مستجوب شبكة الألياف Bragg: كيف يعمل استشعار FBG في إعدادات الاختبار الحقيقية

إذا سبق لك أن شاهدت انجراف قراءة الضغط بعد ست ساعات من الاختبار، أو قضيت فترة ما بعد الظهر في مطاردة الضوضاء الكهربائية عبر صندوق الجسر، فأنت تفهم بالفعل لماذا وجد استشعار شبكة Bragg للألياف منزلاً في القياس الهيكلي والصناعي. في وسط هذا العالم توجد أداة واحدة: محقق شبكة براغي المصنوعة من الألياف. فهو يقرأ الضوء العائد من الشبكات ويحوله إلى أرقام يمكنك الدفاع عنها في تقرير.

نستعرض أدناه ما يقيسه المحقق فعليًا، والطرق الرئيسية التي تنفذ بها الشركات المصنعة هذا القياس، والمواصفات التي تحدد ما إذا كانت الوحدة ستعمل في الاختبار الخاص بك، وكيف تتناسب الواجهة الأمامية البصرية مع أجهزة الحصول على البيانات والاستشعار والمعايرة التي تنهي المهمة. معظم ما يلي يأتي من سنوات من بناء سلاسل القياس في اختبار الاهتزاز والضغط والنماذج، ومن الأسئلة التي يطرحها علينا العملاء أثناء قيامهم بتحديد النظام.

ما الذي يقيسه المحقق في شبكة الألياف Bragg فعليًا

شبكة الألياف Bragg عبارة عن شبكة قصيرة من الألياف الضوئية تم كتابة معامل انكسارها الأساسي بنمط دوري. يعكس هذا النمط نطاقًا ضيقًا من الأطوال الموجية باتجاه المصدر، ويتم تحديد مركز هذا النطاق، وهو الطول الموجي لـ Bragg، بواسطة فترة الشبكة ومعامل الانكسار الفعال للوضع الموجه. قم بتمديد أو ضغط الألياف وتتغير الدورة الشهرية. قم بتدفئته أو تبريده ويتغير مؤشر الفعالية. يقوم كلا التأثيرين بإزاحة الذروة المنعكسة، وعبر نطاق عمل واسع يكون هذا التحول خطيًا تقريبًا.

مهمة المحقق هي تتبع هذا التحول. فهو يطلق الضوء إلى الألياف، ويجمع الجزء الصغير المنعكس من الشبكات، ويحدد باستمرار الطول الموجي المركزي لكل قمة انعكاس. والنتيجة هي تسجيل الطول الموجي مقابل الزمن لكل مستشعر على الخط، والذي يصبح إجهادًا أو درجة حرارة أو ضغطًا أو إزاحة أو تسارعًا بمجرد تطبيق معامل الحساسية المناسب. عند 1550 نانومتر، يتحرك الشبكة النموذجية حوالي 1.2 ميكرومتر لكل سلالة ميكروية وحوالي 10 ميكرومتر لكل درجة مئوية، ولهذا السبب يتم تحديد أرقام الدقة بالبيكومتر وأحيانًا بأجزاء من البيكومتر.

ومن المفيد أيضًا أن نكون واضحين بشأن ما لا تمثله هذه الأدوات. يقوم المحقق بقياس الطول الموجي، وليس الطاقة الضوئية المعادة. يفسر قرار التصميم هذا معظم المزايا العملية لهذه التقنية: فقدان الموصل، وتشغيل الكابلات الطويلة، وتقادم المصدر، وفقدان الانحناء، كلها تغير مقدار الضوء الذي يعود، ولا يغير أي منها الطول الموجي. ولهذا السبب أيضًا تعمل سلاسل FBG بسعادة بجوار المعدات ذات الجهد العالي، وداخل المحولات، وعلى طول خطوط الأنابيب وعلى شفرات توربينات الرياح، حيث يتصرف المدى النحاسي الطويل مثل الهوائي.

خمسة أساليب استجواب مشتركة، مقارنة

هناك أكثر من طريقة للعثور على قمة في الطيف، والطريقة التي يختارها المصمم تشكل تقريبًا كل شيء آخر يتعلق بالجهاز: سرعته، وعدد قنواته، وحجمه المادي، وتكلفته. هذه هي الأساليب التي ستقابلها في أغلب الأحيان.

ومن الناحية العملية، يقتصر القرار عادة على سؤالين. كم عدد الشبكات التي يجب قراءتها في نفس الوقت، وما مدى سرعة تحركها؟ إن تسجيل درجة الحرارة مرة واحدة في الدقيقة والتقاط ميلي ثانية عابرة هما مشكلتان مختلفتان تمامًا، والمحقق الذي يتفوق في أحدهما نادرًا ما يكون الأمثل للآخر.

المواصفات التي تحدد ما إذا كانت الوحدة تعمل أم لا في الاختبار الخاص بك

تميل أوراق البيانات إلى إدراج نفس العشرات من المعلمات. ما يهم هو تلك التي تربط طلبك. هذه هي النقاط التي نمر بها مع العملاء قبل تسجيل الخروج من النظام:

• نطاق الطول الموجي وعدد القنوات. يغطي مدى 40 نانومتر وامتداد 100 نانومتر أعدادًا مختلفة جدًا من الشبكات، خاصة عندما يتم إجهاد بعضها مسبقًا لفصل قممها.
• القرار مقابل الدقة. الدقة هي أصغر تغيير يمكن للجهاز رؤيته. الدقة هي مدى قرب القراءة المطلقة من الطول الموجي الحقيقي. عادة ما يكون الاستقرار على المدى الطويل والتكرار أكثر أهمية من أي منهما.
• القياس المطلق أو النسبي. بعض الأعمال تحتاج فقط إلى التغيير مع مرور الوقت؛ أما الأعمال الأخرى، مثل تعويض درجة الحرارة أو استشعار الشكل، فتحتاج إلى مرجع مطلق جدير بالثقة.
• معدل العينة أو المسح. إن المراقبة الثابتة ودورة التعب وأحداث التأثير تفصل بينها ثلاثة أوامر من حيث الحجم. قم بمطابقة الأداة بأسرع ظاهرة يجب عليك التقاطها، وليس بالمتوسط.
• قدرة مضاعفة لكل قناة. يحدد هذا عدد أجهزة الاستشعار التي يمكن أن تحملها ألياف واحدة، وبالتالي مقدار الكابلات وعدد الموصلات التي يحتاجها التثبيت.
• النطاق الديناميكي والحديث المتبادل. عندما تكون الشبكة المحملة بقوة بجوار الشبكة المحملة بشكل خفيف على نفس الألياف، لا ينبغي أن يتم سحب القمم الضعيفة من قبل الجيران الأقوياء.
• الميزانية البصرية والموصلات. يستهلك كل من نوع الألياف أحادية الوضع، والطلاء، ونهايات FC/APC وجودة الوصلة الميزانية قبل أن تصل الإشارة إلى الكاشف.
• التصنيف البيئي. لوحدة المختبر الموجودة على الحامل والوحدة الميدانية الموجودة على سطح الجسر متطلبات مختلفة فيما يتعلق بنطاق درجة الحرارة وتحمل الاهتزاز وحماية الدخول.
• البرامج والواجهات والمزامنة. تحدد مدخلات التشغيل والساعات المشتركة وواجهات برمجة التطبيقات المتدفقة وتنسيقات التصدير مدى سهولة انضمام المحقق إلى بقية نظام القياس الخاص بك.
• المعايرة والتتبع. مراجع الطول الموجي الانجراف. اسأل عن كيفية التحقق من الأداة، وعدد المرات، وما هي الوثائق المرفقة بها.

ما مقدار السرعة التي يحتاجها تطبيقك حقًا؟

الرسم البياني أدناه هو توضيح للطلب النسبي وليس المواصفات، ولكنه يجسد الفارق الذي يشكل كل قرار شراء في هذا المجال.

الدرس بسيط: اشتر السرعة حيثما تحتاج إليها والاستقرار في كل مكان آخر. غالبًا ما تتفوق أداة أبطأ وأكثر هدوءًا ذات مرجع جيد للطول الموجي على أداة أسرع في المراقبة طويلة الأمد، حيث يكون الانجراف على مدى أسابيع هو العدو الحقيقي.

حيث يكتسب استشعار شبكة الألياف Bragg مكانته

يتم اختيار هذه التقنية عندما يصطدم الاستشعار الكهربائي التقليدي بالحائط. بعض الأنماط التي نراها مرارًا وتكرارًا:

• مراقبة الصحة الهيكلية. الجسور والسدود والأنفاق والخوازيق ودعامات خطوط الأنابيب، حيث تشترك العشرات من نقاط الضغط ودرجة الحرارة في ألياف واحدة ومستجوب واحد.
• الطاقة والقوة. ملفات المحولات، وأعضاء المولدات، والبيئات ذات الجهد العالي، وشفرات التوربينات، حيث تعمل المناعة الكهرومغناطيسية على إزالة فئة كاملة من مشاكل الضوضاء.
• الفضاء الجوي والمواد المركبة. يتم دمج الشبكات مباشرة في الصفائح أثناء التصنيع، وتظل موجودة في الأماكن التي لا يمكن فيها استخدام المقاييس المرتبطة بالسطح.
• السكك الحديدية والنقل. مراقبة طويلة المدى للقضبان والعوارض وهياكل المركبات المعرضة للطقس والاهتزاز والتداخل الكهربائي.
• الآلات الصناعية ومصنع العمليات. المواقع الساخنة أو الرطبة أو العدوانية كيميائيًا حيث يتفوق مستشعر الزجاج السلبي على مقياس الرقائق وأسلاك الرصاص الخاصة به.

هناك تحذير عملي يستحق الذكر بوضوح: الشبكة العارية تستجيب للإجهاد ودرجة الحرارة في نفس الوقت. ما لم يفصل التطبيق بين الاثنين، عن طريق إقران شبكة مرجعية خالية من الإجهاد مع كل شبكة قياس أو عن طريق تحديد خصائص الاستجابة الحرارية، فإن المحقق سيبلغ بأمانة عن الرقم الذي يمزج بين كلا التأثيرين.

بقية السلسلة: من بيانات الطول الموجي إلى القياس النهائي

نادراً ما يعمل المحقق بمفرده. ولا يزال يتعين مزامنة سجل طوله الموجي مع كل شيء آخر في الاختبار، كالتسارع والقوة والضغط والإزاحة وسرعة الدوران، ومن ثم تحليله. هذا هو الجزء من السلسلة الذي نقضي أيام عملنا فيه في Yangzhou Zhenzhong Testing Technology.

على الجانب الكهربائي، يقوم محلل الإشارات الديناميكي بالتعامل مع أخذ العينات المتزامنة عبر العديد من القنوات، مع تكييف الإدخال الذي تحتاجه أجهزة الاستشعار المختلفة. تغطي أدوات شبكة USB وشبكة 100 ميجابت في الثانية وشبكة جيجابت الخاصة بنا العمل المحمول أحادي القناة حتى 32 قناة متزامنة، وهو ما يتطلبه عادةً هيكل كبير أو مسح مشروط متعدد النقاط. إذا كنت ترغب في الحصول على صورة أوضح لمكان وجود هذا الصندوق مقارنة بالأداة التقليدية، فتابع ملاحظتنا كيف يختلف محلل الإشارة الديناميكي عن الأداة التقليدية هي نقطة انطلاق جيدة.

ZT-U8204C محلل الإشارة الديناميكية بأربع قنوات تناسب قنواتها الأربع وتحويل 24 بت ومدخلات الجهد/IEPE/الشحن الوسائط وأعطال الآلات والضوضاء والقياسات العابرة مع اتصال مستشعر مباشر. عرض المنتج →

ولطبقة الاستشعار نفس القدر من الأهمية، لأن القراءة الضوئية النظيفة المقترنة بمقياس تسارع صاخب لا تزال تنتج نتيجة مشكوك فيها. يتم اختيار مقاييس تسارع الشحن وIEPE، والوحدات ثلاثية المحاور الدقيقة، ومحولات الطاقة والضغط، والميكروفونات الصوتية لتتناسب مع نطاق التردد وسعة الظاهرة قيد الاختبار، وليس العكس.

فئة مقياس التسارع IEPE من اختبار Yangzhou Zhenzhong تقدم هذه الفئة نطاق مقياس تسارع IEPE الخاص بـ Zhenzhong Testing جنبًا إلى جنب مع قوائم مقياس التسارع ثلاثي المحاور للشحن والصغرى، على الرغم من عدم عرض نماذج فردية حاليًا. عرض المنتج →

وأخيرا، هناك المعايرة. إن جودة سلسلة القياس تكون جيدة بقدر المرجع الموجود في نهايتها، وهذا ينطبق على القنوات الضوئية والكهربائية على حد سواء. تعمل فحوصات المستشعر والقناة التي يمكن التحقق منها ميدانيًا على إبقاء الأرقام قابلة للمقارنة بين الحملات وبين المختبرات وبين السنوات.

فئة معاير الاهتزاز المحمول من اختبار Zhenzhong تسلط هذه الفئة الضوء على عروض معايرة الاهتزاز المحمولة الخاصة بـ Zhenzhong Testing، حيث تسرد خمسة منتجات للمستخدمين الذين يقومون بالتحقق من مراجع سلسلة القياس، على الرغم من عدم عرض النماذج والمواصفات الفردية. عرض المنتج →

عندما يتم تصميم هذه القطع معًا بدلاً من تجميعها في عملية شراء واحدة في كل مرة، ينخفض عمل التكامل بشكل حاد. هذا هو السبب وراء لدينا حلول الاختبار الاهتزازي والديناميكي ، والتي تجمع بين برامج وخدمات الإثارة والاستشعار والاكتساب والتحليل في نظام واحد مسؤول.

قائمة مرجعية للاختيار العملي

1. اكتب الكميات الفيزيائية التي يجب عليك قياسها، ونطاقاتها المتوقعة، وأسرع تغيير يجب عليك حله.
2. قم بعد نقاط الاستشعار وحدد كيفية توزيعها عبر الألياف والقنوات.
3. اختر طريقة الاستجواب التي تناسب هذا العدد وتلك السرعة، ثم قم بتأكيد الميزانية الضوئية لأطوال الكابل الخاص بك.
4. تحقق من كيفية مزامنة الجهاز مع قنواتك الأخرى، سواء عن طريق المشغل أو الساعة المشتركة أو البث ذو الطابع الزمني.
5. اطلب مواصفات الاستقرار على مدار ساعات أو أيام، وليس فقط رقم الدقة في لحظة واحدة من الزمن.
6. قم بتأكيد مسار المعايرة والتحقق، بما في ذلك من يقوم بذلك والشهادة التي تتلقاها.
7. اختبر البرنامج باستخدام بياناتك الخاصة قبل الالتزام به، لا سيما سير عمل التصدير والتحليل الذي سيعيش فيه فريقك.

الأسئلة التي نسمعها في أغلب الأحيان

هل يستطيع أحد المحققين التعامل مع الضغط ودرجة الحرارة في نفس الوقت؟

نعم، بشرط أن يكون التثبيت مخططًا له. يتمثل النهج الشائع في وضع شبكة خالية من الإجهاد بالقرب من كل شبكة قياس، بحيث يمكن طرح ذروة درجة الحرارة فقط. يوجد كلا النوعين من الشبكات على نفس الألياف ويتم قراءتهما بواسطة نفس الأداة.

كم عدد أجهزة الاستشعار التي يمكنها مشاركة قناة واحدة؟

يعتمد ذلك على نطاق الطول الموجي للأداة وعلى مدى المسافة التي يجب أن تكون بين القمم لتظل قابلة للفصل. يتم توزيع الشبكات ذات الأطوال الموجية المركزية المختلفة عبر الطيف المتاح، وهذا هو سبب ارتباط النطاق وقدرة تعدد الإرسال معًا بشكل وثيق.

هل ما زلت بحاجة إلى مقاييس التسارع التقليدية إذا كان لدي بالفعل أجهزة استشعار FBG؟

عادة نعم، للعمل المشروط والاهتزاز. يصف استشعار الإجهاد البصري كيفية تشوه الهيكل، بينما تصف مقاييس التسارع كيفية تحركه. تقوم معظم برامج الاختبار الخطيرة بتسجيل كليهما وتحليلهما معًا، وهذا هو بالضبط السبب وراء استحقاق التزامن بين الجانبين البصري والكهربائي للسلسلة الاهتمام مبكرًا.

يعتبر جهاز التحقيق الخاص بشبكة Bragg المصنوعة من الألياف أداة أنيقة، ولكنه حلقة واحدة في سلسلة تبدأ بقرار تركيب جهاز استشعار وتنتهي بنتيجة تم تحليلها يجب على شخص ما التوقيع عليها. المشاريع التي تسير بسلاسة هي تلك التي تم فيها تحديد النطاق والسرعة وعدد القنوات والكابلات والمعايرة قبل أمر الشراء.

إذا كنت تقوم ببناء هذه السلسلة الآن وتريد الحصول على رأي ثانٍ فيما يتعلق بالجانب الكهربائي، فسيسعد فريقنا بالتحدث عن عدد القنوات وأنواع المدخلات ومعدلات أخذ العينات وممارسة المعايرة. أرسل لنا خطة القياس الخاصة بك وسنخبرك بصراحة أين يناسبك الحل البصري وأين سيخدمك الحل التقليدي بشكل أفضل.