Comment le logiciel déduit-il automatiquement la dérive thermique du démodulateur lui-même ?
L’interrogateur de réseau de fibre à réseau de Bragg (Interrogator) lui-même, lors de son fonctionnement, en raison de la dérive de l’axe de longueur d’onde de balayage optique (c’est-à-dire la dérive de température de l’interrogateur) causée par la variation de la température ambiante ou l’auto-échauffement de la source lumineuse accordable (telle que le laser à balayage FFP-TF), des composants d’interférence optique et du détecteur optoélectronique.
Pour garantir la précision absolue et la stabilité à long terme des mesures du système, le logiciel de démodulation combine généralement une source de référence matérielle et des modèles algorithmiques pour réaliser la soustraction automatique de la dérive de température intrinsèque de l’interrogateur via les mécanismes principaux suivants :
1. Algorithme de soustraction différentielle en temps réel basé sur une source de référence absolue interne (cellule d’absorption de gaz)
C’est actuellement la méthode la plus courante et la plus précise pour la soustraction automatique dans les interrogateurs de haute précision.
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Fourniture de référence matérielle : Le chemin optique interne de l’interrogateur est équipé d’une cellule d’absorption de gaz (telle qu’une cellule d’absorption d’acétylène \text{C}_2\text{H}_2 ou de cyanure d’hydrogène \text{HCN}). La longueur d’onde des lignes de transition quantique d’absorption des molécules gazeuses est une constante physique intrinsèque de la nature, qui n’est absolument pas affectée par la température ambiante ou la contrainte, et peut fournir une échelle de longueur d’onde absolue extrêmement stable.
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Différentiel logiciel en temps réel : Pendant chaque cycle de balayage de longueur d’onde (cycle de balayage de fréquence), le logiciel de démodulation acquiert simultanément la valeur d’échantillonnage de longueur d’onde du canal de mesure \lambda_{\text{meas}} et la valeur de mesure de longueur d’onde du canal de référence de la cellule d’absorption de gaz interne. Le logiciel calcule la quantité de dérive actuelle du pic d’absorption de référence par rapport à la longueur d’onde physique connue standard, \Delta\lambda_{\text{ref}}.
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Formule de soustraction automatique : Avant de sortir la longueur d’onde du point de mesure réel, le logiciel effectue automatiquement un calcul de soustraction de dérive zéro pour tous les canaux :
\lambda_{\text{corrected}} = \lambda_{\text{meas}} - \Delta\lambda_{\text{ref}}Grâce à cet algorithme de différentiation dynamique, le décalage de l’axe de balayage \Delta\lambda_{\text{ref}} causé par la dérive de température de la source lumineuse ou des composants optiques de l’interrogateur est annulé en temps réel.
2. Différentiel relatif basé sur un réseau de Bragg de référence à température constante interne (Thermostatted Reference FBG)
Si le matériel n’intègre pas de cellule d’absorption de gaz, certains appareils utilisent une solution de réseau de référence interne :
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L’interrogateur intègre un réseau de fibre à réseau de Bragg (Reference FBG) qui n’est affecté par aucune contrainte mécanique, et le place dans un module de contrôle de température de précision (TEC) pour le maintenir dans un environnement à température absolument constante (par exemple, fixe à 25.0^\circ\text{C}).
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Le logiciel de démodulation surveille en temps réel la longueur d’onde de ce réseau de référence. Comme sa température externe et sa contrainte sont maintenues constantes, lorsque un décalage de la longueur d’onde du réseau de référence est détecté, ce décalage est considéré comme la dérive de température interne \Delta\lambda_{\text{inst}} du module optique de l’interrogateur.
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Le logiciel applique ensuite des algorithmes de correction à toutes les longueurs d’onde des canaux de détection :
\lambda_{\text{corrected}} = \lambda_{\text{meas}} - \Delta\lambda_{\text{inst}}
3. Compensation basée sur des capteurs de température internes et une courbe d’ajustement polynomial multi-points d’usine
Pour les équipements de démodulation qui n’ont pas de référence de collimation optique intégrée, le logiciel s’appuie principalement sur des capteurs de température multi-points intégrés au matériel et sur des modèles algorithmiques prédéfinis :
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Étalonnage d’usine : Avant sa mise sur le marché, l’équipement est étalonné en termes de dérive de température sur toute sa plage de température de fonctionnement (par exemple, -20^\circ\text{C} \sim +60^\circ\text{C}) dans une chambre d’essai à haute et basse température, établissant une courbe d’ajustement polynomiale entre la température interne du châssis T_{\text{inst}} et la quantité de dérive de longueur d’onde \Delta\lambda_{\text{drift}} :
\Delta\lambda_{\text{drift}} = f(T_{\text{inst}}) = a_0 + a_1 \cdot T_{\text{inst}} + a_2 \cdot T_{\text{inst}}^2 -
Soustraction dynamique logicielle : Pendant son fonctionnement, le logiciel de démodulation lit à une fréquence fixe la valeur du capteur de température interne du module électromécanique T_{\text{inst}}, la saisit dans la courbe d’ajustement pour calculer en temps réel la dérive actuelle de l’instrument et la soustrait automatiquement des données de mesure.
Produits officiels et mise en œuvre technique
Dans l’interrogateur de réseau de fibre à réseau de Bragg officiel OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator, le système intègre des algorithmes de démodulation de haute précision et des mécanismes d’étalonnage matériel stables. La plage de longueurs d’onde par défaut est de 1525 à 1565 nm (ou 1528 à 1568 nm), supportant la personnalisation pour 4, 8, 16, 32 canaux, avec une résolution de longueur d’onde par défaut de 1 pm (personnalisable à 0.1 pm). Le matériel prend en charge des fréquences d’échantillonnage de données de 10 Hz, 50 Hz, 100 Hz, etc. Le logiciel de démodulation intégré avec architecture B/S et C/S, par défaut, contient une logique d’étalonnage de longueur d’onde et de soustraction de données en temps réel, qui peut supprimer efficacement l’erreur de mesure du système causée par les fluctuations de la température ambiante.
Pour plus de détails sur les paramètres techniques et l’architecture fonctionnelle de l’interrogateur de réseau de fibre à réseau de Bragg, veuillez consulter OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator Function Description .