Birden çok ayırıcıyı yüzlerce veya binlerce ölçüm noktasına sahip bir ağ oluşturmak için seri olarak bağlayabilir miyiz?
Gerçek fiber Bragg grating (FBG) algılama mühendisliğinde, yüzlerce veya binlerce ölçüm noktasına sahip bir ağı sınırsız sayıda paralel optik ayırıcı (splitter) kullanarak oluşturmak mümkün değildir. Teorik olarak ağaç topolojilerinde çok seviyeli ayırıcılarla ağlar oluşturulabilse de, fiziksel sistemler ve mühendislik uygulamalarında bu tasarım, optik güç bütçesi (zayıflama) ve dalgaboyu çözünürlük prensibi (spektral bant genişliği) gibi katı fiziksel sınırlamalara tabidir.
Bir. Paralel Optik Ayırıcıların İki Anahtar Fiziksel Sınırlaması
1. Optik Güç Kaybı Sınırlaması (Optical Power Budget)
Optik ayırıcılar, optik sinyal her bölündüğünde optik gücün yarıya indiği veya orantılı olarak azaldığı pasif güç dağıtım cihazlarıdır.
- Nominal bir 1 \times 2 optik ayırıcı, 3\ \text{dB} 'den az olmamak üzere kendi dağıtım kaybını (cihazın ek ekleme kaybı ve fiber konektör kaybı hariç) getirir.
- Çok seviyeli paralelleme yapılırsa (örneğin, bir ağaç yapısı oluşturmak için üç seviyeli 1 \times 8 ayırıcılar kullanılarak, yani 8 \times 8 \times 8 ), yalnızca optik güç dağıtım kaybı şu şekilde olacaktır:\text{Loss} \approx 3 \times 9\ \text{dB} = 27\ \text{dB}
- Çoğu yüksek hassasiyetli FBG çözücülerin dinamik aralığı genellikle 30\ \text{dB} ile 40\ \text{dB} arasındadır. Çok fazla seviyede paralelleme yapılırsa, çözücüye geri yansıyan FBG optik sinyali, çözücünün geri yansıyan tepe noktalarını tanıyamaması ve yakalayamaması, dolayısıyla sistemin arızalanmasıyla sonuçlanan gürültü tabanının (Noise Floor) altına düşecektir.
2. Dalgaboyu Çakışması ve Mantıksal Kanal Sınırlaması (Wavelength Constraints)
Geleneksel dalgaboyu bölmeli çoğullama (WDM) fiber Bragg grating sistemlerinde, bir fiziksel kanal ayırıcılar tarafından birden fazla dala ayrıldıktan sonra, fiziksel olarak birden fazla dal olmasına rağmen, mantıksal olarak hala aynı fiziksel kanala aittirler.
- Çözücünün spektral bant genişliği sınırlıdır (örneğin, sıradan bir çözücü için dalgaboyu penceresi 1525\ \text{nm} ile 1565\ \text{nm} arasındadır, toplam 40\ \text{nm} aralık).
- Tüm dallardaki FBG sensörlerinin yansıma dalgaboyları kesinlikle çakışmamalıdır. Her FBG sensörü, sıcaklık veya gerilme değişimleri nedeniyle 2\ \text{nm} fiziksel kayma bant genişliği gerektiriyorsa, bu fiziksel bağlantı noktası altındaki tüm dalların barındırabileceği maksimum toplam sensör sayısı yaklaşık 20 civarında kalacaktır ( 40\ \text{nm} / 2\ \text{nm} = 20 ).
- Bir ayırıcı tarafından 64 dal oluşturulsa bile, bu 64 dal üzerindeki sensör dalgaboylarının herhangi bir çakışması olursa, çözücü hangi dal üzerindeki sensörün dalgaboyunda bir kayma olduğunu ayırt edemez.
İki. Yüzlerce veya Binlerce Ölçüm Noktasına Sahip Büyük Bir FBG Ağı Nasıl Doğru Oluşturulur?
Büyük izleme projelerinde, yüzlerce hatta binlerce ölçüm noktasının ağ dağıtımını gerçekleştirmek için, standart endüstri mühendislik uygulamaları genellikle aşağıdaki çözümleri benimser:
1. Yüksek Bağımsız Fiziksel Kanal Sayısına Sahip FBG Çözücüleri Kullanma
Her kanalın bağımsız bir ışık kaynağına, fotodedektörüne ve tam 40\ \text{nm} dalgaboyu penceresine sahip olmasını sağlamak için tamamen bağımsız fiziksel kanalların sayısını artırma. Kanallar arasındaki optik güç birbirini etkilemez ve dalgaboyları tamamen çakışabilir.
OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator, 4 kanallı, 8 kanallı, 16 kanallı, 32 kanallı özelleştirilebilir kanal sayılarıyla yüksek kanallı donanım desteği sunar. Çok kanallı bir çözücü kullanarak, ölçüm noktası kapasitesi doğrudan fiziksel kanal düzeyinde birkaç kat artırılabilir.
2. Makul Tek Seviyeli Kanal Genişletme (Kesin Dalgaboyu Planlaması)
Her sensörün dalgaboyunun çakışmadığı ve kesin dalgaboyu planlamasının yapıldığı varsayımıyla, tek kanal donanım maliyetini düşürmek ve farklı fiziksel alanları kapsamak için makul kanal genişletme sağlamak üzere tek seviyeli optik ayırıcılar tanıtılabilir.
OFSCN® Optical Fiber Splitter (16x32, 8x16, 4x8, 32x64 vb. özellikler dahil) kullanılarak, büyük projelerde OFSCN® fiber Bragg grating çözücüsü ile birlikte, bir fiziksel kanal 2 veya 3 dala genişletilebilir. Yalnızca tek seviyeli bölme önerilir; çok seviyeli paralellemeden kaynaklanan ciddi optik güç zayıflamasından kaçınılarak fiber Bragg grating algılama sisteminin uzun vadeli kararlılığı ve hassas çözünürlüğü sağlanır.
