מהו חיישן סיבים אופטיים? חישת סיבים אופטיים מבוזרת וחישת סורגים

מהי חישה של סיבים אופטיים?

טכנולוגיית חישה של סיבים אופטיים אוספת נתוני מתח וטמפרטורה הקשורים למבנה כדי לאמת את המבנה ואת המודל התרמי, להבטיח שלמות מבנית, ולשפר את היעילות התפעולית.
חישת סיבים אופטיים וטכנולוגיה מסורתית

מדי מאמץ וזוגות תרמיים הם כבר מזמן הסטנדרטים למדידת מאמץ וטמפרטורה בתהליך הבדיקה. למרות שטכנולוגיות אלה קיימות כבר עשרות שנים, הם לא תמיד מסוגלים לבדוק ולפקח ביעילות על החידושים של היום. המגבלות של טכנולוגיות מדור קודם אינן קשורות לדיוק, אלא בעיקר לרמת התובנה שמספקים הנתונים. מדי מאמץ וזוגות תרמיים מספקים רק נקודות מידע, בעוד סוגים מסוימים של חיישני סיבים אופטיים יכולים לספק נתונים רציפים מרחבית לכל אורך הסיב האופטי. לכן, מהנדסים יכולים למדוד את שדה המאמץ ואת פיזור הטמפרטורה על המבנה כדי להבין טוב יותר את ההתנהגות של רכיבים בתנאים שונים. חיישני נקודה מאפשרים למהנדסים לנטר רק נקודות מפתח, בזמן ההפצה (נתונים רציפים מרחביים) חיישנים יכולים למדוד נקודות מפתח ומה קורה ביניהן. תובנה זו היא בעלת ערך רב בעת תכנון חומרים מרוכבים חדשים. בנוסף, ניתן להטמיע חיישני סיבים אופטיים בחומרים כדי להבין טוב יותר את ההתנהגות הפנימית של רכיבים ומבנים מרוכבים.

יסודות חישת סיבים אופטיים

טכנולוגיית חישה סיב אופטי הטבועה, שבו כבל הסיב האופטי עצמו הוא חיישן. בחלוקת חיישנים פנימיים, בדרך כלל יש שלושה דורות של טכנולוגיות: סיב נקודתי סורג בראג (פ.ב.ג.) חיישנים מבוססי, פיזור, ו-FBG רציף מרחבית. טכנולוגיית פיזור מאמצת מדידה מבוזרת במלואה, בעוד טכנולוגיית FBG יכולה להיות מספר קטן של נקודות חישה או הפצה מלאה, תלוי איך המערכת מפרשת את האות מרכיבי החישה.

FBG פועלת כמראה זעירה ומיוצרת לתוך ליבת הסיבים האופטיים. כאשר האור מתפשט לאורך הסיב האופטי, כל סורג מחזיר חלק מהאות בחזרה למערכת. המערכת מזהה את השינויים באות ההחזרה ומפרשת מידע זה כדי לספק מדידות מתח וטמפרטורה מדויקות. לרוב המערכות מבוססות FBG יש כמה נקודות חישה לאורך כל סיב. למרות שפונקציית ריבוב זו היא התקדמות משמעותית בטכנולוגיה המסורתית, הוא עדיין אינו יכול לספק את צפיפות החיישנים הנדרשת לניטור בין אזורים קריטיים. כמה יתרונות של חיישני FBG נקודתיים כוללים דיוק, היכולת לבצע בדיקות דינמיות, ורכישת נתונים במהירות גבוהה.

טכנולוגיית פיזור אינה משתמשת כלל ב- FBG, אך מסתמך על פגמים בכבלים אופטיים כדי לקבל קריאות. נכון לעכשיו, שלושה סוגים שונים של טכניקות פיזור משמשים במערכות חישה, כל אחד עם פונקציות שונות. באופן כללי, scattering based fiber optic sensing systems benefit from distributed data and long sensing lengths. עם זאת, יש להם נאמנות נתונים נמוכה, קצב איסוף נתונים איטי מאוד בסדר גודל של מספר דקות, והם רגישים למגבלות רטט בעת ביצוע פעולות סטטיות.

חיישן טמפרטורה בסיב אופטי, מערכת ניטור חכמה, יצרנית סיבים אופטיים מבוזרת בסין