evitar a severa atenuação de potência óptica causada pela cascata multi-estágio, garantindo a estabilidade a longo prazo e a demodulação precisa do sistema de sensores FBG.
