Fiber Bragg Grating Interrogator: Jak funguje snímání FBG v reálných testovacích nastaveních

Pokud jste někdy po šesti hodinách testování sledovali odchylku odečtu napětí nebo jste strávili odpoledne pronásledováním elektrického šumu přes můstkový box, už chápete, proč snímání vláken Braggovy mřížky našlo domov ve strukturálních a průmyslových měřeních. Ve středu tohoto světa sedí jeden nástroj: vláknový dotazovač Braggovy mřížky. Přečte světlo, které se vrací z mřížek, a přemění ho na čísla, která můžete obhájit ve zprávě.

Níže si projdeme, co dotazovač skutečně měří, hlavní způsoby, jak výrobci toto měření implementují, specifikace, které rozhodují o tom, zda jednotka bude fungovat ve vašem testu, a jak se optický přední konec hodí k zařízení pro sběr dat, snímání a kalibraci, které dokončí práci. Většina toho, co následuje, pochází z let budování měřicích řetězců v oblasti vibrací, deformace a modálního testování az otázek, které nám zákazníci kladou při specifikaci systému.

Co vlastně měří vláknový Braggův mřížkový dotazovač

Vláknová Braggova mřížka je krátké optické vlákno, jehož jádrový index lomu byl zapsán v periodickém vzoru. Tento vzor odráží jeden úzký pás vlnových délek zpět ke zdroji a střed tohoto pásma, Braggova vlnová délka, je nastaven periodou mřížky a efektivním indexem lomu řízeného vidu. Natáhněte nebo stlačujte vlákno a perioda se změní. Zahřejte nebo ochlaďte a efektivní index se změní. Oba efekty posouvají odražený vrchol a v širokém pracovním rozsahu je tento posun velmi téměř lineární.

Úkolem vyšetřovatele je sledovat ten posun. Vypouští světlo do vlákna, shromažďuje malou část odraženou mřížkami a nepřetržitě určuje střední vlnovou délku každého odrazového vrcholu. Výsledkem je záznam vlnové délky v závislosti na čase pro každý senzor na lince, který se po použití příslušného koeficientu citlivosti změní na deformaci, teplotu, tlak, posun nebo zrychlení. Při 1550 nm se typická mřížka pohybuje asi 1,2 μm na mikroproměnu a zhruba 10 μm na stupeň Celsia, proto jsou hodnoty rozlišení uváděny v pikometrech a někdy ve zlomcích pikometru.

Pomáhá také ujasnit si, co tyto nástroje nejsou. Dotazovač měří vlnovou délku, nikoli vrácený optický výkon. Toto jediné konstrukční rozhodnutí vysvětluje většinu praktických výhod této technologie: ztráta konektoru, dlouhé kabely, stárnutí zdroje a ztráty ohybem – to vše mění množství světla, které se vrací, a žádný z nich nemění vlnovou délku. To je také důvod, proč řetězy FBG fungují spokojeně vedle vysokonapěťových zařízení, uvnitř transformátorů, podél potrubí a na lopatkách větrných turbín, kde by se dlouhý měděný úsek choval jako anténa.

Pět běžných výslechových přístupů, srovnání

Existuje více než jeden způsob, jak najít vrchol ve spektru, a metoda, kterou návrhář zvolí, utváří téměř vše ostatní o nástroji: jeho rychlost, počet kanálů, fyzickou velikost a cenu. To jsou přístupy, se kterými se setkáte nejčastěji.

V praxi se rozhodnutí obvykle zužuje na dvě otázky. Kolik mřížek musí být načteno současně a jak rychle se pohybují? Zaznamenávání teploty jednou za minutu a zachycení milisekundového přechodového jevu jsou velmi odlišné problémy a dotazovač, který vyniká v jednom, je jen zřídka optimální pro druhý.

Specifikace, které rozhodují o tom, zda jednotka ve vašem testu funguje

Datové listy mají tendenci uvádět stejný tucet parametrů. Důležité je, které z nich vážou vaši žádost. Před odhlášením systému se zákazníky procházíme těmito body:

• Rozsah vlnových délek a počet kanálů. Rozpětí 40 nm a rozpětí 100 nm pokrývají velmi rozdílné počty mřížek, zvláště když jsou některé předem napjaté, aby oddělily své vrcholy.
• Rozlišení versus přesnost. Rozlišení je nejmenší změna, kterou může přístroj vidět. Přesnost je, jak blízko je absolutní čtení skutečné vlnové délce. Na dlouhodobé stabilitě a opakovatelnosti obvykle záleží více.
• Absolutní nebo relativní měření. Některé práce potřebují pouze změnu v průběhu času; jiná práce, jako je teplotní kompenzace nebo snímání tvaru, potřebuje důvěryhodnou absolutní referenci.
• Vzorkovací nebo skenovací frekvence. Statické monitorování, cyklování únavy a nárazové události jsou od sebe vzdáleny tři řády. Přiřaďte nástroj k nejrychlejšímu jevu, který musíte zachytit, ne k průměru.
• Multiplexní kapacita na kanál. To určuje, kolik senzorů může nést jedno vlákno, a tedy kolik kabeláže a kolik konektorů vaše instalace potřebuje.
• Dynamický rozsah a přeslechy. Když silně zatížená mřížka sedí vedle lehce zatížené na stejném vláknu, slabé vrcholy by neměly být taženy silnými sousedy.
• Optický rozpočet a konektory. Jednovidový typ vlákna, povlak, FC/APC zakončení a kvalita spoje – to vše spotřebuje rozpočet ještě předtím, než signál vůbec dosáhne detektoru.
• Environmentální hodnocení. Laboratorní jednotka ve stojanu a polní jednotka na mostovce mají odlišné požadavky na teplotní rozsah, toleranci vibrací a ochranu proti vniknutí.
• Software, rozhraní a synchronizace. Spouštěcí vstupy, sdílené hodiny, streamovací rozhraní API a exportní formáty rozhodují o tom, jak snadno se dotazovač připojí ke zbytku vašeho měřicího systému.
• Kalibrace a sledovatelnost. Posun reference vlnové délky. Zeptejte se, jak je přístroj ověřován, jak často a jaká dokumentace je s ním dodávána.

Jakou rychlost skutečně vaše aplikace potřebuje?

Níže uvedený graf je spíše ilustrací relativní poptávky než specifikace, ale zachycuje rozptyl, který utváří každé nákupní rozhodnutí v této oblasti.

Poučení je jednoduché: kupte rychlost tam, kde ji potřebujete, a stabilitu všude jinde. Pomalejší, tišší přístroj s dobrou referencí vlnové délky často předčí rychlejší přístroj v dlouhodobém monitorování, kde je drift v průběhu týdnů skutečným nepřítelem.

Kde si Fiber Bragg Grating Sensing vydělává na své

Technologie je zvolena, když konvenční elektrické snímání zasahuje do zdi. Některé vzory vidíme znovu a znovu:

• Sledování strukturálního zdraví. Mosty, přehrady, tunely, piloty a podpěry potrubí, kde desítky bodů napětí a teploty sdílejí jedno vlákno a jeden dotazovač.
• Energie a síla. Vinutí transformátorů, statory generátorů, vysokonapěťová prostředí a lopatky turbín, kde elektromagnetická odolnost odstraňuje celou třídu problémů se šumem.
• Letectví a kompozity. Rošty zapuštěné přímo do laminátů během výroby, přežívající tam, kde by to měřidla s povrchovým lepením ne.
• Železnice a doprava. Dlouhodobé monitorování kolejnic, pražců a konstrukcí vozidel vystavených povětrnostním vlivům, vibracím a elektrickému rušení.
• Průmyslové stroje a zpracovatelský závod. Horká, mokrá nebo chemicky agresivní místa, kde pasivní skleněný senzor přežije fóliové měřidlo a jeho vodiče.

Jedno praktické upozornění stojí za to říci na rovinu: holá mřížka reaguje na napětí a teplotu zároveň. Pokud aplikace tyto dva neoddělí, spárováním referenční mřížky bez napětí s každou měřící mřížkou nebo charakterizací tepelné odezvy, bude dotazovač věrně hlásit číslo, které kombinuje oba efekty.

Zbytek řetězce: Od údajů o vlnové délce k hotovému měření

Vyšetřovatel málokdy pracuje sám. Jeho záznam vlnové délky musí být synchronizován se vším ostatním v testu, zrychlení, síla, tlak, posunutí a rychlost otáčení, a poté analyzován. To je část řetězce, kterou trávíme naše pracovní dny v Yangzhou Zhenzhong Testing Technology.

Po elektrické stránce zvládá dynamický analyzátor signálu simultánní vzorkování v mnoha kanálech s úpravou vstupu, kterou různé senzory potřebují. Naše USB, 100 Mb/s síťové a gigabitové síťové nástroje pokrývají jednokanálové přenosné práce až po 32kanálové synchronní získávání, což je to, co velká struktura nebo vícebodový modální průzkum obvykle vyžaduje. Pokud byste chtěli jasnější obrázek o tom, kde je taková krabice umístěna ve srovnání s konvenčním nástrojem, naše poznámka na jak se dynamický analyzátor signálu liší od tradičního přístroje je dobrým výchozím bodem.

ZT-U8204C Čtyřkanálový dynamický analyzátor signálu Jeho čtyři kanály, 24bitová konverze a napěťové/IEPE/nabíjecí vstupy vyhovují modálním, strojním poruchám, šumu a přechodovým měřením s přímým připojením senzoru. Zobrazit produkt →

Stejně tak záleží na snímací vrstvě, protože čisté optické čtení spárované s hlučným akcelerometrem stále vytváří sporný výsledek. Akcelerometry náboje a IEPE, mikro triaxiální jednotky, převodníky síly a tlaku a akustické mikrofony jsou vybrány tak, aby odpovídaly frekvenčnímu rozsahu a amplitudě testovaného jevu, nikoli naopak.

Kategorie akcelerometru IEPE z testování Yangzhou Zhenzhong Tato kategorie představuje řadu akcelerometrů IEPE společnosti Zhenzhong Testing spolu se seznamy nabíjecích a mikrotriaxiálních akcelerometrů, i když aktuálně nejsou zobrazeny žádné jednotlivé modely. Zobrazit produkt →

Nakonec je tu kalibrace. Měřicí řetězec je jen tak dobrý, jak dobrý je odkaz na jeho konci, a to platí pro optické i elektrické kanály. Kontroly senzorů a kanálů, které lze ověřit v terénu, udržují čísla srovnatelná mezi kampaněmi, mezi laboratořemi a mezi roky.

Kategorie přenosných vibračních kalibrátorů z testování Zhenzhong Tato kategorie vyzdvihuje nabídku přenosných vibračních kalibrátorů společnosti Zhenzhong Testing a uvádí pět produktů pro uživatele, kteří kontrolují reference měřicího řetězce, i když jednotlivé modely a specifikace nejsou zobrazeny. Zobrazit produkt →

Když jsou tyto kusy navrženy společně, nikoli sestavovány po jednom nákupu, integrační práce prudce klesá. To je naše úvaha řešení vibrací a dynamického testování , které kombinují buzení, snímání, akvizici, analytický software a služby do jediného odpovědného systému.

Kontrolní seznam pro praktický výběr

1. Zapište si fyzikální veličiny, které musíte změřit, jejich očekávané rozsahy a nejrychlejší změnu, kterou musíte vyřešit.
2. Spočítejte snímací body a rozhodněte, jak budou rozděleny mezi vlákna a kanály.
3. Vyberte metodu dotazování, která odpovídá danému počtu a dané rychlosti, a poté potvrďte optický rozpočet pro vaše délky kabelů.
4. Zkontrolujte, jak bude nástroj synchronizován s vašimi ostatními kanály, ať už pomocí spouštění, sdílených hodin nebo streamování s časovým razítkem.
5. Požádejte o specifikaci stability v průběhu hodin nebo dnů, nikoli pouze o rozlišení v jednom okamžiku.
6. Potvrďte cestu kalibrace a ověření, včetně toho, kdo ji provádí a jaký certifikát obdržíte.
7. Než se zapojíte, otestujte software pomocí vlastních dat, zejména pak pracovní postup exportu a analýzy, ve kterém bude váš tým žít.

Otázky, které slýcháme nejčastěji

Dokáže jeden dotazovač zvládnout napětí a teplotu současně?

Ano, pokud je instalace plánována. Běžným přístupem je umístění beznapěťové mřížky blízko každé měřicí mřížky, takže lze odečíst pouze teplotní vrchol. Oba typy mřížek jsou umístěny na stejném vláknu a jsou čteny stejným přístrojem.

Kolik senzorů může sdílet jeden kanál?

Záleží na rozsahu vlnových délek přístroje a na tom, jak daleko od sebe musí být píky, aby zůstaly oddělitelné. Mřížky s různými středními vlnovými délkami jsou distribuovány napříč dostupným spektrem, což je důvod, proč jsou rozsah a kapacita multiplexování tak těsně spojeny.

Potřebuji stále konvenční akcelerometry, když již mám FBG senzory?

Obvykle ano, pro modální a vibrační práci. Optické snímání deformace popisuje, jak se konstrukce deformuje, zatímco akcelerometry popisují, jak se pohybuje. Většina seriózních testovacích programů zaznamenává obojí a analyzuje je společně, což je přesně důvod, proč si synchronizace mezi optickou a elektrickou stranou řetězce zaslouží včasnou pozornost.

Vláknový dotazovač mřížky Bragg je elegantní nástroj, ale je to jeden článek v řetězu, který začíná rozhodnutím o instalaci senzoru a končí analyzovaným výsledkem, který musí někdo podepsat. Projekty, které probíhají hladce, jsou ty, kde byly před objednávkou zpracovány dosah, rychlost, počet kanálů, kabeláž a kalibrace.

Pokud nyní budujete tento řetězec a chcete druhý názor na elektrickou stránku, náš tým vám rád probere počty kanálů, typy vstupů, vzorkovací frekvence a kalibrační praxi. Pošlete nám svůj plán měření a my vám upřímně řekneme, kam se hodí optické řešení a kde vám konvenční poslouží lépe.