Gwybodaeth

Mae synhwyro ffibr optig yn troi ffibr optegol cyffredin yn synhwyrydd hir, parhaus. Yn lle cario data yn unig, mae'r ffibr yn cario golau y mae ei briodweddau'n newid pan fydd tymheredd, straen, pwysau neu ddirgryniad yn gweithredu ar y cebl. Drwy ddarllen y newidiadau hynny, gall system synhwyro adrodd beth sy'n digwydd - ac fel arfer yn unionllemae'n digwydd - dros bellteroedd o ychydig fetrau i ddegau o gilometrau. Mae'r canllaw hwn yn cerdded trwy sut mae'r dechnoleg yn gweithio gam wrth gam, y tri phrif fath a sut maen nhw'n wahanol, ble mae pob un yn ffitio, a'r terfynau sy'n werth cynllunio o'u cwmpas.

Beth yw technoleg synhwyro ffibr optig?

Mae synhwyro ffibr optig yn ddull mesur sy'n defnyddio'r ffibr optegol ei hun fel yr elfen synhwyro. Mae ffynhonnell golau yn lansio golau i'r ffibr; wrth i'r golau hwnnw deithio, mae amodau allanol ychydig yn newid ei ddwysedd, ei donfedd, ei gyfnod, ei bolariad, neu'r ffordd y mae'n gwasgaru y tu mewn i'r gwydr. Mae offeryn ar ddiwedd y ffibr yn darllen y newidiadau hynny ac yn eu trosi'n fesuriadau corfforol megis tymheredd, straen, neu ddirgryniad.

Oherwydd bod y pwynt synhwyro wedi'i wneud o wydr ac nad yw'n cario cerrynt trydanol, mae synhwyro ffibr optig yn imiwn i ymyrraeth electromagnetig ac yn ddiogel i'w ddefnyddio mewn gosodiadau ffrwydrol neu ymosodol yn gemegol - rhinweddau sy'n bwysig ar bibellau, systemau pŵer, twneli, a phontydd lle mae synwyryddion trydanol yn cael trafferth. Gall yr un ffibr wasanaethu fel y synhwyrydd a'r llwybr signal, sy'n cadw'r caledwedd maes yn syml. Mae'r ffibr fel arfer yn safonolffibr optegol -modd senglar gyfer systemau straen, acwstig, a Brillouin, tra bod systemau Raman tymheredd yn unig yn aml yn rhedeg ar ffibr amlfodd.

Sut Mae Technoleg Synhwyro Ffibr Optig yn Gweithio?

Mae pob system synhwyro ffibr optig yn dilyn yr un gadwyn: anfon golau i mewn, gadael i'r amgylchedd ei addasu, darllen y golau sy'n dychwelyd, a chyfieithu'r newid yn fesuriad. Dyma beth sy'n digwydd ar bob cam.

1. Ysgafn yn Teithio Trwy'r Ffibr

Mae ffynhonnell laser neu fand eang yn lansio golau - fel arfer cyfres o gorbys byr - i mewn i'r craidd ffibr, lle mae adlewyrchiad mewnol cyfan yn ei gadw'n dywysedig ar hyd hyd y cebl. Mewn system synhwyro, y golau hwn yw'r chwiliwr: mae unrhyw beth sy'n effeithio arno ar y ffordd drwodd yn dod yn wybodaeth.

2. Mae'r Amgylchedd yn Newid y Golau

Pan fydd tymheredd, straen, pwysedd, neu ddirgryniad yn gweithredu ar ran o ffibr, mae'n newid ychydig ar y gwydr - ei hyd, ei fynegai plygiannol, neu fylchau strwythurau mewnol. Mae'r newidiadau corfforol bach hynny'n symud un neu fwy o briodweddau'r golau: ei donfedd, dwyster, cyfnod, polareiddio, neu sbectrwm y rhan sy'n gwasgaru yn ôl. Mae maint y sifft yn gymesur â chryfder yr effaith allanol, sef yr hyn sy'n gwneud mesuriad graddnodi yn bosibl.

3. Golau'n Adlewyrchu neu'n Gwasgaru'n Ôl

Mae rhan o'r golau yn dychwelyd tuag at y ffynhonnell. Mewn rhai synwyryddion mae'n cael ei adlewyrchu gan strwythur bwriadol wedi'i ysgrifennu i mewn i'r ffibr, fel gratio Bragg ffibr. Mewn systemau gwasgaredig mae'r gwydr ei hun yn gwasgaru llif ysgafn o olau yn ôl ar hyd y ffibr cyfan heb unrhyw gydrannau ychwanegol. Y naill ffordd neu'r llall, mae'r golau sy'n dychwelyd yn cario olion bysedd beth bynnag a weithredodd ar y ffibr.

4. Mae Holwr yn Darllen ac yn Lleoli'r Arwydd

Mae offeryn a elwir yn holwr (neu ddadmodulator) yn mesur y golau sy'n dychwelyd. Ar gyfer systemau dosranedig mae hefyd yn amseru pa mor hir y mae'r golau yn ei gymryd i ddod yn ôl - yr un syniad ag amser optegol-adlewyrchydd parth (OTDR). Oherwydd bod cyflymder golau yn y ffibr yn hysbys, mae'r amser tripio crwn yn nodi lleoliad pob newid ar hyd y cebl. Yna mae'r holwr yn trosi'r newid optegol yn ddarlleniad wedi'i raddnodi o dymheredd, straen, neu ddirgryniad, gyda safle ynghlwm.

Mae golau'n mynd i mewn, mae'r amgylchedd yn gadael ei farc ar y golau hwnnw, mae'r golau'n dod yn ôl, ac mae holwr yn troi'r newid - a lle digwyddodd - yn fesuriad.

Prif Mathau o Dechnolegau Synhwyro Fiber Optic

Mae synhwyro ffibr optig fel arfer yn cael ei grwpio yn dri theulu yn seiliedig ar faint o bwyntiau ar hyd y ffibr y gellir eu mesur a sut mae'r synhwyro'n digwydd.

Synhwyro ffibr optig pwynt

Mae synhwyrydd pwynt yn mesur un lleoliad. Mae elfen synhwyro bwrpasol yn ymateb i un paramedr - tymheredd, gwasgedd, neu gyflymiad, er enghraifft - ac mae'r dyluniad yn syml ac yn gost gymharol isel.

Yr enghraifft fwyaf cyffredin yw'rgratio Bragg ffibr (FBG). Mae gratio yn amrywiad cyfnodol ym mynegai plygiannol y craidd ffibr, a grëwyd trwy amlygu'r craidd i batrwm ymyrraeth uwchfioled dwys. Mae'r gratio yn adlewyrchu un donfedd benodol - tonfedd Bragg - ac yn gadael i'r gweddill fynd heibio. Pan fydd straen yn ymestyn y gratio neu wres yn ei ehangu, mae'r bylchau'n newid ac mae'r donfedd adlewyrchiedig yn symud; mae'r holwr yn darllen y shifft hwnnw ac yn ei drawsnewid yn werth. Ger y donfedd 1550 nm, mae tonfedd adlewyrchiedig FBG nodweddiadol yn symud ar drefn un picometr fesul microstraen o ymestyn a sawl picometr fesul gradd Celsius o wresogi. Mae rhaglenni ymchwil ac awyrofod wedi nodweddu'r sensitifrwydd deuol hwn yn fanwl, gan gynnwysGwerthusiadau NASA o synwyryddion straen FBG sydd wedi'u mewnosodar dymheredd uchel. Mae synwyryddion pwynt eraill yn cynnwys gyrosgopau laser asynwyryddion maes magnetig ffibr-optigar gyfer mesuriadau arbenigol.

Synhwyro ffibr optig wedi'i ddosbarthu'n lled-

Mae system led-ddosbarthedig yn cysylltu sawl synhwyrydd pwynt mewn cyfres ar hyd un ffibr - er enghraifft, llinyn o FBGs, pob un yn adlewyrchu tonfedd ychydig yn wahanol fel y gall yr holwr eu gwahanu. Yna gall un ffibr adrodd ar dymheredd, dirgryniad, pwysau neu straen mewn llawer o leoliadau arwahanol ar unwaith. Mae'r fasnach -i ffwrdd wedi'i ymgorffori yn y ffiseg: mae nifer y synwyryddion ar un ffibr wedi'i gyfyngu gan led band y ffynhonnell a'r ffenestr donfedd y gall pob gratio ei meddiannu, ac nid yw'r ffibr yn synhwyro dim yn y bylchau rhwng elfennau. Dulliau gratio ffibr cysylltiedig, megissystemau synhwyro gratio cyfnod hir, dilyn egwyddorion tebyg gyda gwahanol ymddygiad sbectrol.

Synhwyro ffibr optig wedi'i ddosbarthu

Mae system ddosbarthedig yn defnyddio'r ffibr noeth fel synhwyrydd parhaus, heb unrhyw bwyntiau synhwyro arwahanol o gwbl. Mae'n dibynnu ar olau sy'n gwasgaru'n naturiol y tu mewn i'r gwydr ac yn darllen sut mae'r golau gwasgaredig hwnnw'n newid ar ei hyd. Trimecanweithiau gwasgaru golauyn cael eu defnyddio, pob un yn addas ar gyfer paramedrau gwahanol:

• Rayleigh yn gwasgaruyn broses elastig nad yw'n newid amledd y golau. Dyma'r cryfaf o'r tri ac mae'n sail i synhwyro acwstig a dirgryniad dosbarthedig (DAS/DVS), lle mae mesuriadau ergyd cyflym, sengl yn olrhain straen deinamig fel sain a dirgryniad.
• Raman yn gwasgaruyn cynhyrchu golau y mae ei ddwysedd yn dibynnu ar dymheredd, sy'n ei wneud yn sail i synhwyro tymheredd dosranedig (DTS).
• Gwasgariad brillouinnewidiadau mewn amlder gyda straen a thymheredd, felly mae'n sail i straen gwasgaredig a synhwyro tymheredd dros bellteroedd hir.

Oherwydd bod y system yn samplu'r ffibr cyfan yn hytrach na phwyntiau sefydlog, gall un cebl ddarparu miloedd o safleoedd mesur parhaus effeithiol dros ddegau o gilometrau. Y sylw hwnnw yw'r rheswm bod synhwyro dosranedig wedi tyfu'n gyflym am asedau hir, llinol lle gallai problem ymddangos yn unrhyw le.

Pwynt o'i gymharu â Quasi-Wedi'i Ddosbarthu o'i gymharu â Synhwyro Fiber Optic Wedi'i Ddosbarthu

Mae'r tri theulu yn ateb cwestiynau gwahanol. Mae synhwyro pwynt yn gofyn "beth sy'n digwydd yn yr un man hwn?"; mae lled{1}}ddosbarthu yn gofyn "beth sy'n digwydd yn y mannau hysbys hyn?"; dosbarthu yn gofyn "beth sy'n digwydd unrhyw le ar hyd y llwybr hwn?" Mae'r tabl isod yn crynhoi'r gwahaniaethau ymarferol.

Cymwysiadau Cyffredin Synhwyro Fiber Optic

• Monitro piblinellau a chanfod gollyngiadau.Gall ffibr a osodwyd ar hyd piblinell olew, nwy neu ddŵr amlygu gollyngiad fel anghysondeb tymheredd lleol (DTS) a chanfod ymyriant cloddio neu drydydd parti fel llofnod dirgryniad (DAS) - ffrâm mwy cywir na'r ymadrodd rhydd "olew a nwy" a ddefnyddir weithiau ar gyfer yr achos defnydd hwn.
• Diogelwch perimedr a ffiniau.Mae synhwyro dirgryniad gwasgaredig yn canfod ac yn dosbarthu olion traed, cerbydau, dringo, neu gloddio ar hyd llinell ffens neu lwybr claddedig, sy'n sail iFfibr{0}}canfod ymwthiad perimedr optig.
• Cebl pŵer a monitro grid.Mae DTS yn olrhain tymheredd ceblau foltedd uchel i reoli llwythi a sylwi ar fannau problemus; am gefndir gweler y trosolwg hwn omonitro tymheredd wedi'i ddosbarthu.
• Canfod tân mewn twnnel ac adeilad.Mae proffilio tymheredd parhaus yn codi larwm ar yr union fesurydd lle mae gwres yn codi, ymhell cyn y byddai un synhwyrydd pwynt yn ymateb.
• Monitro iechyd strwythurol.Mae FBGs a synhwyro straen gwasgaredig yn mesur llwyth, gwyriad, a holltau mewn pontydd, argaeau, twneli, a strwythurau cyfansawdd mawr dros eu bywyd gwasanaeth.

• 

Manteision a Chyfyngiadau Synhwyro Fiber Optic

Fel unrhyw dechnoleg mesur, mae synhwyro ffibr optig yn ffitio'n gryf mewn rhai sefyllfaoedd ac yn un gwael mewn sefyllfaoedd eraill. Mae gosod y ddwy ochr allan yn blaen yn gwneud dewis yn haws.

Lle mae'n rhagori:

• Imiwnedd i ymyrraeth electromagnetig, gan mai gwydr goddefol yw'r pwynt synhwyro heb unrhyw electroneg yn y maes.
• Yn ddiogel mewn amgylcheddau ffrwydrol neu gyrydol lle mae synwyryddion trydanol yn beryglus.
• Gall un cebl ddisodli cannoedd o synwyryddion arwahanol a'u gwifrau, ac mae'n dyblu fel y llwybr data.
• Mae systemau gwasgaredig yn rhoi sylw parhaus i leoliad, nid darlleniadau ynysig yn unig.

Lle mae ganddo derfynau:

• Yr holwr yw'r rhan ddrud, felly mae swyddi pwynt sengl byr yn aml yn rhatach gyda synwyryddion confensiynol.
• Mae "cywirdeb uchel" yn amodol. Ar gyfer systemau dosbarthedig, nid yw datrysiad gofodol, ystod synhwyro, a chyfraddau samplu yn cyfnewid yn erbyn ei gilydd, ac nid yw "dosbarthu" yn golygu manwl gywirdeb diderfyn.
• Mae cywirdeb lleoli yn dibynnu ar y dull synhwyro, sut mae'r cebl yn cael ei gyfeirio a'i gysylltu â'r strwythur, y gyfradd samplu, yr ymholwr, a'r algorithm dadansoddi.
• Mae angen arbenigedd arbenigol ar ddylunio, gosod a dehongli.

Sut i Ddewis y Dull Synhwyro Ffibr Optig Cywir

Dechreuwch o'r cwestiwn sydd angen ei ateb, yna parwch ef â dull:

• Un pwynt critigol, wedi'i fesur yn fanwl gywir- synhwyrydd pwynt fel FBG.
• Llond llaw o leoliadau hysbys ar strwythur- arae FBG wedi'i lled-ddosbarthu -.
• Llwybr hir lle gallai helynt ymddangos yn unrhyw le- system ddosranedig: DTS ar gyfer tymheredd a thân, DAS/DVS ar gyfer dirgryniad ac ymwthiad, Brillouin ar gyfer straen.

Unwaith y bydd y dull yn glir, cymharwch baramedrau penodol cyn i chi brynu: yr ystod synhwyro ofynnol, cydraniad gofodol, amlder mesur (cyfradd samplu), llwybr y cebl a sut y caiff ei osod ar yr ased, a chydnawsedd yr ymholwr â'r ffibr a'r synwyryddion rydych chi'n bwriadu eu defnyddio.