Fiber Bragg rácsos lekérdező: Hogyan működik az FBG-érzékelés valódi tesztbeállításokban

Ha valaha is megfigyelte a feszültségleolvasás eltolódását hat órányi tesztelés után, vagy egy délutánt elektromos zaj kergetésével töltött egy híddobozban, akkor már megérti, miért talált otthonra a Bragg-szálas rács érzékelése a szerkezeti és ipari mérésekben. Ennek a világnak a közepén egy hangszer ül: a szálas Bragg rácsos kérdező. Beolvassa a rácsokról visszaérkező fényt, és számokká alakítja, amelyeket megvédhet egy jelentésben.

Az alábbiakban bemutatjuk, hogy mit mér a lekérdező, a gyártók a mérés főbb módjait, a specifikációkat, amelyek eldöntik, hogy egy egység működni fog-e a tesztben, és hogyan illeszkedik az optikai előlap a munkát befejező adatgyűjtő, érzékelő és kalibráló berendezéssel. Az alábbiak nagy része a rezgés-, alakváltozás- és modális vizsgálati láncok éveken át tartó építéséből, valamint az ügyfelek által feltett kérdésekből fakad, miközben egy rendszert specifikálnak.

A Fiber Bragg rácsos kihallgató valójában mit mér

A szálas Bragg-rács egy rövid optikai szál, amelynek magtörésmutatója periodikus mintázattal van felírva. Ez a minta egy keskeny hullámhossz-sávot tükröz vissza a forrás felé, és ennek a sávnak a középpontját, a Bragg-hullámhosszt a rácsperiódus és az irányított mód effektív törésmutatója határozza meg. Nyújtsa vagy tömörítse a szálat, és az időszak megváltozik. Melegítse fel vagy hűtse le, és az effektív index megváltozik. Mindkét hatás eltolja a visszavert csúcsot, és széles munkatartományban ez az eltolódás nagyon közel lineáris.

A kihallgató feladata, hogy nyomon kövesse ezt a műszakot. Fényt indít a szálba, összegyűjti a rácsokról visszavert kis részt, és folyamatosan meghatározza az egyes reflexiós csúcsok középső hullámhosszát. Az eredmény egy hullámhossz-idő-rekord a vonal minden érzékelőjénél, amely a megfelelő érzékenységi együttható alkalmazása után alakváltozás, hőmérséklet, nyomás, elmozdulás vagy gyorsulás lesz. 1550 nm-en egy tipikus rács mikrofeszültségenként körülbelül 1,2 pm-rel, Celsius-fokonként pedig nagyjából 10 pm-rel mozog, ezért a felbontási adatokat pikométerben és néha a pikométer töredékeiben adják meg.

Az is segít tisztázni, hogy melyek ezek az eszközök. A lekérdező készülék a hullámhosszt méri, nem a visszaadott optikai teljesítményt. Ez az egyetlen tervezési döntés megmagyarázza a technológia legtöbb gyakorlati előnyeit: a csatlakozók elvesztése, a hosszú kábelfutások, a forrás öregedése és a hajlítási veszteségek mind megváltoztatják a visszaérkező fény mennyiségét, és egyik sem változtatja meg a hullámhosszt. Ez az oka annak is, hogy az FBG láncok boldogan működnek a nagyfeszültségű berendezések mellett, transzformátorok belsejében, csővezetékek mentén és szélturbinák lapátjain, ahol egy hosszú rézjárat antennaként viselkedne.

Öt gyakori kihallgatási megközelítés, összehasonlítás

Egynél több módszer létezik a spektrum csúcsának megtalálására, és a tervező által választott módszer szinte mindent megváltoztat a hangszerrel kapcsolatban: sebességét, csatornaszámát, fizikai méretét és költségét. Ezekkel a megközelítésekkel találkozhatsz leggyakrabban.

A gyakorlatban a döntés általában két kérdésre szűkül. Hány rácsot kell egyszerre olvasni, és milyen gyorsan mozognak? A hőmérséklet percenkénti egyszeri naplózása és az ezredmásodperces tranziens rögzítése nagyon különböző probléma, és az egyikben kiváló lekérdező ritkán optimális a másik számára.

Specifikációk, amelyek eldöntik, hogy egy egység működik-e a tesztben

Az adatlapokon általában ugyanaz a tucat paraméter szerepel. Az számít, hogy melyek kötik a jelentkezését. A következő pontokon megyünk keresztül az ügyfelekkel a rendszer kijelentkezése előtt:

• Hullámhossz-tartomány és csatornaszám. A 40 nm-es és a 100 nm-es fesztávolság nagyon különböző számú rácsot fed le, különösen akkor, ha néhányat előre megfeszítenek, hogy elválasszák a csúcsukat.
• Felbontás kontra pontosság. A felbontás a legkisebb változás, amit a műszer láthat. A pontosság az, hogy az abszolút leolvasás milyen közel van a valódi hullámhosszhoz. A hosszú távú stabilitás és megismételhetőség általában fontosabb, mint bármelyik.
• Abszolút vagy relatív mérés. Egyes munkákat csak idővel kell változtatni; más munkákhoz, mint például a hőmérséklet-kompenzáció vagy az alakérzékelés, megbízható, abszolút referencia szükséges.
• Mintavételi vagy szkennelési sebesség. A statikus megfigyelés, a fáradtság és az ütközési események három nagyságrenddel különböznek egymástól. Párosítsa a műszert a leggyorsabb jelenséghez, amelyet meg kell ragadnia, ne az átlaghoz.
• Csatornánkénti multiplexelési kapacitás. Ez határozza meg, hogy egy optikai szál hány érzékelőt hordozhat, és ezáltal mennyi kábelezést és csatlakozót igényel a telepítés.
• Dinamikus tartomány és áthallás. Ha egy erősen terhelt rács egy enyhén terhelt rács mellett helyezkedik el ugyanazon a szálon, akkor a gyenge csúcsokat az erős szomszédok nem húzhatják meg.
• Optikai költségvetés és csatlakozók. Az egymódusú száltípus, a bevonat, az FC/APC végződések és az illesztési minőség mind-mind felemészti a költségvetést, mielőtt a jel elérné az érzékelőt.
• Környezetvédelmi minősítés. A rackben elhelyezett laboratóriumi egységnek és a hídfedélzeten lévő terepi egységnek különböző követelmények vonatkoznak a hőmérséklet-tartományra, a rezgéstűrésre és a behatolás elleni védelemre.
• Szoftverek, interfészek és szinkronizálás. A trigger bemenetek, a megosztott órák, a streaming API-k és az exportformátumok határozzák meg, hogy a lekérdező milyen könnyen csatlakozik a mérési rendszer többi részéhez.
• Kalibrálás és nyomon követhetőség. A hullámhossz-referenciák eltolódnak. Kérdezze meg, hogyan történik a műszer ellenőrzése, milyen gyakran, és milyen dokumentációt adnak hozzá.

Valójában mekkora sebességre van szüksége az alkalmazásának?

Az alábbi diagram a relatív keresletet szemlélteti, nem pedig specifikációt, de azt a szórást mutatja, amely ezen a területen minden vásárlási döntést befolyásol.

A lecke egyszerű: vásároljon sebességet ott, ahol szüksége van rá, és stabilitást mindenhol máshol. A lassabb, halkabb, jó hullámhossz-referenciával rendelkező műszer gyakran felülmúlja a gyorsabbat a hosszú távú monitorozásban, ahol a hetekig tartó sodródás az igazi ellenség.

Ahol a Fiber Bragg rácsérzékelés kiérdemli

A technológiát akkor választják, amikor a hagyományos elektromos érzékelés falba fut. Néhány mintát újra és újra látunk:

• Szerkezeti állapotfigyelés. Hidak, gátak, alagutak, cölöpök és csővezetéktartók, ahol több tucat nyúlási és hőmérsékleti pont osztozik egy szálon és egy lekérdezőn.
• Energia és hatalom. Transzformátortekercsek, generátor állórészek, nagyfeszültségű környezetek és turbinalapátok, ahol az elektromágneses védelem a zajproblémák egész osztályát megszünteti.
• Repülés és kompozitok. A gyártás során közvetlenül a laminátumba ágyazott rácsok ott maradnak fenn, ahol a felületre ragasztott mérőeszközök nem.
• Vasút és szállítás. Időjárásnak, vibrációnak és elektromos interferenciának kitett sínek, talpfák és járműszerkezetek hosszú távú felügyelete.
• Ipari gépek és feldolgozó üzemek. Forró, nedves vagy kémiailag agresszív helyek, ahol a passzív üvegérzékelő túléli a fóliamérőt és annak vezetékeit.

Egy praktikus figyelmeztetést érdemes egyértelműen leszögezni: a csupasz rács egyszerre reagál a terhelésre és a hőmérsékletre. Hacsak az alkalmazás nem választja el a kettőt, úgy, hogy minden egyes mérőrácshoz feszültségmentes referenciarácsot párosít, vagy a hőreakciót jellemzi, a lekérdező hűen közöl egy olyan számot, amely mindkét hatást keveri.

A lánc többi része: a hullámhossz adatoktól a kész mérésig

Egy kihallgató ritkán dolgozik egyedül. Hullámhossz-rekordját még szinkronizálni kell a teszt minden másával, a gyorsulással, az erővel, a nyomással, az elmozdulással és a forgási sebességgel, majd elemezni kell. A láncnak ezen a részen töltjük a munkanapjainkat a Yangzhou Zhenzhong Testing Technology-nál.

Az elektromos oldalon egy dinamikus jelanalizátor kezeli az egyidejű mintavételezést több csatornán keresztül, a különböző érzékelőknek szükséges bemeneti kondicionálással. USB-s, 100 Mbps-os hálózati és gigabites hálózati műszereink az egycsatornás hordozható munkavégzést lefedik 32 csatornás szinkron adatgyűjtésig, amit általában megkövetel egy nagy struktúra vagy egy többpontos modális felmérés. Ha tisztább képet szeretne kapni arról, hogy hol helyezkedik el egy ilyen doboz egy hagyományos hangszerhez képest, olvassa el megjegyzésünket miben különbözik a dinamikus jelelemző a hagyományos műszertől jó kiindulópont.

ZT-U8204C négycsatornás dinamikus jelanalizátor Négy csatornája, 24 bites konverziója és feszültség/IEPE/töltés bemenetei alkalmasak a modális, gépi hiba, zaj és tranziens mérésekre közvetlen érzékelőcsatlakozással. Termék megtekintése →

Az érzékelő réteg ugyanilyen fontos, mert a tiszta optikai leolvasás zajos gyorsulásmérővel párosítva még mindig megkérdőjelezhető eredményt ad. A töltési és IEPE gyorsulásmérőket, a mikro triaxiális egységeket, az erő- és nyomásátalakítókat, valamint az akusztikus mikrofonokat úgy választják ki, hogy illeszkedjenek a vizsgált jelenség frekvenciatartományához és amplitúdójához, nem pedig fordítva.

IEPE gyorsulásmérő kategória a Yangzhou Zhenzhong teszteléstől Ez a kategória bemutatja a Zhenzhong Testing IEPE gyorsulásmérő termékcsaládját, valamint a töltési és mikro-triaxiális gyorsulásmérők listáját, bár jelenleg egyetlen modell sem látható. Termék megtekintése →

Végül van kalibrálás. A mérési lánc csak annyira jó, mint a végén lévő referencia, és ez igaz az optikai és elektromos csatornákra egyaránt. A helyszínen ellenőrizhető szenzor- és csatornaellenőrzések révén a számok összehasonlíthatók a kampányok, a laboratóriumok és az évek között.

Hordozható vibrációs kalibrátor kategória a Zhenzhong Testingtől Ez a kategória kiemeli a Zhenzhong Testing hordozható vibrációs kalibrátor kínálatát, öt terméket sorolva a mérési lánc referenciáit ellenőrző felhasználók számára, bár az egyes modellek és specifikációk nem jelennek meg. Termék megtekintése →

Ha ezeket a darabokat egy-egy vásárlás helyett együtt tervezik, és nem szerelik össze, az integrációs munka meredeken csökken. Ez az érvelésünk mögött vibrációs és dinamikus tesztelési megoldások , amelyek a gerjesztési, érzékelési, beszerzési, elemző szoftvert és szolgáltatást egyetlen elszámolható rendszerben egyesítik.

Gyakorlati kiválasztási ellenőrzőlista

1. Írja le a mérendő fizikai mennyiségeket, azok várható tartományait és a leggyorsabb változást, amelyet meg kell oldania.
2. Számolja meg az érzékelési pontokat, és döntse el, hogyan oszlik el a szálak és csatornák között.
3. Válassza ki az adott számnak és sebességnek megfelelő lekérdezési módszert, majd erősítse meg a kábelhosszúság optikai költségkeretét.
4. Ellenőrizze, hogy a hangszer hogyan lesz szinkronizálva a többi csatornával, akár trigger, akár megosztott óra, akár időbélyegzett adatfolyam útján.
5. Kérjen órákra vagy napokra vonatkozó stabilitási specifikációt, ne csak egy adott pillanat felbontását.
6. Erősítse meg a kalibrálási és ellenőrzési útvonalat, beleértve azt is, hogy ki végzi el, és milyen tanúsítványt kapott.
7. Elköteleződés előtt tesztelje a szoftvert saját adataival, különösen az exportálási és elemzési munkafolyamattal, amelyben a csapata élni fog.

Kérdések, amelyeket leggyakrabban hallunk

Egy kérdező képes kezelni a feszültséget és a hőmérsékletet egyszerre?

Igen, feltéve, hogy a telepítést erre tervezték. Elterjedt megközelítés, hogy minden mérőrács mellé húzódásmentes rácsot helyeznek el, így a csak hőmérsékleti csúcsot le lehet vonni. Mindkét típusú rács ugyanazon a szálon található, és ugyanaz a műszer olvassa le őket.

Hány érzékelő oszthat meg egy csatornát?

Ez függ a műszer hullámhossz-tartományától és attól, hogy a csúcsoknak milyen távolságra kell lenniük egymástól, hogy elkülöníthetők maradjanak. A különböző középső hullámhosszú rácsok eloszlanak a rendelkezésre álló spektrumban, ezért a tartomány és a multiplexelési kapacitás olyan szorosan összekapcsolódik.

Szükségem van még hagyományos gyorsulásmérőkre, ha már vannak FBG érzékelőim?

Általában igen, modális és vibrációs munkákhoz. Az optikai deformáció érzékelés azt írja le, hogyan deformálódik a szerkezet, míg a gyorsulásmérők azt írják le, hogyan mozog. A legtöbb komoly tesztprogram mindkettőt rögzíti és együtt elemzi, éppen ezért érdemes korán figyelmet fordítani a lánc optikai és elektromos oldala közötti szinkronizálásra.

A szálas Bragg rácsos lekérdező készülék elegáns műszer, de egy láncszem, amely az érzékelő telepítési döntésével kezdődik, és egy elemzett eredménnyel végződik, amelyet valakinek alá kell írnia. Azok a projektek mennek zökkenőmentesen, ahol a hatótávolságot, a sebességet, a csatornaszámot, a kábelezést és a kalibrálást már a vásárlás előtt kidolgozták.

Ha most építi ezt a láncot, és szeretne egy második véleményt az elektromos oldalról, csapatunk szívesen beszél a csatornák számáról, a bemeneti típusokról, a mintavételi gyakoriságokról és a kalibrálási gyakorlatról. Küldje el nekünk mérési tervét, és mi őszintén megmondjuk, hol illik az optikai megoldás, és hol szolgálhat jobban a hagyományos megoldás.