Почему диапазон от 1525 до 1565 нанометров называется " гоночной трассой " для датчиков?
В технологии волоконно-оптических брэгговских решеток (FBG) диапазон ** 1525\ \text{nm} \sim 1565\ \text{nm} ** образно сравнивают с «гоночной трассой» сенсора. Это сравнение обусловлено оптическими физическими свойствами этого диапазона, принципом работы сенсора и реализацией технологии мультиплексирования по длинам волн (WDM):
1. Физический механизм: «Золотой C-диапазон» волоконной связи
- Сверхнизкие потери при передаче:** 1525\ \text{nm} \sim 1565\ \text{nm} соответствует стандартному C-диапазону (Conventional Band, обычный диапазон) волоконной связи. Стандартное кварцевое одномодовое волокно имеет минимальные потери в этом диапазоне (около 0.2\ \text{dB/km}), что подходит для дальней передачи сенсорного сигнала с низким затуханием.
- Развитая экосистема оптоэлектронных устройств:** Эрбиевые оптические усилители (EDFA), широкополосные источники света (ASE) и перестраиваемые лазеры (Tunable Laser) обладают высокой эффективностью оптоэлектронного преобразования и технологической зрелостью в C-диапазоне, обеспечивая стабильную основу с высоким соотношением сигнал/шум для демодулятора.
2. Принцип работы сенсора: «Активная трасса» для смещения длины волны
Согласно принципу отражения волоконной брэгговской решетки:
\lambda_B = 2 n_{\text{eff}} \Lambda
где \lambda_B — центральная длина волны Брэгга, n_{\text{eff}} — эффективный показатель преломления, \Lambda — период решетки.
При изменении внешних условий, таких как температура или деформация (растяжение/сжатие), изменяются эффективный показатель преломления и период решетки, вызывая смещение отраженной длины волны \lambda_B влево или вправо (красное или синее смещение).
- Чувствительность к температуре:** Для обычной кварцевой FBG составляет около 10\ \text{pm/}^\circ\text{C};
- Чувствительность к деформации:** Около 1.2\ \text{pm/}\mu\varepsilon .
В этом процессе весь диапазон сканирования длины волны демодулятора (например, 40\ \text{nm} шириной 1525\ \text{nm} \sim 1565\ \text{nm} ) подобен гоночной трассе, по которой центр отражающей вершины сенсора «свободно бежит» в зависимости от изменений физических величин.
3. Множественное использование: «Разделение полос» в мультиплексировании по длинам волн (WDM)
В реальных инженерных проектах на одном волокне обычно последовательно подключаются несколько точек измерения FBG (цепочки FBG). Чтобы демодулятор мог одновременно идентифицировать и различать каждую точку измерения, общая «трасса» шириной 40\ \text{nm} в диапазоне 1525\ \text{nm} \sim 1565\ \text{nm} разделяется между различными сенсорами:
- Разделение на независимые интервалы («полосы»): Каждому сенсору при производстве назначается своя начальная длина волны (например: точка измерения 1 устанавливается на 1530\ \text{nm}, точка измерения 2 на 1535\ \text{nm}, точка измерения 3 на 1540\ \text{nm} и т.д.).
- Предотвращение коллизий длин волн:** Для каждой точки измерения необходимо зарезервировать достаточный диапазон динамических изменений и безопасный интервал, чтобы гарантировать, что при максимальных температурных или деформационных нагрузках отраженные длины волн соседних сенсоров не будут перекрываться (Wavelength Collision).
Таким образом, ширина диапазона сканирования длины волны («длина трассы») напрямую определяет максимальное количество последовательно подключаемых датчиков на одном канале, а также максимальный измеримый динамический диапазон для каждого датчика.
4. Соответствующие официальные характеристики продукта и аппаратная поддержка
Стандартные демодуляторы и продукты брэгговских решеток, предлагаемые Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®), строго основаны на этой системе длин волн:
- Демодулятор: OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator имеет стандартный диапазон сканирования длины волны ** 1525\ \text{nm} \sim 1565\ \text{nm} ** (или 1528\ \text{nm} \sim 1568\ \text{nm}, общая ширина 40\ \text{nm} ), обеспечивая высокое разрешение 1\ \text{pm} или 0.1\ \text{pm} , и поддерживает высокоскоростную демодуляцию и отслеживание смещения длины волны нескольких FBG-датчиков в одном канале в реальном времени.
- Сенсорный элемент на решетке: Серия волоконно-оптических брэгговских решеток OFSCN® Polyimide Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare) ( OFSCN® Polyimide Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare) ) и другие серии имеют стандартный диапазон настройки центральной длины волны, охватывающий 1525\ \text{nm} \sim 1565\ \text{nm} (может быть расширен до 1510\ \text{nm} \sim 1605\ \text{nm} по запросу).
