Bộ dò tìm lưới Bragg sợi: Cách hoạt động của cảm biến FBG trong thiết lập thử nghiệm thực tế- Yangzhou Zhenzhong Testing Technology Co., Ltd.

Nếu bạn đã từng quan sát sự sai lệch của chỉ số biến dạng sau sáu giờ thử nghiệm hoặc dành cả buổi chiều để đuổi theo tiếng ồn điện qua hộp cầu, thì bạn đã hiểu tại sao cảm biến cách tử Bragg sợi quang lại được ưa chuộng trong đo lường kết cấu và công nghiệp. Ở trung tâm của thế giới đó có một công cụ: máy thẩm vấn cách tử Bragg bằng sợi quang. Nó đọc ánh sáng phản chiếu từ lưới và biến nó thành những con số mà bạn có thể bảo vệ trong báo cáo.

Dưới đây chúng tôi sẽ giới thiệu những gì một thiết bị dò tìm thực sự đo được, những cách chính mà nhà sản xuất thực hiện phép đo đó, các thông số kỹ thuật quyết định xem thiết bị có hoạt động trong thử nghiệm của bạn hay không và cách mặt trước quang học khớp với thiết bị thu thập, cảm biến và hiệu chuẩn dữ liệu để hoàn thành công việc. Hầu hết những kết quả tiếp theo đều đến từ nhiều năm xây dựng chuỗi đo lường trong thử nghiệm độ rung, độ căng và phương thức, cũng như từ những câu hỏi mà khách hàng gửi cho chúng tôi khi họ xác định hệ thống.

Bộ dò tìm lưới Bragg sợi thực sự đo lường được những gì

Cách tử Bragg sợi là một đoạn sợi quang có chiều dài ngắn có chiết suất lõi được viết theo dạng tuần hoàn. Kiểu đó phản ánh một dải bước sóng hẹp về phía nguồn và tâm của dải đó, bước sóng Bragg, được xác định bởi chu kỳ cách tử và chiết suất hiệu dụng của mode dẫn hướng. Kéo căng hoặc nén sợi và kinh nguyệt thay đổi. Làm nóng hoặc làm nguội nó và chỉ số hiệu quả sẽ thay đổi. Cả hai hiệu ứng đều làm dịch chuyển đỉnh phản xạ và trên một phạm vi làm việc rộng, sự dịch chuyển đó gần như tuyến tính.

Công việc của người thẩm vấn là theo dõi sự thay đổi đó. Nó phóng ánh sáng vào sợi quang, thu thập phần nhỏ phản xạ bởi các cách tử và liên tục xác định bước sóng trung tâm của mỗi đỉnh phản xạ. Kết quả là một bản ghi bước sóng so với thời gian cho mọi cảm biến trên dây chuyền, bản ghi này sẽ trở thành biến dạng, nhiệt độ, áp suất, độ dịch chuyển hoặc gia tốc sau khi áp dụng hệ số độ nhạy thích hợp. Ở bước sóng 1550 nm, cách tử điển hình di chuyển khoảng 1,2 pm trên mỗi microstrain và khoảng 10 pm trên mỗi độ C, đó là lý do tại sao số liệu độ phân giải được biểu thị bằng picometer và đôi khi dưới dạng phân số của picometer.

Một nguyên tắc nhỏ cần ghi nhớ: ở bước sóng 1550 nm, độ phân giải bước sóng 1 pm tương ứng với khoảng 0,8 microstrain của độ phân giải biến dạng. Nếu một ứng dụng thực sự cần giải quyết 1 microstrain, thì hệ thống cần độ ổn định của lớp picometer chứ không chỉ là số độ phân giải của lớp picometer trên biểu dữ liệu.

Nó cũng giúp làm rõ những công cụ này không phải là gì. Một máy dò đo bước sóng, không trả lại công suất quang. Quyết định thiết kế duy nhất đó giải thích hầu hết các ưu điểm thực tế của công nghệ: suy hao đầu nối, chạy cáp dài, lão hóa nguồn và suy hao uốn cong, tất cả đều làm thay đổi lượng ánh sáng quay trở lại và không có yếu tố nào trong số đó làm thay đổi bước sóng. Đó cũng là lý do tại sao chuỗi FBG hoạt động tốt bên cạnh thiết bị điện áp cao, bên trong máy biến áp, dọc theo đường ống và trên các cánh tuabin gió, nơi mà đường dây đồng dài sẽ hoạt động giống như ăng-ten.

Năm phương pháp thẩm vấn phổ biến, được so sánh

Có nhiều cách để tìm ra đỉnh trong quang phổ và phương pháp mà nhà thiết kế chọn sẽ định hình hầu hết mọi thứ khác về thiết bị: tốc độ, số kênh, kích thước vật lý và giá thành của nó. Đây là những cách tiếp cận bạn sẽ gặp thường xuyên nhất.

Các phương pháp thẩm vấn cách tử Bragg sợi phổ biến và các ứng dụng mà mỗi phương pháp có xu hướng phù hợp.
Cách tiếp cận	Nó hoạt động như thế nào	Thường mạnh ở	Sự đánh đổi chính
Bộ lọc điều chỉnh cộng với photodiode	Quét dải thông hẹp trên quang phổ và ghi lại nguồn điện trả về	Mảng đa cảm biến, giám sát dựa trên giá đỡ	Tốc độ quét giới hạn các sự kiện động nhanh
Chip AWG cộng với mảng dò	Tách thụ động các bước sóng trên các máy dò song song	Hệ thống nhúng nhỏ gọn, tiêu thụ điện năng thấp	Lưới kênh cố định, điều chỉnh hạn chế
Máy quang phổ với dãy máy dò	Phân tán toàn phổ và đọc tất cả các bước sóng cùng một lúc	Thu thập song song tốc độ cao	Độ phân giải bước sóng thấp hơn, ít kênh hơn
Laser có thể điều chỉnh quét	Chiếu sáng một bước sóng tại một thời điểm và theo dõi đỉnh chính xác	Độ chính xác cao, phạm vi rộng, công việc tĩnh và bán tĩnh	Chi phí và tốc độ quét hữu hạn
Bộ lọc cạnh, đo tỷ lệ	Chuyển đổi sự thay đổi bước sóng thành tỷ lệ cường độ	Biến dạng động một điểm nhanh	Dải động hẹp, ít cách tử

Trong thực tế, quyết định thường thu hẹp lại thành hai câu hỏi. Phải đọc bao nhiêu cách tử cùng lúc và chúng di chuyển với tốc độ bao nhiêu? Ghi lại nhiệt độ mỗi phút một lần và ghi lại một phần nghìn giây thoáng qua là những vấn đề rất khác nhau và một bộ dò tín hiệu xuất sắc ở một mặt này hiếm khi lại tối ưu ở mặt kia.

Thông số kỹ thuật quyết định liệu một đơn vị có hoạt động trong thử nghiệm của bạn hay không

Bảng dữ liệu có xu hướng liệt kê hàng tá tham số giống nhau. Điều quan trọng là cái nào ràng buộc ứng dụng của bạn. Đây là những điểm chúng tôi sẽ giải quyết với khách hàng trước khi hệ thống được phê duyệt:

Phạm vi bước sóng và số lượng kênh. Khoảng 40 nm và khoảng 100 nm bao gồm số lượng cách tử rất khác nhau, đặc biệt khi một số được biến dạng trước để tách các đỉnh của chúng.
Độ phân giải so với độ chính xác. Độ phân giải là sự thay đổi nhỏ nhất mà thiết bị có thể nhìn thấy. Độ chính xác là mức độ đọc tuyệt đối gần với bước sóng thực. Sự ổn định lâu dài và khả năng lặp lại thường quan trọng hơn cả.
Đo lường tuyệt đối hoặc tương đối. Một số công việc chỉ cần thay đổi theo thời gian; công việc khác, chẳng hạn như bù nhiệt độ hoặc cảm biến hình dạng, cần một tài liệu tham khảo tuyệt đối đáng tin cậy.
Tốc độ lấy mẫu hoặc quét. Giám sát tĩnh, chu trình mỏi và các sự kiện va chạm nằm cách nhau ba bậc độ lớn. Hãy ghép thiết bị với hiện tượng nhanh nhất mà bạn phải nắm bắt chứ không phải mức trung bình.
Khả năng ghép kênh trên mỗi kênh. Điều này xác định số lượng cảm biến mà một sợi quang có thể mang theo, từ đó xác định số lượng cáp và số lượng đầu nối mà hệ thống lắp đặt của bạn cần.
Dải động và nhiễu xuyên âm. Khi một cách tử được tải mạnh nằm cạnh một cách tử được tải nhẹ trên cùng một sợi, các đỉnh yếu sẽ không bị các đỉnh lân cận mạnh kéo xung quanh.
Ngân sách quang và kết nối. Loại sợi đơn mode, lớp phủ, đầu cuối FC/APC và chất lượng mối nối đều tiêu tốn ngân sách trước khi tín hiệu đến được máy dò.
Đánh giá môi trường. Thiết bị phòng thí nghiệm trên giá đỡ và thiết bị hiện trường trên mặt cầu có các yêu cầu khác nhau về phạm vi nhiệt độ, khả năng chịu rung và khả năng chống xâm nhập.
Phần mềm, giao diện và đồng bộ hóa. Đầu vào kích hoạt, đồng hồ dùng chung, API phát trực tuyến và định dạng xuất quyết định mức độ dễ dàng của bộ dò tín hiệu tham gia vào phần còn lại của hệ thống đo lường của bạn.
Hiệu chuẩn và truy xuất nguồn gốc. Độ lệch tham chiếu bước sóng. Hỏi cách thức xác minh công cụ, tần suất và tài liệu đi kèm với nó.

Ứng dụng của bạn thực sự cần bao nhiêu tốc độ?

Biểu đồ bên dưới là minh họa về nhu cầu tương đối chứ không phải là thông số kỹ thuật, nhưng nó thể hiện mức độ lan rộng định hình mọi quyết định mua hàng trong lĩnh vực này.

Xu hướng nhiệt độ tĩnh

Giám sát biến dạng dài hạn

Mệt mỏi và tải theo chu kỳ

Thử nghiệm phương thức và tác động

Biến dạng động thoáng qua

Bài học rất đơn giản: mua tốc độ ở nơi bạn cần và sự ổn định ở nơi khác. Một thiết bị chậm hơn, êm hơn với tham chiếu bước sóng tốt thường hoạt động tốt hơn thiết bị nhanh hơn trong việc theo dõi trong thời gian dài, trong đó sự trôi dạt qua nhiều tuần là kẻ thù thực sự.

Nơi cảm biến lưới sợi Bragg kiếm được tiền

Công nghệ này được chọn khi cảm biến điện thông thường chạy vào tường. Một số mẫu chúng ta thấy đi gặp lại:

Giám sát sức khỏe kết cấu. Cầu, đập, đường hầm, cọc và trụ đỡ đường ống, nơi có hàng chục điểm biến dạng và nhiệt độ dùng chung một sợi quang và một bộ dò tín hiệu.
Năng lượng và sức mạnh. Cuộn dây máy biến áp, stato máy phát điện, môi trường điện áp cao và cánh tuabin, nơi khả năng miễn nhiễm điện từ sẽ loại bỏ toàn bộ các vấn đề về tiếng ồn.
Hàng không vũ trụ và vật liệu tổng hợp. Các tấm lưới được nhúng trực tiếp vào các lớp mỏng trong quá trình sản xuất, tồn tại ở những nơi mà các thước đo liên kết bề mặt không có.
Đường sắt và vận tải. Giám sát lâu dài đường ray, tà vẹt và kết cấu phương tiện tiếp xúc với thời tiết, độ rung và nhiễu điện.
Nhà máy chế biến và máy móc công nghiệp. Các vị trí nóng, ẩm ướt hoặc có tác dụng mạnh về mặt hóa học, nơi cảm biến thủy tinh thụ động tồn tại lâu hơn máy đo lá và dây dẫn của nó.

Một cảnh báo thực tế cần được nêu rõ: cách tử trần phản ứng với sức căng và nhiệt độ cùng một lúc. Trừ khi ứng dụng tách biệt cả hai, bằng cách ghép một cách tử tham chiếu không biến dạng với mỗi cách tử đo hoặc bằng cách mô tả đặc tính phản ứng nhiệt, bộ dò tín hiệu sẽ báo cáo trung thực một số kết hợp cả hai hiệu ứng.

Phần còn lại của chuỗi: Từ dữ liệu bước sóng đến phép đo hoàn tất

Người thẩm vấn hiếm khi làm việc một mình. Bản ghi bước sóng của nó vẫn phải được đồng bộ hóa với mọi thứ khác trong bài kiểm tra, gia tốc, lực, áp suất, độ dịch chuyển và tốc độ quay, sau đó được phân tích. Đó là một phần của chuỗi mà chúng tôi dành những ngày làm việc của mình tại Công nghệ thử nghiệm Yangzhou Zhenzhong.

Về mặt điện, máy phân tích tín hiệu động xử lý việc lấy mẫu đồng thời trên nhiều kênh, với điều kiện đầu vào mà các cảm biến khác nhau cần. Các thiết bị USB, mạng 100 Mbps và mạng gigabit của chúng tôi bao gồm công việc di động một kênh cho đến thu thập đồng bộ 32 kênh, đây là điều mà một cấu trúc lớn hoặc khảo sát phương thức đa điểm thường yêu cầu. Nếu bạn muốn có một bức tranh rõ ràng hơn về vị trí của một chiếc hộp như vậy so với một nhạc cụ thông thường, lưu ý của chúng tôi về máy phân tích tín hiệu động khác với thiết bị truyền thống như thế nào là một điểm khởi đầu tốt

ZT-U8204C Four-Channel Dynamic Signal Analyzer

Máy phân tích tín hiệu động bốn kênh ZT-U8204C Bốn kênh của nó, chuyển đổi 24-bit và đầu vào điện áp/IEPE/sạc phù hợp với các phép đo phương thức, lỗi máy móc, tiếng ồn và nhất thời với kết nối cảm biến trực tiếp. Xem sản phẩm →

Lớp cảm biến cũng quan trọng không kém vì kết quả đọc quang học rõ ràng kết hợp với gia tốc kế ồn ào vẫn tạo ra kết quả đáng ngờ. Gia tốc kế điện tích và IEPE, bộ ba trục siêu nhỏ, bộ chuyển đổi lực và áp suất cũng như micrô âm thanh được chọn để phù hợp với dải tần và biên độ của hiện tượng được thử nghiệm chứ không phải ngược lại.

IEPE Accelerometer Category from Yangzhou Zhenzhong Testing

Danh mục gia tốc kế IEPE từ Thử nghiệm Zhenzhong Dương Châu Danh mục này giới thiệu phạm vi gia tốc kế IEPE của Zhenzhong testing cùng với danh sách gia tốc kế ba trục vi mô và điện tích, mặc dù hiện tại không có mẫu riêng lẻ nào được hiển thị. Xem sản phẩm →

Cuối cùng, có hiệu chuẩn. Chuỗi đo lường chỉ hoạt động tốt khi có tham chiếu ở cuối chuỗi đó và điều đó đúng với các kênh quang và điện. Cảm biến có thể xác minh tại hiện trường và kiểm tra kênh giúp so sánh các con số giữa các chiến dịch, giữa các phòng thí nghiệm và giữa các năm.

Portable Vibration Calibrator Category from Zhenzhong Testing

Danh mục Bộ hiệu chỉnh độ rung di động từ Zhenzhong testing Danh mục này nêu bật các sản phẩm máy hiệu chuẩn độ rung di động của Zhenzhong testing, liệt kê năm sản phẩm để người dùng kiểm tra tham chiếu chuỗi đo lường, mặc dù các mẫu và thông số kỹ thuật riêng lẻ không được hiển thị. Xem sản phẩm →

Khi những phần này được thiết kế cùng nhau thay vì lắp ráp từng lần mua một, công việc tích hợp sẽ giảm mạnh. Đó là lý do đằng sau việc chúng tôi giải pháp kiểm tra độ rung và động , kết hợp phần mềm kích thích, cảm biến, thu thập, phân tích và dịch vụ vào một hệ thống chịu trách nhiệm duy nhất.

Danh sách kiểm tra lựa chọn thực tế

Viết ra các đại lượng vật lý bạn phải đo, khoảng dự kiến của chúng và sự thay đổi nhanh nhất mà bạn phải giải quyết.
Đếm các điểm cảm nhận và quyết định cách chúng sẽ được phân bổ trên các sợi và kênh.
Chọn phương pháp thẩm vấn phù hợp với số lượng và tốc độ đó, sau đó xác nhận ngân sách quang cho độ dài cáp của bạn.
Kiểm tra xem nhạc cụ sẽ được đồng bộ hóa như thế nào với các kênh khác của bạn, cho dù bằng trình kích hoạt, đồng hồ dùng chung hay phát trực tuyến theo dấu thời gian.
Yêu cầu thông số kỹ thuật về độ ổn định theo giờ hoặc ngày, không chỉ là con số độ phân giải tại một thời điểm.
Xác nhận đường dẫn hiệu chuẩn và xác minh, bao gồm cả người thực hiện và chứng chỉ bạn nhận được.
Kiểm tra phần mềm bằng dữ liệu của riêng bạn trước khi cam kết, đặc biệt là quy trình xuất và phân tích mà nhóm của bạn sẽ thực hiện.

Những câu hỏi chúng tôi nghe thường xuyên nhất

Một người thẩm vấn có thể xử lý sự căng thẳng và nhiệt độ cùng một lúc không?

Có, miễn là việc cài đặt đã được lên kế hoạch cho nó. Một cách tiếp cận phổ biến là đặt một cách tử không biến dạng gần mỗi cách tử đo, do đó có thể trừ đi đỉnh chỉ nhiệt độ. Cả hai loại cách tử đều nằm trên cùng một sợi và được đọc bằng cùng một thiết bị.

Có bao nhiêu cảm biến có thể chia sẻ một kênh?

Nó phụ thuộc vào phạm vi bước sóng của thiết bị và khoảng cách giữa các đỉnh phải có để có thể tách rời. Các cách tử có bước sóng trung tâm khác nhau được phân bổ trên phổ sẵn có, đó là lý do tại sao phạm vi và khả năng ghép kênh được liên kết chặt chẽ với nhau.

Tôi có còn cần gia tốc kế thông thường nếu tôi đã có cảm biến FBG không?

Thông thường là có, đối với công việc về phương thức và độ rung. Cảm biến biến dạng quang học mô tả cách cấu trúc biến dạng, trong khi gia tốc kế mô tả cách nó di chuyển. Hầu hết các chương trình thử nghiệm nghiêm túc đều ghi lại cả hai và phân tích chúng cùng nhau, đó chính xác là lý do tại sao việc đồng bộ hóa giữa các mặt quang và điện của dây chuyền đáng được quan tâm sớm.

Bộ dò tìm cách tử Bragg bằng sợi là một công cụ trang nhã nhưng nó là một mắt xích trong chuỗi bắt đầu bằng quyết định lắp đặt cảm biến và kết thúc bằng kết quả phân tích mà ai đó phải ký. Những dự án diễn ra suôn sẻ là những dự án có phạm vi, tốc độ, số kênh, hệ thống cáp và hiệu chỉnh đều được tính toán trước khi đặt hàng.

Nếu bạn đang xây dựng chuỗi đó ngay bây giờ và muốn có ý kiến thứ hai về mặt điện, nhóm của chúng tôi sẵn lòng trao đổi về số lượng kênh, loại đầu vào, tốc độ lấy mẫu và thực hành hiệu chuẩn. Hãy gửi cho chúng tôi kế hoạch đo lường của bạn và chúng tôi sẽ cho bạn biết một cách trung thực vị trí của giải pháp quang học phù hợp và vị trí của giải pháp quang học thông thường sẽ phục vụ bạn tốt hơn.