Fiber Bragg Grating Interrogator: Kako FBG Sensing radi u stvarnim ispitnim postavkama

Ako ste ikada gledali pomicanje očitanja naprezanja nakon šest sati testiranja ili ste proveli poslijepodne jureći električni šum kroz premosnu kutiju, već razumijete zašto je fiber Bragg grating senzor pronašao dom u strukturnim i industrijskim mjerenjima. U središtu tog svijeta nalazi se jedan instrument: vlaknasti ispitivač Braggove rešetke. Očitava svjetlost koja se vraća s rešetki i pretvara je u brojeve koje možete braniti u izvješću.

U nastavku ćemo proći kroz ono što ispitivač zapravo mjeri, glavne načine na koje proizvođači provode to mjerenje, specifikacije koje odlučuju hoće li jedinica raditi u vašem testu i kako se optički prednji kraj uklapa zajedno s opremom za prikupljanje podataka, senzore i kalibraciju koja završava posao. Većina onoga što slijedi proizlazi iz godina izgradnje mjernih lanaca u ispitivanju vibracija, naprezanja i modala te iz pitanja koja nam kupci postavljaju dok specificiraju sustav.

Što Fiber Bragg Grating Interrogator zapravo mjeri

Vlaknasta Braggova rešetka kratka je duljina optičkog vlakna čiji je indeks loma jezgre napisan u periodičnom uzorku. Taj uzorak odražava jedan uski pojas valnih duljina natrag prema izvoru, a središte tog pojasa, Braggova valna duljina, postavljeno je periodom rešetke i efektivnim indeksom loma vođenog načina. Rastegnite ili stisnite vlakno i mjesečnica se mijenja. Zagrijte ga ili ohladite i efektivni indeks se mijenja. Oba učinka pomiču reflektirani vrh, a u širokom radnom rasponu taj je pomak gotovo linearan.

Posao ispitivača je pratiti tu promjenu. On lansira svjetlost u vlakno, skuplja mali dio koji reflektiraju rešetke i kontinuirano određuje središnju valnu duljinu svakog vrha refleksije. Rezultat je zapis valne duljine u odnosu na vrijeme za svaki senzor na liniji, koji postaje naprezanje, temperatura, tlak, pomak ili ubrzanje nakon primjene odgovarajućeg koeficijenta osjetljivosti. Na 1550 nm tipična rešetka pomiče se oko 1,2 pm po mikrodeformaciji i otprilike 10 pm po stupnju Celzijusa, zbog čega se brojke razlučivosti navode u pikometrima, a ponekad i u dijelovima pikometra.

Također pomaže da bude jasno što ti instrumenti nisu. Ispitivač mjeri valnu duljinu, a ne povratnu optičku snagu. Ta jedina dizajnerska odluka objašnjava većinu praktičnih prednosti tehnologije: gubitak konektora, dugi kabeli, starenje izvora i gubici savijanja mijenjaju količinu svjetlosti koja se vraća, a niti jedno od njih ne mijenja valnu duljinu. To je i razlog zašto FBG lanci rado rade pored visokonaponske opreme, unutar transformatora, duž cjevovoda i na lopaticama vjetroturbina, gdje bi se dug bakreni niz ponašao kao antena.

Pet uobičajenih pristupa ispitivanju, u usporedbi

Postoji više od jednog načina za pronalaženje vrha u spektru, a metoda koju dizajner odabere oblikuje gotovo sve ostalo o instrumentu: njegovu brzinu, broj kanala, fizičku veličinu i cijenu. Ovo su pristupi koje ćete najčešće susresti.

U praksi se odluka obično sužava na dva pitanja. Koliko se rešetki mora očitati u isto vrijeme i koliko se brzo kreću? Bilježenje temperature jednom u minuti i hvatanje prijelaza u milisekundi vrlo su različiti problemi, a ispitivač koji se ističe u jednom rijetko je optimalan za drugi.

Specifikacije koje odlučuju hoće li jedinica raditi u vašem testu

Podatkovne tablice obično navode istih desetak parametara. Bitno je koji obvezuju vašu prijavu. Ovo su točke koje prolazimo s klijentima prije nego što se sustav odjavi:

• Raspon valnih duljina i broj kanala. Raspon od 40 nm i raspon od 100 nm pokrivaju vrlo različit broj rešetki, posebno kada su neke prethodno napregnute kako bi se odvojili njihovi vrhovi.
• Razlučivost nasuprot točnosti. Rezolucija je najmanja promjena koju instrument može vidjeti. Točnost je koliko je apsolutno očitanje blizu stvarne valne duljine. Dugoročna stabilnost i ponovljivost obično su važnije od oba.
• Apsolutno ili relativno mjerenje. Neki rad samo treba mijenjati tijekom vremena; drugi poslovi, poput temperaturne kompenzacije ili detekcije oblika, trebaju pouzdanu apsolutnu referencu.
• Brzina uzorkovanja ili skeniranja. Statički nadzor, ciklusi zamora i događaji udara nalaze se tri reda veličine. Uskladite instrument s najbržim fenomenom koji morate snimiti, a ne s prosjekom.
• Kapacitet multipleksiranja po kanalu. To određuje koliko senzora jedno vlakno može nositi, a time i koliko kablova i konektora treba vaša instalacija.
• Dinamički raspon i preslušavanje. Kada jako opterećena rešetka stoji pored slabo opterećene na istom vlaknu, slabe vrhove ne bi trebali povlačiti jaki susjedi.
• Optički proračun i konektori. Tip jednomodnog vlakna, premaz, završeci FC/APC i kvaliteta spoja troše proračun prije nego što signal uopće stigne do detektora.
• Ekološka ocjena. Laboratorijska jedinica u stalku i terenska jedinica na ploči mosta imaju različite zahtjeve za temperaturni raspon, toleranciju na vibracije i zaštitu od prodora.
• Softver, sučelja i sinkronizacija. Ulazi okidača, zajednički satovi, API-ji za strujanje i izvozni formati odlučuju koliko se lako ispitivač pridružuje ostatku vašeg mjernog sustava.
• Kalibracija i sljedivost. Pomicanje referenci valne duljine. Pitajte kako se instrument provjerava, koliko često i koja dokumentacija dolazi s njim.

Kolika je brzina doista potrebna vašoj aplikaciji?

Grafikon u nastavku ilustracija je relativne potražnje, a ne specifikacija, ali prikazuje raspon koji oblikuje svaku odluku o kupnji u ovom području.

Lekcija je jednostavna: kupujte brzinu gdje vam je potrebna i stabilnost svugdje drugdje. Spori, tiši instrument s dobrom referencom valne duljine često nadmašuje brži u dugotrajnom praćenju, gdje je pomicanje tjednima pravi neprijatelj.

Gdje Fiber Bragg Grating Sensing zarađuje svoje mjesto

Tehnologija je odabrana kada konvencionalni električni senzori naiđu na zid. Neki obrasci koje vidimo iznova i iznova:

• Praćenje strukturnog zdravlja. Mostovi, brane, tuneli, piloti i nosači cjevovoda, gdje deseci naprezanja i temperaturnih točaka dijele jedno vlakno i jedan ispitivač.
• Energija i snaga. Namoti transformatora, statori generatora, visokonaponska okruženja i lopatice turbina, gdje elektromagnetska otpornost uklanja cijelu klasu problema s bukom.
• Zrakoplovstvo i kompoziti. Rešetke ugrađene izravno u laminate tijekom proizvodnje, preživjele tamo gdje površinski spojeni mjerači ne bi.
• Željeznica i transport. Dugoročno praćenje tračnica, pragova i konstrukcija vozila izloženih vremenskim uvjetima, vibracijama i električnim smetnjama.
• Industrijski strojevi i procesna postrojenja. Vruća, mokra ili kemijski agresivna mjesta gdje pasivni stakleni senzor traje duže od mjerača folije i njegovih vodećih žica.

Jedno praktično upozorenje vrijedi jasno navesti: gola rešetka reagira na naprezanje i temperaturu u isto vrijeme. Osim ako aplikacija ne razdvaja to dvoje, uparivanjem referentne rešetke bez naprezanja sa svakom mjernom rešetkom ili karakteriziranjem toplinskog odziva, ispitivač će vjerno izvijestiti o broju koji miješa oba učinka.

Ostatak lanca: od podataka o valnim duljinama do gotovog mjerenja

Ispitivač rijetko radi sam. Njegov zapis valne duljine i dalje se mora sinkronizirati sa svim ostalim u testu, ubrzanjem, silom, pritiskom, pomakom i brzinom vrtnje, a zatim analizirati. To je dio lanca na kojem provodimo svoje radne dane u Yangzhou Zhenzhong Testing Technology.

S električne strane, dinamički analizator signala upravlja simultanim uzorkovanjem preko mnogih kanala, s ulaznim kondicioniranjem koje je potrebno različitim senzorima. Naši USB, 100 Mbps mrežni i gigabitni mrežni instrumenti pokrivaju jednokanalni prijenosni rad do 32-kanalne sinkrone akvizicije, što obično zahtijeva velika struktura ili modalno istraživanje s više točaka. Ako želite jasniju sliku o tome gdje se takva kutija nalazi u odnosu na konvencionalni instrument, naša bilješka o kako se dinamički analizator signala razlikuje od tradicionalnog instrumenta dobra je polazna točka.

ZT-U8204C četverokanalni dinamički analizator signala Njegova četiri kanala, 24-bitna konverzija i ulazi napona/IEPE/naboja odgovaraju modalnim mjerenjima, mjerenjima grešaka strojeva, buke i prijelaznih pojava s izravnom vezom senzora. Pogledajte proizvod →

Senzorski sloj je jednako bitan, jer čisto optičko očitanje upareno s bučnim akcelerometrom još uvijek daje upitne rezultate. Akcelerometri naboja i IEPE, mikro triaksijalne jedinice, pretvarači sile i tlaka i akustični mikrofoni odabrani su tako da odgovaraju frekvencijskom rasponu i amplitudi fenomena koji se ispituje, a ne obrnuto.

Kategorija IEPE akcelerometra iz Yangzhou Zhenzhong testiranja Ova kategorija predstavlja asortiman IEPE akcelerometara tvrtke Zhenzhong Testing uz popise punjenja i mikro triaksijalnih akcelerometara, iako trenutno nisu prikazani pojedinačni modeli. Pogledajte proizvod →

Na kraju, tu je i kalibracija. Mjerni lanac je dobar onoliko koliko je dobra referenca na njegovom kraju, a to vrijedi i za optičke i za električne kanale. Provjere senzora i kanala koje se mogu provjeriti na terenu održavaju brojeve usporedivim između kampanja, između laboratorija i između godina.

Kategorija prijenosnih kalibratora vibracija tvrtke Zhenzhong Testing Ova kategorija ističe Zhenzhong Testing ponudu prijenosnih kalibratora vibracija, navodeći pet proizvoda za korisnike koji provjeravaju reference lanca mjerenja, iako pojedinačni modeli i specifikacije nisu prikazani. Pogledajte proizvod →

Kada se ti dijelovi dizajniraju zajedno, a ne sastavljaju jedan po jedan, posao integracije naglo opada. To je razlog našeg rješenja za ispitivanje vibracija i dinamike , koji kombiniraju softver za pobuđivanje, senzore, akviziciju, analizu i uslugu u jedan odgovoran sustav.

Popis za praktičan odabir

1. Zapišite fizičke veličine koje morate mjeriti, njihove očekivane raspone i najbržu promjenu koju morate riješiti.
2. Prebrojite osjetne točke i odlučite kako će biti raspoređene po vlaknima i kanalima.
3. Odaberite metodu ispitivanja koja odgovara tom broju i toj brzini, a zatim potvrdite optički proračun za duljinu kabela.
4. Provjerite kako će instrument biti sinkroniziran s vašim drugim kanalima, bilo pomoću okidača, zajedničkog sata ili strujanja s vremenskom oznakom.
5. Zatražite specifikaciju stabilnosti tijekom sati ili dana, a ne samo brojku rezolucije u jednom trenutku.
6. Potvrdite put kalibracije i verifikacije, uključujući tko to izvodi i koju potvrdu dobivate.
7. Testirajte softver s vlastitim podacima prije nego što se obvežete, posebice tijek rada izvoza i analize u kojem će vaš tim živjeti.

Pitanja koja najčešće čujemo

Može li jedan ispitivač podnijeti naprezanje i temperaturu u isto vrijeme?

Da, pod uvjetom da je instalacija planirana za to. Uobičajeni pristup je postavljanje rešetke bez naprezanja blizu svake mjerne rešetke, tako da se može oduzeti vrh samo temperature. Obje vrste rešetki nalaze se na istom vlaknu i očitavaju se istim instrumentom.

Koliko senzora može dijeliti jedan kanal?

Ovisi o rasponu valne duljine instrumenta i koliko udaljeni vrhovi moraju biti da bi ostali razdvojivi. Rešetke s različitim središnjim valnim duljinama raspoređene su preko dostupnog spektra, zbog čega su raspon i kapacitet multipleksiranja tako blisko povezani.

Trebam li i dalje konvencionalne akcelerometre ako već imam FBG senzore?

Obično da, za modalni i vibracijski rad. Optičko detektiranje naprezanja opisuje kako se struktura deformira, dok akcelerometri opisuju kako se pomiče. Većina ozbiljnih programa za testiranje bilježi oboje i analizira ih zajedno, pa upravo zbog toga sinkronizacija između optičke i električne strane lanca zaslužuje ranu pozornost.

Fiber Bragg grating ispitivač je elegantan instrument, ali je jedna karika u lancu koji počinje odlukom o ugradnji senzora i završava analiziranim rezultatom koji netko mora potpisati. Projekti koji idu glatko su oni kod kojih su domet, brzina, broj kanala, kabliranje i kalibracija razrađeni prije narudžbenice.

Ako sada gradite taj lanac i želite drugo mišljenje o električnoj strani, naš tim rado će razgovarati o broju kanala, vrstama ulaza, stopama uzorkovanja i praksi kalibracije. Pošaljite nam svoj plan mjerenja i mi ćemo vam iskreno reći gdje vam odgovara optičko rješenje, a gdje će vam bolje poslužiti konvencionalno.