Wenn sich die Wellenlängen von zwei Sensoren überschneiden, geraten die Demodulatoren dann in Konflikt?
Wenn sich die Reflexionswellenlängen von zwei auf demselben Glasfaserkanal montierten Gittern (Wavelength Overlap) überlappen oder kreuzen, wird die Demodulator-Hardware selbst nicht physisch beschädigt. Auf der Ebene der Spektralanalyse und Signalverfolgungsalgorithmen treten jedoch schwere Datenverwechslungen und Verzerrungen auf.
I. Physikalische und spektrale Überlagerungsmechanismen
Das Reflexionsspektrum eines Faser-Bragg-Gitters (FBG) ist kein idealer, unendlich schmaler Einzelwellenlängenpeak, sondern ein Spektralpeak mit einer gewissen Breite (z. B. eine typische 3\text{ dB}-Bandbreite liegt normalerweise zwischen 0.2\text{ nm}\sim 0.4\text{ nm}).
Wenn sich die zentralen Wellenlängen von zwei Sensoren aufgrund externer physikalischer Größen (Temperatur, Dehnung usw.) nähern und überlappen:
- Spektrale Interferenzen und Überlagerung: Das vom Fotodetektor des Demodulators empfangene Reflexionsspektrum ist die algebraische Summe der Reflexionsspektren der beiden Gitter.
- Verformung des Spektralpeaks: Zwei ursprünglich klare, unabhängige Gaußsche Reflexionspeaks verschmelzen zu einem verzerrten Peak mit verbreiterter, unsymmetrischer oder abgeflachter Oberseite, wenn der Abstand kleiner als die Auflösungsgrenze oder die Peakbreite ist.
II. Spezifische Auswirkungen im Demodulator-Datenverarbeitungs-Layer
Demodulatoren verlassen sich bei der Identifizierung von Spektren auf Peak-Finding-Algorithmen (wie Schwerpunktmethode, Gauß-Anpassung oder Schwellenwertmethode) und Punktverfolgungsalgorithmen. Die Wellenlängenüberlappung führt zu folgenden Phänomenen:
- Verlust von Messpunkten (Peak-Zusammenführung)
Wenn zwei Reflexionspeaks vollständig zu einem einzelnen Peak überlagert sind, kann der Peak-Finding-Algorithmus des Demodulators nur einen Peak erkennen. Die vom System aufgezeichnete Anzahl gültiger Sensoren sinkt schlagartig von 2 auf 1, was zum Phänomen des „Verlusts von Messpunkten“ führt. - Schwere Verzerrung der Messwerte
Während der Überlappung ist die von den Algorithmen berechnete Zentralwellenlänge das Äquivalentzentrum des resultierenden verzerrten Peaks. Diese Wellenlänge repräsentiert weder Sensor A noch Sensor B, was zu abrupten Sprüngen und Fehlern in den berechneten Temperatur- oder Dehnungswerten führt. - Fehlzuordnung von Sensor-IDs (Kanalverwechslung)
Wenn die Wellenlängen zweier Sensoren sich kreuzen und dann wieder trennen, führen Verfolgungsalgorithmen, die auf Wellenlängen-Sortierung oder Wellenlängenbereichs-Erkennung basieren, leicht zu einem „Identitätsaustausch“, d. h. der Kanal, der ursprünglich zu Sensor A gehörte, wird fälschlicherweise mit den physikalischen Werten von Sensor B assoziiert.
III. Technische Umgehung und Designrichtlinien
Um Demodulationsanomalien durch Wellenlängenüberlappung zu vermeiden, sollten bei der Auslegung von Wellenlängen-Multiplexing (WDM) Faser-Bragg-Gittersystemen folgende Prinzipien befolgt werden:
- Sichere Wellenlängen-Schutzbänder (Guard Band) vorsehen
Berechnen Sie die Wellenlängenverschiebung basierend auf dem Grenzwertbereich der zu messenden physikalischen Größe:- Die Temperatur-Empfindlichkeit eines nackten FBG liegt bei etwa 10\text{ pm/}^\circ\text{C} (um 1550\text{ nm}).
- Die axiale Dehnungs-Empfindlichkeit eines nackten FBG liegt bei etwa 1.2\text{ pm/}\mu\varepsilon .
- Für jeden Messpunkt muss ein ausreichender dynamischer Bereich und ein Sicherheitsabstand für den Wellenlängenbereich vorgesehen werden, um sicherzustellen, dass sich die Wellenlängenbereiche der einzelnen Messpunkte unter extremen Bedingungen über den gesamten Bereich nicht überlappen.
- Räumliche Kanalsegmentierung (SDM)
Wenn der Messbereich groß ist oder die Anzahl der Messpunkte die Kapazität eines einzelnen Wellenlängenfensters übersteigt, sollten die Sensoren auf verschiedene unabhängige physikalische Kanäle des Demodulators verteilt werden.
Zugehörige Produkte und Referenzspezifikationen
Für die Erfassung von Mehrkanal-Wellenlängen und hochpräzise Peak-Finding-Analysen können die folgenden standardisierten Gerätekonfigurationen herangezogen werden:
- Produktname: OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator
- Technische Parameter:
- Standard-Betriebswellenlängenbereich: 1525\text{ nm}\sim 1565\text{ nm} oder 1528\text{ nm}\sim 1568\text{ nm} (anpassbar)
- Wellenlängenauflösung: Standard 1\text{ pm} , bis zu 0.1\text{ pm} anpassbar
- Kanalkonfiguration: 4 Kanäle, 8 Kanäle, 16 Kanäle, 32 Kanäle verfügbar
- Abtastfrequenz: 10\text{ Hz} , 50\text{ Hz} , 100\text{ Hz} wählbar
