Fiber Bragg Grating Interrogator: Kuinka FBG Sensing toimii todellisissa testiasennuksissa

Jos olet koskaan nähnyt venymälukeman poikkeavaa kuuden tunnin testauksen jälkeen tai viettänyt iltapäivän jahtaamalla sähköistä kohinaa siltakotelon läpi, ymmärrät jo, miksi Bragg-hilan tunnistus löysi kodin rakenteellisissa ja teollisissa mittauksissa. Tuon maailman keskellä istuu yksi instrumentti: kuitu-Bragg-hila-kyselylaite. Se lukee ritiloista palaavan valon ja muuttaa sen numeroiksi, joita voit puolustaa raportissa.

Alla käymme läpi, mitä kyselylaite todella mittaa, tärkeimmät tavat, joilla valmistajat toteuttavat mittauksen, mitkä tekniset tiedot päättävät, toimiiko yksikkö testissäsi ja miten optinen etuosa sopii yhteen tiedonkeruu-, tunnistus- ja kalibrointilaitteiston kanssa, joka lopettaa työn. Suurin osa seuraavasta tulee vuosia kestäneistä mittausketjujen rakentamisesta tärinä-, venymä- ja modaalitestauksessa sekä kysymyksistä, joita asiakkaat esittävät meille järjestelmää määritellessään.

Mitä Fiber Bragg -ritilän kuulustelija todellisuudessa mittaa

Kuitu Bragg-hila on lyhyt optinen kuitu, jonka ytimen taitekerroin on kirjoitettu jaksoittaiseen kuvioon. Tämä kuvio heijastaa yhtä kapeaa aallonpituuksien kaistaa takaisin kohti lähdettä, ja tämän kaistan keskipiste, Braggin aallonpituus, asetetaan hilajakson ja ohjatun tilan tehollisen taitekertoimen mukaan. Venytä tai purista kuitua ja jakso muuttuu. Lämmitä tai jäähdytä ja tehollinen indeksi muuttuu. Molemmat efektit siirtävät heijastunutta huippua, ja laajalla työskentelyalueella tämä muutos on hyvin lähes lineaarinen.

Kuulustelijan tehtävänä on seurata tuota muutosta. Se laukaisee valon kuituun, kerää hilasta heijastuneen pienen osan ja määrittää jatkuvasti kunkin heijastushuipun keskiaallonpituuden. Tuloksena on jokaisen linjan anturin aallonpituus-aika-tietue, josta tulee venymä, lämpötila, paine, siirtymä tai kiihtyvyys, kun sopiva herkkyyskerroin on käytössä. Aallonpituudella 1550 nm tyypillinen hila liikkuu noin 1,2 pm per mikrovenymä ja noin 10 pm per celsiusaste, minkä vuoksi resoluutioluvut ilmoitetaan pikometreinä ja joskus pikometrin murto-osina.

Se auttaa myös selvittämään, mitä nämä välineet eivät ole. Kyselylaite mittaa aallonpituutta, ei palauttaa optista tehoa. Tämä yksittäinen suunnittelupäätös selittää suurimman osan tekniikan käytännön eduista: liittimen katoaminen, pitkät kaapelit, lähteen vanheneminen ja taivutushäviöt muuttavat takaisin palaavan valon määrää, eikä mikään niistä muuta aallonpituutta. Siksi FBG-ketjut toimivat iloisesti korkeajännitelaitteiden vieressä, muuntajien sisällä, putkistojen varrella ja tuuliturbiinien siivillä, joissa pitkä kuparijuoksu käyttäytyisi kuin antenni.

Viisi yleistä kuulustelutapaa, verrattuna

Spektrissä on useampi kuin yksi tapa löytää huippu, ja suunnittelijan valitsema menetelmä muotoilee melkein kaiken muun instrumentissa: sen nopeuden, kanavien lukumäärän, sen fyysisen koon ja hinnan. Nämä ovat lähestymistapoja, joita tapaat useimmiten.

Käytännössä päätös rajoittuu yleensä kahteen kysymykseen. Kuinka monta ritilää pitää lukea samanaikaisesti ja kuinka nopeasti ne liikkuvat? Lämpötilan kirjaaminen kerran minuutissa ja millisekunnin transientin sieppaaminen ovat hyvin erilaisia ​​​​ongelmia, ja toisessa erinomainen kyselylaite on harvoin optimaalinen toiselle.

Tekniset tiedot, jotka päättävät, toimiiko yksikkö testissäsi

Tietolomakkeet sisältävät yleensä samoja parametreja. Tärkeää on, mitkä sitovat hakemustasi. Nämä asiat käymme läpi asiakkaiden kanssa ennen kuin järjestelmä kirjataan ulos:

• Aallonpituusalue ja kanavien määrä. 40 nm:n ja 100 nm:n jänneväli kattaa hyvin erilaisia ​​hilamääriä, varsinkin kun jotkut on esijännitetty erottamaan piikit.
• Resoluutio vs. tarkkuus. Resoluutio on pienin muutos, jonka instrumentti voi nähdä. Tarkkuus on kuinka lähellä absoluuttinen lukema on todellista aallonpituutta. Pitkäaikainen vakaus ja toistettavuus ovat yleensä tärkeämpiä kuin kumpikaan.
• Absoluuttinen tai suhteellinen mittaus. Jotkut työt tarvitsevat vain muutoksia ajan myötä; muut työt, kuten lämpötilan kompensointi tai muodon tunnistaminen, tarvitsevat luotettavan ehdottoman referenssin.
• Näyte tai skannausnopeus. Staattinen seuranta, väsymyspyöräily ja törmäystapahtumat ovat kolmen suuruusluokan päässä toisistaan. Yhdistä instrumentti nopeimpaan ilmiöön, joka sinun on tallennettava, ei keskiarvoon.
• Multipleksointikapasiteetti kanavaa kohti. Tämä määrittää, kuinka monta anturia yksi kuitu voi kuljettaa ja kuinka paljon kaapelointia ja kuinka monta liitintä asennuksesi tarvitsee.
• Dynaaminen alue ja ylikuuluminen. Kun voimakkaasti kuormitettu ritilä asettuu samalla kuidulla kevyesti kuormitetun ritilän viereen, vahvojen naapureiden ei pidä vetää heikkoja piikkejä ympäriinsä.
• Optinen budjetti ja liittimet. Yksimuotokuitutyyppi, pinnoite, FC/APC-liitännät ja jatkosten laatu kuluttavat budjettia ennen kuin signaali koskaan saavuttaa ilmaisimen.
• Ympäristöluokitus. Telineessä olevalla laboratorioyksiköllä ja siltakannella olevalla kenttäyksiköllä on erilaiset vaatimukset lämpötila-alueelle, tärinän sietokyvylle ja tunkeutumissuojalle.
• Ohjelmistot, rajapinnat ja synkronointi. Trigger-tulot, jaetut kellot, suoratoistosovellusliittymät ja vientimuodot päättävät, kuinka helposti kyselylaite liittyy muuhun mittausjärjestelmääsi.
• Kalibrointi ja jäljitettävyys. Aallonpituusviitteet ajautuvat. Kysy, kuinka instrumentti varmistetaan, kuinka usein ja mitä asiakirjoja sen mukana tulee.

Kuinka paljon nopeutta sovelluksesi todella tarvitsee?

Alla oleva kaavio on havainnollistava suhteellista kysyntää pikemminkin kuin spesifikaatio, mutta se kuvaa hintaeroa, joka muokkaa tämän alan jokaista ostopäätöstä.

Oppitunti on yksinkertainen: osta nopeus missä sitä tarvitset ja vakautta kaikkialla muualla. Hitaampi, hiljaisempi instrumentti, jolla on hyvä aallonpituusreferenssi, päihittää usein nopeamman pitkäkestoisessa seurannassa, jossa viikkojen ajautuminen on todellinen vihollinen.

Missä Fiber Bragg Grating Sensing ansaitsee säilyvyyden

Tekniikka valitaan, kun perinteinen sähköinen anturi osuu seinään. Joitakin malleja näemme yhä uudelleen:

• Rakenteellisen terveydentilan seuranta. Sillat, padot, tunnelit, paalut ja putkituet, joissa kymmenet jännitys- ja lämpötilapisteet jakavat yhden kuidun ja yhden kyselylaitteen.
• Energiaa ja voimaa. Muuntajakäämit, generaattorin staattorit, korkeajänniteympäristöt ja turbiinien siivet, joissa sähkömagneettinen häiriönsieto poistaa koko luokan meluongelmia.
• Ilmailu ja komposiitit. Ritilät upotettu suoraan laminaatteihin valmistuksen aikana, säilyvät siellä, missä pintasidostut mittarit eivät kestäisi.
• Rautatie ja kuljetus. Säälle, tärinälle ja sähköisille häiriöille alttiina olevien kiskojen, ratapölkkyjen ja ajoneuvorakenteiden pitkäaikainen valvonta.
• Teollisuuden koneet ja prosessilaitos. Kuumat, märät tai kemiallisesti aggressiiviset paikat, joissa passiivinen lasianturi kestää kauemmin kuin foliomittari ja sen johtojohdot.

Yksi käytännön varoitus on syytä mainita selkeästi: paljas ritilä reagoi rasitukseen ja lämpötilaan samanaikaisesti. Ellei sovellus erota näitä kahta, yhdistämällä venymätön vertailuhila kuhunkin mittausritilään tai karakterisoimalla lämpövastetta, kyselylaite raportoi uskollisesti numeron, joka sekoittaa molemmat vaikutukset.

Ketjun loppu: aallonpituustiedoista valmiiksi mittaukseksi

Kuulustelija työskentelee harvoin yksin. Sen aallonpituusennätys on vielä synkronoitava kaiken muun testin, kiihtyvyyden, voiman, paineen, siirtymän ja pyörimisnopeuden kanssa, ja sitten analysoitava. Se on se osa ketjua, jolla vietämme työpäivämme Yangzhou Zhenzhong Testing Technologyssa.

Sähköpuolella dynaaminen signaalianalysaattori käsittelee samanaikaista näytteenottoa useissa kanavissa eri antureiden tarvitseman tulon ehdoinnolla. USB-, 100 Mbps-verkko- ja gigabit-verkkoinstrumenttimme kattavat yksikanavaisen kannettavan työskentelyn aina 32-kanavaiseen synkroniseen hankintaan, mitä suuri rakenne tai monipisteinen modaalikartoitus yleensä vaatii. Jos haluat selkeämmän kuvan siitä, missä tällainen laatikko sijaitsee verrattuna tavanomaiseen soittimeen, huomiomme aiheesta miten dynaaminen signaalianalysaattori eroaa perinteisestä instrumentista on hyvä lähtökohta.

ZT-U8204C Nelikanavainen dynaaminen signaalianalysaattori Sen neljä kanavaa, 24-bittinen muunnos ja jännite/IEPE/lataustulot sopivat modaali-, konevikojen, melun ja transienttimittauksiin suoralla anturiliitännällä. Näytä tuote →

Anturikerroksella on yhtä paljon merkitystä, sillä puhdas optinen lukema yhdistettynä kohinaiseen kiihtyvyysanturiin tuottaa silti kyseenalaisen tuloksen. Lataus- ja IEPE-kiihtyvyysmittarit, mikrotriaksiaaliset yksiköt, voima- ja paineanturit sekä akustiset mikrofonit on valittu vastaamaan testattavan ilmiön taajuusaluetta ja amplitudia, ei päinvastoin.

IEPE-kiihtyvyysmittariluokka Yangzhou Zhenzhong Testingistä Tämä kategoria esittelee Zhenzhong Testingin IEPE-kiihtyvyysantureiden valikoiman lataus- ja mikrotriaksiaalikiihtyvyysantureiden luetteloiden ohella, vaikka yksittäisiä malleja ei tällä hetkellä näytetä. Näytä tuote →

Lopuksi on kalibrointi. Mittausketju on vain niin hyvä kuin sen lopussa oleva referenssi, ja tämä pätee niin optisiin kuin sähköisiin kanaviin. Kenttävarmennettavat anturi- ja kanavatarkistukset pitävät luvut vertailukelpoisina kampanjoiden, laboratorioiden ja vuosien välillä.

Kannettava tärinäkalibraattori luokka Zhenzhong Testingiltä Tämä luokka korostaa Zhenzhong Testingin kannettavien tärinäkalibraattorien tarjontaa ja listaa viisi tuotetta käyttäjille, jotka tarkistavat mittausketjujen viittauksia, vaikka yksittäisiä malleja ja teknisiä tietoja ei näytetä. Näytä tuote →

Kun nämä osat suunnitellaan yhdessä sen sijaan, että kootaan yksi osto kerrallaan, integrointityö laskee jyrkästi. Tämä on meidän perustelumme tärinä- ja dynaamiset testausratkaisut , jotka yhdistävät heräte-, tunnistus-, hankinta-, analyysiohjelmistot ja palvelun yhdeksi vastuulliseksi järjestelmäksi.

Käytännön valinnan tarkistuslista

1. Kirjoita muistiin fyysiset suureet, jotka sinun on mitattava, niiden odotetut vaihteluvälit ja nopein muutos, joka sinun on ratkaistava.
2. Laske tunnistuspisteet ja päätä, kuinka ne jakautuvat kuitujen ja kanavien kesken.
3. Valitse kyselymenetelmä, joka sopii tähän määrään ja nopeuteen, ja vahvista sitten optinen budjetti kaapelien pituuksille.
4. Tarkista, kuinka instrumentti synkronoidaan muiden kanavien kanssa, joko liipaisimen, jaetun kellon tai aikaleimatun suoratoiston avulla.
5. Pyydä vakausmäärittelyä tunneille tai päiville, ei vain yksittäisen hetken resoluutiolukua.
6. Vahvista kalibrointi- ja vahvistuspolku, mukaan lukien kuka sen suorittaa ja minkä varmenteen saat.
7. Testaa ohjelmistoa omilla tiedoillasi ennen sitoutumista, erityisesti vienti- ja analysointityönkulkua, jossa tiimisi elää.

Kysymyksiä, joita kuulemme useimmiten

Pystyykö yksi kuulustelija käsittelemään rasitusta ja lämpötilaa samanaikaisesti?

Kyllä, jos asennus on suunniteltu sitä varten. Yleinen lähestymistapa on sijoittaa jännityksetön ritilä jokaisen mittaritilan lähelle, jolloin vain lämpötilahuippu voidaan vähentää. Molemmat ritilät sijaitsevat samalla kuidulla ja ne luetaan samalla instrumentilla.

Kuinka monta anturia voi jakaa yhden kanavan?

Se riippuu instrumentin aallonpituusalueesta ja siitä, kuinka kaukana toisistaan ​​huippujen on oltava, jotta ne pysyvät erotettavissa. Eri keskiaallonpituuksilla olevat hilat ovat jakautuneet käytettävissä olevalle spektrille, minkä vuoksi kantama ja multipleksointikapasiteetti ovat sidoksissa toisiinsa niin tiiviisti.

Tarvitsenko edelleen tavanomaisia ​​kiihtyvyysantureita, jos minulla on jo FBG-anturit?

Yleensä kyllä, modaali- ja tärinätöihin. Optinen venymän tunnistus kuvaa rakenteen muodonmuutosta, kun taas kiihtyvyysmittarit kuvaavat sen liikkumista. Vakavammat testiohjelmat tallentavat molemmat ja analysoivat niitä yhdessä, minkä vuoksi ketjun optisen ja sähköisen puolen välinen synkronointi ansaitsee huomion varhaisessa vaiheessa.

Kuitu-Bragg-hila-kyselylaite on tyylikäs instrumentti, mutta se on yksi lenkki ketjussa, joka alkaa anturin asennuspäätöksestä ja päättyy analysoituun tulokseen, jonka jonkun on allekirjoitettava. Sujuvat projektit, joissa kantama, nopeus, kanavien määrä, kaapelointi ja kalibrointi on kaikki selvitetty ennen ostotilausta.

Jos rakennat tätä ketjua nyt ja haluat toisen mielipiteen sähköpuolelta, tiimimme keskustelee mielellään kanavien määrästä, tulotyypeistä, näytteenottotaajuuksista ja kalibrointikäytännöistä. Lähetä meille mittaussuunnitelmasi, niin kerromme sinulle rehellisesti, mihin optinen ratkaisu sopii ja missä tavanomainen ratkaisu palvelee sinua paremmin.