فناوری سنجش فیبر براگ (FBG) یک پیشرفت بزرگ در زمینه سنجش مدرن است. اصل اساسی آن از ویژگی FBG برای انعکاس یک طول موج خاص (طول موج براگ) استفاده می کند. هنگامی که پارامترهای فیزیکی خارجی (مانند کرنش یا دما) تغییر می کنند، طول موج منعکس شده آن دچار یک تغییر خطی می شود. اندازهگیری دقیق-با تشخیص این فاصلهموج به دست میآید. در این سیستم اندازه گیری پیچیده، انتخاب منبع نور بسیار مهم است وانتشار خود به خودی تقویتشده (ASE)منبع نور این نقش کلیدی را ایفا می کند.
I. منبع نور ASE: ویژگی ها و مزایا
منبع نور ASE منبع پهنای باندی است که از فیبر نادر خاکی{{1} دوپ شده (مثلاً اربیوم-فیبر دوپ شده) به عنوان واسطه استفاده میکند. اصل کار آن به شرح زیر است: تحت تحریک لیزر پمپ، ذرات در فیبر دوپ شده تحت انتقال سطح انرژی قرار می گیرند و نور گسیلی خود به خودی با طیف وسیع- تولید می کنند. این نور با عبور از محیط بهره تقویت می شود و در نهایت یک نور غیر منسجم با محدوده طیفی وسیع و توان خروجی بالا تولید می کند.
در مقایسه با سایر منابع نور مانند دیودهای ساطع نور (LED) یا دیودهای لیزری (LDs)، منابع نوری ASE مزایای منحصر به فردی را در سنجش FBG نشان می دهند:
طیف پهنای باند:عرض طیفی معمولی یک منبع ASE می تواند به 30{3}}50 نانومتر یا حتی بیشتر برسد. این مشخصه پایه محکمی برای فناوری مالتیپلکسی تقسیم طول موج (WDM) فراهم میکند و به چندین FBG با طولموجهای مرکزی مختلف اجازه میدهد به صورت سری روی یک فیبر نوری متصل شوند. این اندازهگیری همزمان چند نقطهای در مقیاس بزرگ را با استفاده از تنها یک منبع نور و یک سیستم دمدولاسیون امکانپذیر میکند و هزینه و پیچیدگی سیستم را به طور قابل توجهی کاهش میدهد.
توان خروجی بالا:منابع نوری ASE می توانند توان خروجی بالایی در حدود ده ها میلی وات ارائه دهند. این برای جبران تلفات انتقال در مسیر نوری و بهبود نسبت سیگنال به-نویز (SNR) بسیار مهم است. به خصوص در سناریوهایی که شبکه حسگر بزرگ است، تعداد FBG ها زیاد است، و فاصله انتقال طولانی است، قدرت بالا تضمین می کند که سیگنال بازتاب شده از هر FBG به اندازه کافی قوی است که به وضوح توسط بازپرس ضبط شود، در نتیجه قابلیت اطمینان و دقت اندازه گیری را تضمین می کند.
شکل طیفی صاف:در پهنای باند مؤثر خود، یک منبع نوری ASE دارای مشخصات طیفی نسبتاً صافی است. این امر از رقابت حالت و پدیده جهش حالت که می تواند در منابع لیزری رخ دهد جلوگیری می کند و یک پس زمینه مرجع پایدار و قابل اعتماد برای دمدولاسیون طول موج فراهم می کند.
II. ارزش کاربرد منابع نور ASE در سیستم های سنجش FBG
در سیستمهای حسگر FBG خاص، منبع نور ASE معمولاً به عنوان قلب سیستم عمل میکند و به طور مداوم انرژی نوری را به شبکه حسگر تزریق میکند.
شبکههای{0}}WDM در مقیاس بزرگ:در نظارت بر سلامت سازههایی مانند پلها، سدها، پرههای توربینهای بادی یا بالهای هواپیما، صدها یا هزاران حسگر باید مستقر شوند. با استفاده از مشخصه پهنای باند منبع ASE، ده ها FBG را می توان به صورت سری روی یک فیبر متصل کرد. طول موج منعکس شده هر FBG یک باند مجزا را در طیف منبع بدون تداخل متقابل اشغال می کند و یک شبکه حسگر واقعاً توزیع شده را تحقق می بخشد.
SNR بهبود یافته و دقت اندازه گیری:برخورد نور ASE با قدرت-بالا در FBG سیگنال بازتابی قوی تری تولید می کند. این به سیستم دمودولاسیون اجازه می دهد تا طول موج مرکزی طیف بازتاب را با دقت بیشتری تعیین کند. به ویژه در سناریوهایی با نویز محیطی ضعیف یا از دست دادن مسیر نوری قابل توجه، SNR بالا مستقیماً به وضوح اندازه گیری بالاتر و پایداری طولانی مدت ترجمه می شود.
انعطاف پذیری طراحی سیستم:ماهیت پهنای باند و قدرت بالا به طراحان سیستم حاشیه بیشتری می دهد. آنها می توانند توپولوژی های مدارهای نوری پیچیده تری طراحی کنند و از اجزای نوری بیشتری (مثلاً جفت کننده ها، سوئیچ ها) بدون نگرانی بیش از حد در مورد بودجه ناکافی توان نوری استفاده کنند.
نتیجه گیری
به طور خلاصه، منابع نوری ASE به لطف ویژگیهای استثنایی خود در پهنای باند وسیع، توان بالا و طیف صاف، به یک محرک کلیدی در پیشبرد فناوری سنجش FBG به سمت توسعه-در مقیاس بزرگ، با دقت بالا و شبکه تبدیل شدهاند. آنها نه تنها نیاز اصلی اندازهگیری همزمان چند نقطهای را برطرف میکنند، بلکه قابلیت اطمینان اندازهگیری را با افزایش SNR سیستم تضمین میکنند. از آنجایی که فناوری سنجش FBG در زمینههای صنعتی پیشرفتهتر نفوذ میکند، بهینهسازی عملکرد مداوم منابع نوری ASE بدون شک آنها را ضروریتر میکند.