Fiber Bragg gitterinterrogator: Sådan fungerer FBG-sensing i rigtige testopsætninger

Hvis du nogensinde har set en belastningsmåling glide efter seks timers test, eller brugt en eftermiddag på at jage elektrisk støj gennem en broboks, forstår du allerede, hvorfor fiber Bragg-gitterføling fandt et hjem i strukturel og industriel måling. I centrum af den verden sidder ét instrument: fiber-Bragg-gitter-forhøreren. Den aflæser lyset, der kommer tilbage fra ristene og gør det til tal, du kan forsvare i en rapport.

Nedenfor gennemgår vi, hvad en interrogator faktisk måler, de vigtigste måder, producenterne implementerer den måling på, de specifikationer, der afgør, om en enhed vil fungere i din test, og hvordan den optiske frontend passer sammen med det dataindsamlings-, sensing- og kalibreringsudstyr, der afslutter jobbet. Det meste af det følgende kommer fra mange års opbygning af målekæder inden for vibrations-, belastnings- og modaltestning og fra de spørgsmål, kunderne stiller til os, mens de specificerer et system.

Hvad en Fiber Bragg gitterinterrogator faktisk måler

Et fiber Bragg-gitter er en kort længde af optisk fiber, hvis kernebrydningsindeks er blevet skrevet i et periodisk mønster. Dette mønster reflekterer et smalt bånd af bølgelængder tilbage mod kilden, og midten af ​​dette bånd, Bragg-bølgelængden, er indstillet af gitterperioden og det effektive brydningsindeks for den guidede tilstand. Stræk eller komprimer fiberen og perioden ændres. Varm det op eller køl det ned, og det effektive indeks ændres. Begge effekter flytter den reflekterede top, og over et bredt arbejdsområde er denne forskydning meget næsten lineær.

Forhørslederens opgave er at spore skiftet. Den sender lys ind i fiberen, opsamler den lille fraktion, der reflekteres af gitrene, og bestemmer kontinuerligt centerbølgelængden af ​​hver reflektionsspids. Resultatet er en bølgelængde-versus-tid-rekord for hver sensor på linjen, som bliver belastning, temperatur, tryk, forskydning eller acceleration, når den passende følsomhedskoefficient er anvendt. Ved 1550 nm bevæger et typisk gitter sig omkring 1,2 pm pr. mikrostamme og ca. 10 pm pr.

Det hjælper også at være klar over, hvad disse instrumenter ikke er. En interrogator måler bølgelængde, ikke returneret optisk effekt. Denne enkelt designbeslutning forklarer de fleste af teknologiens praktiske fordele: stiktab, lange kabelføringer, kildeældning og bøjningstab ændrer alle, hvor meget lys der kommer tilbage, og ingen af ​​dem ændrer bølgelængden. Det er også derfor, FBG-kæder arbejder glad ved siden af ​​højspændingsudstyr, inde i transformere, langs rørledninger og på vindmøllevinger, hvor et langt kobberløb ville opføre sig som en antenne.

Fem almindelige afhøringstilgange, sammenlignet

Der er mere end én måde at finde en top i et spektrum på, og den metode, en designer vælger, former næsten alt andet ved instrumentet: dets hastighed, dets kanalantal, dets fysiske størrelse og dets pris. Det er de tilgange, du oftest vil møde.

I praksis begrænser afgørelsen sig normalt til to spørgsmål. Hvor mange riste skal aflæses på samme tid, og hvor hurtigt bevæger de sig? At logge en temperatur en gang i minuttet og fange en millisekunds transient er meget forskellige problemer, og en interrogator, der udmærker sig ved den ene, er sjældent optimal for den anden.

Specifikationer, der afgør, om en enhed fungerer i din test

Dataark har en tendens til at vise de samme dusin parametre. Det afgørende er, hvilke der binder din ansøgning. Dette er de punkter, vi gennemgår med kunderne, før et system afmeldes:

• Bølgelængdeområde og kanalantal. Et 40 nm spændvidde og et 100 nm spændvidde dækker meget forskellige antal riste, især når nogle er forspændt for at adskille deres toppe.
• Opløsning kontra nøjagtighed. Opløsning er den mindste ændring, som instrumentet kan se. Nøjagtighed er, hvor tæt den absolutte aflæsning er på den sande bølgelængde. Langsigtet stabilitet og repeterbarhed betyder normalt mere end begge dele.
• Absolut eller relativ måling. Noget arbejde skal kun ændres over tid; andet arbejde, såsom temperaturkompensation eller formføling, har brug for en pålidelig absolut reference.
• Sample eller scanningshastighed. Statisk overvågning, træthedscykler og kollisionshændelser ligger tre størrelsesordener fra hinanden. Match instrumentet til det hurtigste fænomen, du skal fange, ikke gennemsnittet.
• Multiplekskapacitet pr. kanal. Dette bestemmer, hvor mange sensorer en enkelt fiber kan bære, og derfor hvor meget kabling og hvor mange stik din installation har brug for.
• Dynamisk rækkevidde og krydstale. Når et stærkt belastet rist sidder ved siden af ​​et let belastet et på samme fiber, bør svage toppe ikke trækkes rundt af stærke naboer.
• Optisk budget og stik. Single-mode fibertype, belægning, FC/APC-afslutninger og splejsningskvalitet optager alt budget, før signalet nogensinde når detektoren.
• Miljøvurdering. En laboratorieenhed i et stativ og en feltenhed på et brodæk har forskellige krav til temperaturområde, vibrationstolerance og indtrængningsbeskyttelse.
• Software, interfaces og synkronisering. Trigger-input, delte ure, streaming-API'er og eksportformater bestemmer, hvor let interrogatoren tilslutter sig resten af ​​dit målesystem.
• Kalibrering og sporbarhed. Bølgelængde referencer glider. Spørg hvordan instrumentet er verificeret, hvor ofte, og hvilken dokumentation der følger med det.

Hvor meget hastighed har din applikation egentlig brug for?

Nedenstående diagram er en illustration af relativ efterspørgsel snarere end en specifikation, men det fanger spredningen, der former enhver købsbeslutning på dette felt.

Lektionen er enkel: Køb hastighed, hvor du har brug for det, og stabilitet alle andre steder. Et langsommere, mere støjsvagt instrument med en god bølgelængdereference overgår ofte et hurtigere instrument i langvarig overvågning, hvor drift over uger er den virkelige fjende.

Hvor Fiber Bragg Gitter Sensing tjener sit hold

Teknologien er valgt, når konventionel elektrisk sensing kører ind i en væg. Nogle mønstre, vi ser igen og igen:

• Strukturel sundhedsovervågning. Broer, dæmninger, tunneler, pæle og rørledningsstøtter, hvor snesevis af belastnings- og temperaturpunkter deler en fiber og en interrogator.
• Energi og kraft. Transformatorviklinger, generatorstatorer, højspændingsmiljøer og turbinevinger, hvor elektromagnetisk immunitet fjerner en hel klasse af støjproblemer.
• Luftfart og kompositter. Gitre indlejret direkte i laminater under fremstillingen, overlever, hvor overfladebundne målere ikke ville.
• Jernbane og transport. Langtidsovervågning af skinner, sveller og køretøjskonstruktioner udsat for vejr, vibrationer og elektrisk interferens.
• Industrielt maskineri og procesanlæg. Varme, våde eller kemisk aggressive steder, hvor en passiv glassensor holder længere end en foliemåler og dens ledninger.

En praktisk advarsel er værd at sige klart: et bart gitter reagerer på belastning og temperatur på samme tid. Medmindre applikationen adskiller de to, ved at parre et belastningsfrit referencegitter med hvert målegitter eller ved at karakterisere den termiske respons, vil spørgeren trofast rapportere et tal, der blander begge effekter.

Resten af kæden: Fra bølgelængdedata til en færdig måling

En forhørsleder arbejder sjældent alene. Dens bølgelængderekord skal stadig synkroniseres med alt andet i testen, acceleration, kraft, tryk, forskydning og rotationshastighed og derefter analyseres. Det er den del af kæden, vi bruger vores arbejdsdage på hos Yangzhou Zhenzhong Testing Technology.

På den elektriske side håndterer en dynamisk signalanalysator samtidig sampling på tværs af mange kanaler med den input-konditionering, som forskellige sensorer har brug for. Vores USB-, 100 Mbps-netværks- og gigabit-netværksinstrumenter dækker enkelt-kanals bærbart arbejde op til 32-kanals synkron optagelse, hvilket er, hvad en stor struktur eller en multi-point modal undersøgelse normalt kræver. Hvis du gerne vil have et klarere billede af, hvor en sådan boks sidder i forhold til et konventionelt instrument, kan vores note vedr. hvordan en dynamisk signalanalysator adskiller sig fra et traditionelt instrument er et godt udgangspunkt.

ZT-U8204C 4-kanals dynamisk signalanalysator Dens fire kanaler, 24-bit konvertering og spændings/IEPE/opladningsindgange passer til modal, maskinfejl, støj og transientmålinger med direkte sensorforbindelse. Se produkt →

Følingslaget betyder lige så meget, fordi en ren optisk aflæsning parret med et støjende accelerometer stadig giver et tvivlsomt resultat. Ladnings- og IEPE-accelerometre, mikro-triaksiale enheder, kraft- og tryktransducere og akustiske mikrofoner er valgt for at matche frekvensområdet og amplituden af ​​det fænomen, der testes, ikke omvendt.

IEPE Accelerometer Kategori fra Yangzhou Zhenzhong Testing Denne kategori introducerer Zhenzhong Testings IEPE-accelerometerudvalg sammen med ladnings- og mikro-triaksiale accelerometerlister, selvom der i øjeblikket ikke vises individuelle modeller. Se produkt →

Til sidst er der kalibrering. En målekæde er kun så god som referencen i slutningen af ​​den, og det gælder både optiske og elektriske kanaler. Feltverificerbare sensor- og kanaltjek holder tallene sammenlignelige mellem kampagner, mellem laboratorier og mellem år.

Bærbar vibrationskalibratorkategori fra Zhenzhong Testing Denne kategori fremhæver Zhenzhong Testings bærbare vibrationskalibrator-tilbud, der viser fem produkter til brugere, der kontrollerer målekædereferencer, selvom individuelle modeller og specifikationer ikke er vist. Se produkt →

Når disse stykker designes sammen i stedet for at samles et køb ad gangen, falder integrationsarbejdet markant. Det er ræsonnementet bag vores vibrations- og dynamiske testløsninger , som kombinerer excitation, sensing, erhvervelse, analysesoftware og service i et enkelt ansvarligt system.

En praktisk udvælgelsestjekliste

1. Skriv ned de fysiske mængder, du skal måle, deres forventede intervaller og den hurtigste ændring, du skal løse.
2. Tæl detekteringspunkterne og beslut, hvordan de vil blive fordelt på tværs af fibre og kanaler.
3. Vælg den forespørgselsmetode, der passer til det antal og den hastighed, og bekræft derefter det optiske budget for dine kabellængder.
4. Tjek, hvordan instrumentet vil blive synkroniseret med dine andre kanaler, hvad enten det er ved trigger, delt ur eller tidsstemplet streaming.
5. Bed om en stabilitetsspecifikation over timer eller dage, ikke kun et opløsningstal på et tidspunkt.
6. Bekræft kalibrerings- og verifikationsstien, herunder hvem der udfører den, og hvilket certifikat du modtager.
7. Test softwaren med dine egne data, før du forpligter dig, især eksport- og analysearbejdsgangen, dit team vil leve i.

Spørgsmål, vi hører oftest

Kan én interrogator håndtere belastning og temperatur på samme tid?

Ja, forudsat at installationen er planlagt til det. En almindelig tilgang er at placere et belastningsfrit gitter nær hvert målerist, så den kun temperaturspids kan trækkes fra. Begge typer rist sidder på den samme fiber og aflæses af det samme instrument.

Hvor mange sensorer kan dele én kanal?

Det afhænger af instrumentets bølgelængdeområde og hvor langt fra hinanden spidserne skal være for at forblive adskillelige. Gitre med forskellige centerbølgelængder er fordelt over det tilgængelige spektrum, hvorfor rækkevidde og multiplekseringskapacitet er bundet så tæt sammen.

Har jeg stadig brug for konventionelle accelerometre, hvis jeg allerede har FBG-sensorer?

Normalt ja, til modal- og vibrationsarbejde. Optisk strain sensing beskriver, hvordan en struktur deformeres, mens accelerometre beskriver, hvordan den bevæger sig. De fleste seriøse testprogrammer optager begge og analyserer dem sammen, hvilket netop er grunden til, at synkronisering mellem de optiske og elektriske sider af kæden fortjener opmærksomhed tidligt.

En fiber Bragg gitterinterrogator er et elegant instrument, men det er et led i en kæde, der begynder med en beslutning om sensorinstallation og slutter med et analyseret resultat, som nogen skal underskrive. De projekter, der går glat, er dem, hvor rækkevidde, hastighed, kanalantal, kabling og kalibrering alle blev udarbejdet før indkøbsordren.

Hvis du er ved at opbygge den kæde nu og ønsker en second opinion på den elektriske side, taler vores team gerne igennem kanaltællinger, inputtyper, samplinghastigheder og kalibreringspraksis. Send os din måleplan, og vi vil ærligt fortælle dig, hvor en optisk løsning passer, og hvor en konventionel løsning vil tjene dig bedre.