Þekking

Ljósleiðaraskynjun breytir venjulegum ljósleiðara í langan, samfelldan skynjara. Í stað þess að flytja aðeins gögn, ber trefjarinn ljós sem breytist í eiginleikum þegar hitastig, álag, þrýstingur eða titringur verkar á kapalinn. Með því að lesa þessar breytingar getur skynjunarkerfi tilkynnt hvað er að gerast - og venjulega nákvæmlegahvarþað gerist - á vegalengdum frá nokkrum metrum upp í tugi kílómetra. Þessi leiðarvísir fer í gegnum hvernig tæknin virkar skref fyrir skref, helstu gerðirnar þrjár og hvernig þær eru mismunandi, hvar hver og einn passar og mörkin sem vert er að skipuleggja í kringum sig.

Hvað er ljósleiðaraskynjunartækni?

Ljósleiðaraskynjun er mæliaðferð sem notar ljósleiðarann ​​sjálfan sem skynjunarþátt. Ljósgjafi hleypir ljósi inn í trefjarnar; Þegar ljósið ferðast breytast ytri aðstæður örlítið styrkleika þess, bylgjulengd, fasa, skautun eða hvernig það dreifist inni í glerinu. Tæki í lok trefjarins les þessar breytingar og breytir þeim í líkamlegar mælingar eins og hitastig, álag eða titring.

Vegna þess að skynjunarpunkturinn er úr gleri og ber engan rafstraum, er ljósleiðaraskynjun ónæm fyrir rafsegultruflunum og óhætt að nota í sprengiefnum eða efnafræðilega árásargjarnum stillingum - eiginleika sem skipta máli á leiðslum, rafkerfum, göngum og brúm þar sem rafskynjarar eiga í erfiðleikum. Sama trefjar geta þjónað bæði sem skynjari og merkisleið, sem heldur sviði vélbúnaði einföldum. Trefjarnar eru venjulega staðalleinn-hamur ljósleiðarifyrir álags-, hljóð- og Brillouin-kerfi, en hitastig-einungis Raman-kerfi keyra oft á multimode trefjum.

Hvernig virkar ljósleiðaraskynjunartækni?

Sérhvert ljósleiðaraskynjunarkerfi fylgir sömu keðjunni: sendu ljós inn, láttu umhverfið breyta því, lestu ljósið sem skilar sér og breytir breytingunni í mælingu. Hér er það sem gerist á hverju stigi.

1. Ljós ferðast í gegnum trefjarnar

Laser eða breiðbandsgjafi sendir ljós - venjulega röð stuttra púlsa - inn í trefjakjarnann, þar sem heildar innri endurspeglun heldur því áfram eftir lengd kapalsins. Í skynjunarkerfi er þetta ljós könnunin: allt sem hefur áhrif á það á leiðinni í gegnum verður að upplýsingum.

2. Umhverfið breytir ljósinu

Þegar hitastig, álag, þrýstingur eða titringur verkar á hluta af trefjum, breytir það örlítið glerinu - lengd þess, brotstuðul eða bili innri mannvirkja. Þessar litlu eðlisbreytingar breyta einum eða fleiri eiginleikum ljóssins: bylgjulengd þess, styrkleika, fasa, skautun eða litróf hlutans sem dreifist aftur á bak. Stærð vaktarinnar er í réttu hlutfalli við styrk ytri áhrifa, sem er það sem gerir kvarðaða mælingu mögulega.

3. Ljós endurspeglar eða dreifist aftur

Hluti ljóssins snýr aftur í átt að upptökum. Í sumum skynjurum endurspeglast það af vísvitandi uppbyggingu sem er skrifuð inn í trefjarnar, eins og Bragg-trefjarist. Í dreifðum kerfum dreifir glerið sjálft daufum ljósstraumi til baka meðfram allri trefjunni án viðbættra íhluta. Hvort heldur sem er, endurkomuljósið ber fingrafar af því sem virkaði á trefjarnar.

4. Spyrjandi les og staðsetur merkið

Hljóðfæri sem kallast spyrnutæki (eða demodulator) mælir endurkomuljósið. Fyrir dreifð kerfi er það einnig tímabundið hversu langan tíma ljósið tekur að koma til baka - sama hugmynd og sjóntíma-domain reflectometer (OTDR). Vegna þess að ljóshraði ljósleiðarans er þekktur, bendir hring-tíminn á staðsetningu hverrar breytingar meðfram snúrunni. Spyrjandinn breytir síðan sjónbreytingunni í kvarðaðan aflestur á hitastigi, álagi eða titringi, með áföstu stöðu.

Ljós fer inn, umhverfið setur mark sitt á ljósið, ljósið kemur aftur og spyrjandi breytir breytingunni - og þar sem hún varð - í mælingu.

Helstu tegundir ljósleiðaraskynjunartækni

Ljósleiðaraskynjun er venjulega flokkuð í þrjár fjölskyldur eftir því hversu marga punkta meðfram trefjaranum er hægt að mæla og hvernig skynjunin gerist.

Point ljósleiðaraskynjun

Punktskynjari mælir eina staðsetningu. Sérstakur skynjunarþáttur bregst við einni færibreytu - hitastigi, þrýstingi eða hröðun, til dæmis - og hönnunin er einföld og tiltölulega ódýr.

Algengasta dæmið ertrefja Bragg grating (FBG). Rist er reglubundin breyting á brotstuðul trefjakjarna, sem myndast með því að útsetja kjarnann fyrir miklu útfjólubláu truflunarmynstri. Ristið endurspeglar eina ákveðna bylgjulengd - Bragg bylgjulengdina - og hleypir restinni framhjá. Þegar álag teygir ristið eða hitinn stækkar það, breytist bilið og endurspeglast bylgjulengd breytist; Spyrjandi les þessa breytingu og breytir henni í gildi. Nálægt 1550 nm bylgjulengdinni hreyfist endurspeglað bylgjulengd dæmigerðs FBG af stærðargráðunni einn píkómetra á hverja teygjuþunga og nokkrir píkómetrar á hverja hitastigsgráðu. Rannsóknir og geimferðaáætlanir hafa einkennt þessa tvíþættu næmni í smáatriðum, þar á meðalMat NASA á innbyggðum FBG álagsskynjurumvið hækkað hitastig. Aðrir punktskynjarar eru meðal annars leysigeislar ogljósleiðara-segulsviðsskynjarafyrir sérhæfðar mælingar.

Hálf-dreifð ljósleiðaraskynjun

Hvílíkt-dreift kerfi tengir nokkra punktskynjara í röð meðfram einni trefjar - til dæmis, streng af FBG, sem hver endurspeglar örlítið mismunandi bylgjulengd svo spyrjandinn geti greint þá í sundur. Ein trefjar geta síðan tilkynnt um hitastig, titring, þrýsting eða álag á mörgum aðskildum stöðum í einu. Viðskiptin-er innbyggð í eðlisfræðina: Fjöldi skynjara á einni trefjar takmarkast af upprunabandbreiddinni og bylgjulengdarglugganum sem hvert rist getur tekið og trefjarinn skynjar ekkert í bilunum á milli frumefna. Tengdar trefja-grindaraðferðir, svo semskynjunarkerfi fyrir langan-tíma, fylgja svipuðum meginreglum með mismunandi litrófshegðun.

Dreifð ljósleiðaraskynjun

Dreift kerfi notar beru trefjarnar sem samfelldan skynjara, með enga staka skynjunarpunkta. Það byggir á ljósi sem dreifist náttúrulega inni í glerinu og les hvernig það dreifða ljós breytist eftir allri lengdinni. Þrírljósdreifingarkerfi-eru notuð, hver hentugur fyrir mismunandi færibreytur:

• Rayleigh tvístraster teygjanlegt ferli sem breytir ekki tíðni ljóssins. Hann er sterkastur af þessum þremur og undirstaða dreifðrar hljóð- og titringsskynjunar (DAS/DVS), þar sem hraðar, stakar-mælingar fylgjast með kraftmiklu álagi eins og hljóði og titringi.
• Raman tvístrastframleiðir ljós sem er háð hitastigi, sem gerir það að grunni dreifðrar hitaskynjunar (DTS).
• Brillouin dreifingbreytist í tíðni með bæði álagi og hitastigi, þannig að það styður dreifða álags- og hitaskynjun yfir langar vegalengdir.

Vegna þess að kerfið tekur sýni úr öllum trefjum frekar en föstum punktum getur einn strengur skilað þúsundum samfelldra mælingastaða yfir tugi kílómetra. Þessi umfjöllun er ástæðan fyrir því að dreifð skynjun hefur vaxið hratt fyrir langar, línulegar eignir þar sem vandamál gætu birst hvar sem er.

Point vs Quasi-Dreifð vs dreifð ljósleiðaraskynjun

Fjölskyldurnar þrjár svara mismunandi spurningum. Punktskynjun spyr "hvað er að gerast á þessum eina stað?"; hálf-dreift spyr "hvað er að gerast á þessum þekktu stöðum?"; dreift spyr "hvað er að gerast einhvers staðar á þessari leið?" Taflan hér að neðan tekur saman hagnýtan mun.

Algeng notkun ljósleiðaraskynjunar

• Leiðsluvöktun og lekaleit.Trefjar sem lagður er meðfram olíu-, gas- eða vatnsleiðslu getur merkt leka sem staðbundið hitastigsfrávik (DTS) og greint grafa eða truflun þriðja aðila sem titringsmerki (DAS) - nákvæmari ramma en lausa setningin „olía og gas“ sem stundum er notuð í þessu tilviki.
• Jaðar- og landamæraöryggi.Dreifð titringsskynjun skynjar og flokkar fótspor, farartæki, klifur eða grafa meðfram girðingarlínu eða niðurgrafinni leið, sem er grundvöllurljósleiðaraskynjun -jaðarinnbrots.
• Rafmagnssnúra og netvöktun.DTS rekur hitastig háspennu-kapla til að stjórna álagi og koma auga á heita reiti; fyrir bakgrunn sjá þetta yfirlit yfirdreifð hitaeftirlit.
• Brunaskynjun jarðganga og byggingar.Stöðug hitastigsgreining vekur viðvörun á nákvæmlega þeim mæli þar sem hitinn hækkar, löngu áður en einn-punktsskynjari myndi bregðast við.
• Heilsueftirlit með uppbyggingu.FBG og dreifð álagsskynjun mæla álag, sveigju og sprungur í brúm, stíflum, göngum og stórum samsettum mannvirkjum yfir endingartíma þeirra.

• 

Kostir og takmarkanir ljósleiðaraskynjunar

Eins og öll mælitækni hentar ljósleiðaraskynjun vel í sumum aðstæðum og léleg í öðrum. Að setja báðar hliðar út gerir valið auðveldara.

Þar sem það skarar fram úr:

• Ónæmir fyrir rafsegultruflunum, þar sem skynjunarpunkturinn er óvirkt gler án rafeindabúnaðar á sviði.
• Öruggt í sprengifimu eða ætandi umhverfi þar sem rafmagnsskynjarar eru áhættusamir.
• Ein kapall getur komið í stað hundruða stakra skynjara og raflagna þeirra, og það tvöfaldast sem gagnaleið.
• Dreifð kerfi veita stöðuga umfjöllun með staðsetningu, ekki bara einangruðum lestum.

Þar sem það hefur takmörk:

• Spyrjandinn er dýrasti hlutinn, svo stutt einpunkts-verk eru oft ódýrari með hefðbundnum skynjurum.
• „Mikil nákvæmni“ er skilyrt. Fyrir dreifð kerfi skipta staðbundin upplausn, skynjunarsvið og sýnatökutíðni hvert við annað og "dreift" þýðir ekki ótakmarkaða nákvæmni.
• Staðsetningarnákvæmni fer eftir skynjunaraðferðinni, hvernig snúrunni er beint og tengt við uppbygginguna, sýnatökuhraða, spyrlaranum og greiningaralgríminu.
• Hönnun, uppsetning og túlkun þarfnast sérfræðiþekkingar.

Hvernig á að velja réttu ljósleiðaraskynjunaraðferðina

Byrjaðu á spurningunni sem þú þarft raunverulega að svara, passaðu hana síðan við aðferð:

• Einn mikilvægur punktur, mældur nákvæmlega- punktskynjari eins og FBG.
• Handfylli þekktra staða á mannvirki- hálf-dreift FBG fylki.
• Löng leið þar sem vandræði gætu birst hvar sem er- dreift kerfi: DTS fyrir hitastig og eld, DAS/DVS fyrir titring og innbrot, Brillouin fyrir álag.

Þegar aðferðin er skýr, berðu saman tilteknar breytur áður en þú kaupir: áskilið skynjunarsvið, staðbundin upplausn, mælitíðni (sýnatökuhlutfall), leið snúrunnar og hvernig hún verður fest við eignina og samhæfni spyrjenda við trefjarnar og skynjarana sem þú ætlar að nota.