المعرفه

باعتباري متخصصًا في الهندسة، أود مشاركة بعض الأفكار العملية حول FBG Fiber Bragg Grate-كيفية عملها، وما هي فائدتها، وأين تتناسب بين ألياف الاتصالات وألياف الاستشعار. بدءًا من الأساسيات البسيطة وانتهاءً بحالة حقيقية لمراقبة قوة الكابلات سابقة الإجهاد في جدران الستائر الزجاجية، ستساعدك هذه المقالة على الفهم السريع لكيفية استخدام مستشعرات FBG Fiber Bragg Gating المثبتة خارجيًا لمراقبة سلامة الواجهة بطريقة دقيقة وطويلة الأمد- وغير-.

ما هو الألياف براج صريف؟

FBG Fiber Bragg Grate عبارة عن مقطع قصير من قلب الألياف الضوئية حيث تتم كتابة هامش معامل الانكسار الدوري، لذا فإن هذه القطعة من الألياف تعكس بقوة طولًا موجيًا واحدًا محددًا فقط وتسمح لجميع الأطوال الموجية الأخرى بالمرور. لا يزال يبدو مثل ألياف عادية أحادية الوضع-، ولكنه يعمل كمرآة انتقائية ذات طول موجي صغير- يمكن استخدامها للتصفية الضوئية في الاتصالات ولتحويل الضغط/درجة الحرارة إلى تغيرات في الطول الموجي في الاستشعار.

المفهوم الأساسي لشبكة FBG Fiber Bragg

إن شبكة الألياف Bragg هي في الأساس عبارة عن تعديل دوري لمؤشر الانكسار مكتوب على طول قلب الألياف، وعادةً ما يستخدم ليزر الأشعة فوق البنفسجية وقناع الطور. عندما يمر ضوء النطاق العريض، فإن الأطوال الموجية التي تلبي حالة الشبكة فقط تنعكس بقوة، لذلك يمكن التعامل مع الطول الموجي المركزي المنعكس على أنه "علامة" قابلة للقراءة للاتصال أو الاستشعار.

مبدأ التشغيل (حالة براغ والطول الموجي الانعكاسي)

يتبع سلوك صريف الألياف الضوئية حالة Bragg Λ_B=2 n_eff Λ، حيث α_B هو الطول الموجي المنعكس، وn_eff مؤشر الانكسار الفعال وΛ فترة الشبكة. يتغير الضغط الخارجي ودرجة الحرارة بشكل طفيف n_eff و Λ، مما يتسبب في تحولات صغيرة ولكن قابلة للقياس في lect_B، وهو الأساس المادي لاستشعار شبكة الألياف الضوئية.

العلاقة والاختلاف مع الألياف الضوئية العادية

إن شبكة الألياف الضوئية ليست مادة جديدة ولكنها تعديل هيكلي محلي على الألياف القياسية: نفس الزجاج والقطر، مع تعديل بضعة ملليمترات إلى سنتيمترات فقط من القلب بشكل دوري. توفر الألياف العادية بشكل أساسي-إرسالًا منخفض الخسارة، بينما يصبح مقطع شبكة الألياف Bragg جهازًا بصريًا عاكسًا ضيق النطاق-عنصر الاستشعار الحقيقي-متصلًا ببقية الألياف كمسار نقل.

الأنواع الشائعة من شبكة الألياف FBG Bragg

تتضمن أنواع شبكات الألياف FBG الشائعة شبكات شبكية موحدة (فترة ثابتة، ذروة انعكاس ضيقة واحدة)، وشبكات شبكية (فترة متفاوتة، انعكاس النطاق العريض للتشتت أو استجابة النطاق-العريض)، ومصفوفات الشبكات (شبكات شبكية متعددة بأطوال موجية مركزية مختلفة في ليف واحد) لطول الموجة-استشعار النقاط المتعددة-المضاعف.

معلمات الأداء الرئيسية لشبكة FBG Fiber Bragg

المعلمات الرئيسية لشبكة الألياف الضوئية هي الطول الموجي الانعكاسي وعرض النطاق الترددي والانعكاس والحساسية. في مجال الاستشعار، نهتم بشكل أساسي بمدى دقة تحديد موقع الطول الموجي (عرض النطاق الترددي الضيق، الانعكاس الجيد) ومدى قوة استجابته للإجهاد ودرجة الحرارة، بالإضافة إلى الاستقرار طويل الأمد- ومقاومة التعب، والتي تحدد ما إذا كان الجهاز مناسبًا للاستخدام الهندسي الحقيقي.

ما هو استخدام FBG Fiber Bragg Grate؟ - تطبيقات نموذجية من الاتصالات إلى الاستشعار

أكبر ميزة لشبكة الألياف الضوئية هي أنها عبارة عن شبكةمرشح بصريو أعنصر الاستشعار. وطالما أننا نستفيد من الخاصيتين الأساسيتين-فإنهما يعكسان فقط طولًا موجيًا محددًا، ويتغير هذا الطول الموجي عندما تتغير البيئة-يمكننا تصميم العديد من أنواع التطبيقات. تم استخدامه لأول مرة في أنظمة الاتصالات البصرية للتصفية وتقسيم الطول الموجي وتعويض التشتت؛ وفي وقت لاحق، أدرك المهندسون مدى حساسيتها للإجهاد ودرجة الحرارة، وأصبحت تكنولوجيا الاستشعار الأساسية في مراقبة الصحة الهيكلية، وصناعات الطاقة والكابلات وخطوط الأنابيب.

FBG Fiber Bragg Grate في الاتصالات: الترشيح، WDM، وتعويض التشتت

في أنظمة الاتصالات البصرية، غالبًا ما يحمل ليف واحد العديد من قنوات الطول الموجي في نفس الوقت، لذلك نحتاج إلى "انتقاء" واحد أو عدة أطوال موجية بدقة أو التعامل مع بعض الأطوال الموجية بشكل مختلف. باعتباره عاكسًا ضيق النطاق، يعتبر Fiber Bragg Grate مثاليًا كمرشح بصري: يدخل ضوء النطاق العريض، وينعكس فقط نطاق صغير حول الطول الموجي لـ Bragg ويمر الباقي. من خلال توصيل أجهزة شبكية متعددة من الألياف الضوئية بأطوال موجية مركزية مختلفة، يمكننا تحقيق ذلكإدارة الطلب العالمي/ديموكسوقنوات منفصلة حسب الطول الموجي؛ توفر أجهزة شبك الألياف الضوئية المزخرفة انعكاسًا واسع النطاق ويمكن استخدامها لتعويض التشتت عبر الروابط الطويلة. في مجال الاتصالات، تعمل شبكة Fiber Bragg كمكون بصري سلبي، على غرار المرشحات والشبكات ووحدات WDM.

FBG Fiber Bragg Ggrat في الاستشعار: الإجهاد ودرجة الحرارة والضغط والاهتزاز

عندما نحول تركيزنا من "التصفية" إلى "انجراف الطول الموجي"، يصبح FBG Fiber Bragg Grate جهاز استشعار عالي الدقة-. يغير الإجهاد الخارجي (الشد/الضغط) طول الألياف ومؤشر الانكسار، وتؤثر درجة الحرارة أيضًا على الطول الموجي لـ Bragg عبر التمدد الحراري والتأثيرات الحرارية - الضوئية، لذلك من خلال تتبع الطول الموجي المنعكس في الوقت الفعلي يمكننا استنتاج الإجهاد ودرجة الحرارة. من خلال التصميم الميكانيكي والتعبئة المناسبة، يمكن لشبكة الألياف الضوئية أيضًا قياس الضغط والحمل والتسارع والاهتزاز بشكل غير مباشر -على سبيل المثال، عن طريق ربطها بالعوارض أو الألواح أو قضبان التسليح أو المحامل، أو دمجها في عناصر مرنة، بحيث تتحول التشوهات الصغيرة إلى تحولات في الطول الموجي. بالمقارنة مع المستشعرات الكهربائية التقليدية، يسمح استشعار شبكة الألياف Bragg بكتابة العديد من الشبكات في سلسلة على ليف واحد، مما يتيح قياسًا موزعًا متعدد -نقاط أو شبه- على طول الخط.

FBG Fiber Bragg Grate في مراقبة الصحة الهيكلية (SHM): الجسور والأنفاق وتوربينات الرياح والمباني

في مراقبة الصحة الهيكلية، أصبح FBG Fiber Bragg Grate طريقًا تقنيًا ناضجًا للغاية. تشمل التطبيقات النموذجية مراقبة قوة الكابلات لكابلات وشماعات تثبيت الجسر (وضع شبكة من الألياف الضوئية على الكابل أو مرساة أو خلية تحميل مخصصة لتتبع توتر الكابل مع مرور الوقت)، وتشوه البطانة ومراقبة التقارب في الأنفاق وهياكل المترو (وضع مستشعرات إجهاد شبكة من الألياف الضوئية على البطانات أو القضبان الحلقية)، ومراقبة الضغط والاهتزاز على شفرات توربينات الرياح والأبراج لتقييم التعب والتحذير من الأخطاء، والمراقبة طويلة المدى عبر الإنترنت للقوى والإزاحات في الأعضاء والمفاصل الرئيسية. وكابلات-المباني الشاهقة، ودعامات الفضاء، وجدران الستائر الزجاجية. هنا، تبرز شبكة Fiber Bragg بفضل مقاومتها للتداخل الكهرومغناطيسي، والنقل لمسافات طويلة-، وتعدد الإرسال-النقاط المتعددة، وملاءمتها للتثبيت المضمن أو المخفي على المدى الطويل-.

FBG Fiber Bragg Grate في تطبيقات الطاقة والتطبيقات الصناعية: الطاقة والكابلات وخطوط الأنابيب

في قطاعي الطاقة والصناعة، تلعب FBG Fiber Bragg Gating أيضًا دورًا مهمًا. في أنظمة الطاقة، يمكن استخدامه لمراقبة درجة حرارة ملفات المحولات، ومراقبة درجة حرارة شريط التوصيل ومراقبة حالة معدات نظام المعلومات الجغرافية، والتغلب على تعقيد الأسلاك وأداء -ضعف مقاومة التداخل للمزدوجات الحرارية وRTDs في بيئات الجهد العالي-. في تطبيقات الكابلات، يمكن تضمين شبكة الألياف الضوئية أو توصيلها بكابلات الطاقة ذات الجهد العالي-وكابلات الألياف ذات الطاقة الهجينة-والكابلات البحرية لمراقبة درجة حرارة التشغيل وإجهاد الانحناء، وحتى تحديد موقع النقاط الفعالة على طول المسار. في صناعات النفط والغاز والصناعات الكيماوية، يمكن ربط أجهزة استشعار شبكات الألياف الضوئية أو دمجها في خطوط الأنابيب ذات المسافات الطويلة- وأوعية الضغط وصهاريج التخزين لمراقبة الضغط والإجهاد والتسرب-الحالات الشاذة ذات الصلة. نظرًا لأن الألياف غير-موصلة للكهرباء، ومقاومة للتآكل-وقادرة على النقل لمسافات طويلة-، فهي مناسبة بشكل طبيعي للجهد العالي-ودرجات الحرارة العالية-والتداخل الكهرومغناطيسي القوي والبيئات المتفجرة.

استشعار FBG Fiber Bragg Gating مقابل الاستشعار الكهربائي التقليدي

بالمقارنة مع المستشعرات الكهربائية التقليدية مثل مقاييس انفعال المقاومة والمزدوجات الحرارية ومحولات الطاقة من نوع -الجهد/التيار، فإن مستشعر FBG Fiber Bragg Gating له اختلاف أساسي واحد: فهو يستخدم الطول الموجي بدلاً من الجهد أو المقاومة كإشارة. مزاياها الرئيسية هي:

• مضاد قوي للتداخل- – يتم نقل الإشارة عن طريق الضوء في الألياف الضوئية وتكون محصنة ضد التداخل الكهرومغناطيسي، وهي مثالية لبيئات الجهد العالي-والتيار الكهرومغناطيسي- القوية؛
• تعدد الإرسال-للمسافة-الطويلة والنقاط المتعددة - يمكن تجميع العديد من أجهزة الاستشعار المختلفة لشبكات الألياف الضوئية ذات الطول الموجي- المتتالية على ألياف واحدة ومشاركة مستفسر واحد، مما يجعلها ملائمة لمراقبة النقاط-المتعددة-الطويلة؛
• السلامة والعزل - الألياف نفسها غير-موصلة للكهرباء وخالية من الشرر-، ومناسبة للأجواء القابلة للانفجار؛
• الاستقرار على المدى الطويل- والمقاومة البيئية - مع التغليف المناسب، يمكن أن تعمل شبكة Fiber Bragg لسنوات في البيئات الرطبة أو المسببة للتآكل أو الإشعاع.

وبطبيعة الحال، فإن شبكة الألياف Bragg ليست "مثالية في كل شيء": أجهزة الاستشعار الفردية عادة ما تكون أكثر تكلفة من أجهزة القياس الكهربائية البسيطة، ويتطلب النظام مستجوبًا بصريًا مخصصًا، وقد يؤدي سوء التثبيت أو التغليف إلى الإضرار بنقل الضغط والدقة. في العديد من المشاريع، يكون الأسلوب الأكثر منطقية هو التعامل مع شبكات الألياف الضوئية كحل للمراقبة ذات الموثوقية المتوسطة- إلى الطويلة-والنقاط المتعددة-والعالية-، والتي يتم استخدامها مع أجهزة الاستشعار الكهربائية التقليدية بدلاً من محاولة استبدال كل شيء.

من كابلات الاتصالات إلى كابلات الاستشعار: كيفية ارتباط FBG Fiber Bragg Grate بالكابلات الضوئية

في جوهرها، شبكة الألياف الضوئية عبارة عن بضعة سنتيمترات فقط من الألياف المعدلة-ولكن للعمل في المشاريع الحقيقية، يجب أن تكون متصلة بعشرات أو مئات الأمتار من الكابلات الضوئية وشبكة بصرية. باختصار: يتم كتابة شبكة Fiber Bragg على الألياف، ويتم حملها في الكابل، وتعمل على الشبكة الضوئية.

ما هي الألياف المكتوبة عليها شبكة FBG Fiber Bragg؟

تتم كتابة معظم أجهزة شبكات الألياف الضوئية على ألياف قياسية أحادية الوضع (على سبيل المثال G.652D وG.657 Bend-غير حساسة) بسبب انخفاض الخسارة والتكلفة المعقولة والتوافق الجيد مع أنظمة الاتصالات. بالنسبة للانحناءات الأكثر إحكامًا أو التوجيه الكثيف للجدار الداخلي/الستاري، يُفضل استخدام الألياف غير الحساسة للانحناء؛ في البيئات القاسية، يمكن استخدام ألياف خاصة، ولكن المنطق دائمًا هو: اختر الألياف المناسبة للبيئة، ثم اكتب شبكة الألياف الضوئية عند الحاجة.

كابل الاستشعار مقابل كابل الاتصالات

تحتوي كل من كابلات الاستشعار والاتصالات على ألياف وأعضاء قوية وسترات، ولكنها تركز على أشياء مختلفة. تهدف كابلات الاتصالات إلى تقليل الخسارة والمتانة، ومحاولة عزل الألياف عن التأثير الميكانيكي الخارجي. لا تحتاج كابلات الاستشعار إلى البقاء على قيد الحياة فحسب، بل تحتاج أيضًا إلى السماح للتشوه الهيكلي بالمرور بكفاءة إلى شبكة الألياف الضوئية، لذلك قد تعمل التصميمات على تعديل -هيكل الأنبوب، وإضافة حاملات معدنية/FRP أو طبقات ربط، وفي بعض الأحيان تخلط "ألياف الاستشعار" مع "ألياف نقل نقية" في كابل واحد.

ما هو الموجود في سلسلة استشعار FBG Fiber Bragg Grate الكاملة؟

تشتمل السلسلة النموذجية على: (1) أجهزة استشعار أمامية-مزودة بشبكة من الألياف الضوئية المعبأة (الإجهاد، ودرجة الحرارة، وقوة الكابل، وما إلى ذلك)؛ (2) كابلات النقل من الهيكل إلى غرفة التيار الضعيف - أو غرفة المعدات؛ (3) مستجوب بالإضافة إلى برنامج لإزالة التشكيل والتخزين والإنذار. في الأنظمة الأكبر حجمًا، تتم إضافة المقسمات الضوئية ولوحات التصحيح وإغلاقات الوصلات-أجهزة الاتصالات القياسية-بينها.

ما أهمية جودة الألياف والكابلات لتحقيق الاستقرار على المدى الطويل-.

على الرغم من أن "الجزء الذكي" من نظام FBG Fiber Bragg Grate هو المحقق والبرنامج، فإن الاستقرار على المدى الطويل-يعتمد بشكل أساسي على جودة الألياف والكابلات الأساسية. إذا كانت قوة الألياف، أو أداء الانحناء الدقيق-، أو تقادم الطلاء ضعيفًا، أو إذا كان الكابل يتمتع بمقاومة ضعيفة للشد/الانحناء/درجة الحرارة، فسوف تظهر المشكلات لاحقًا كزيادة في الخسارة وانحراف القياس. لذا فإن اختيار ألياف وكابلات موثوقة، ومطابقتها لبيئة التوجيه الحقيقية (داخلي/خارجي، أرضي/حائط ستارة/كابل، وما إلى ذلك)، يعد أمرًا أساسيًا لتحقيق مراقبة مستقرة-على المدى الطويل.

ما هي مراقبة قوة كابل FBG Fiber Bragg Gating وما هي المشكلة التي تحلها؟

تعني مراقبة قوة كابل FBG Fiber Bragg Gating تركيب مستشعرات Fiber Bragg Gating على الكابلات، وقياس إجهاد الكابل في الوقت الفعلي وتحويله إلى شد الكابل. المشكلة الهندسية الأساسية التي تعالجها هي: لا يمكن فحص قوة الكابل على الأعضاء الرئيسية مرة واحدة فقط أثناء الضغط - بل يجب أن تكون مرئية ودقيقة طوال فترة الخدمة بأكملها، خاصة بالنسبة لجدران الستائر الزجاجية الحساسة جدًا للتشوه والإزاحة.

الكابلات-تدعم جدران الستائر الزجاجية والكابلات سابقة الإجهاد

في جدران الستائر الزجاجية المدعومة بالكابلات-والكابلات-الشبكية، تقوم العديد من الكابلات الفولاذية مسبقة الإجهاد "بتعليق" الألواح الزجاجية من الهيكل الرئيسي. تحمل هذه الكابلات الحمل وتتحكم في الاستقرار والتشوه بشكل عام. للحفاظ على خط الواجهة والإزاحة ضمن الحدود -الذاتية للوزن والرياح ودرجة الحرارة، يتم تطبيق قوة كابل أولية محددة أثناء التثبيت، وما إذا كانت هذه القوة تظل ضمن نطاق معقول في الخدمة أمر بالغ الأهمية للسلامة والراحة.

لماذا تحتاج قوة كابلات الحائط الساتر إلى مراقبة طويلة الأمد-.

قوة الكابل ليست ثابتة. بمرور الوقت، سيؤدي ارتخاء المادة وانزلاق المرساة وتغيرات درجة الحرارة والتشوه الهيكلي الثانوي إلى ابتعادها عن قيمة التصميم. قد تؤدي الرياح الشديدة أو أحمال البناء أو الأضرار المحلية إلى قوة غير طبيعية في بعض الكابلات. إذا قمت بالقياس مرة واحدة فقط عند الانتهاء أو القبول، فمن الصعب اكتشاف فقدان القوة أو عدم التوازن على المدى المتوسط- إلى الطويل-، والذي قد يظهر في النهاية على شكل تشقق زجاجي أو تلف في المفاصل أو تشوه مفرط في مستوى-الواجهة.

طرق اختبار قوة الكابل التقليدية وقيودها

تشتمل الطرق التقليدية على طريقة الاهتزاز، والثني-ثلاث نقاط (مقياس قوة القوس) والمقياس الهيدروليكي. تستنتج طريقة الاهتزاز قوة الكابل من التردد الطبيعي، ولكنها حساسة لظروف الحدود ودرجة الحرارة والتداخل. يعتمد الانحناء ذو ​​الثلاث نقاط- على الصلابة والانحراف الهندسي، مع متطلبات مساحة عالية وافتراضات غير واضحة للصلابة/الحدود المحورية. تعد المقاييس الهيدروليكية ملائمة أثناء الضغط، ولكنها في الأساس أدوات بناء ولا يمكنها البقاء على الهيكل للمراقبة عبر الإنترنت على المدى الطويل-. بشكل عام، هذه الطرق إما غير مناسبة للنشر الدائم، أو ليست آلية بما يكفي لتوفير بيانات محفوظات الوقت المستمرة-.

مزايا وتحديات استخدام FBG Fiber Bragg Grate لمراقبة قوة الكابل

من خلال تركيب مستشعرات FBG Fiber Bragg Grate على الكابل أو على المكونات ذات العلاقة الميكانيكية الواضحة به، يمكن تحويل تغيرات قوة الكابل إلى تحولات في الطول الموجي وقياسها بدقة عالية عبر مسافات طويلة وفي نقاط متعددة. تشمل المزايا الحصانة ضد التداخل الكهرومغناطيسي، وتعدد إرسال العديد من النقاط على ليف واحد، وسهولة التكامل مع الكابلات الضوئية الحالية والبنية التحتية لغرفة المعدات، والتي تناسب التوجيه المعقد وبيئة جدران الستائر. تكمن التحديات في ضمان اقتران ميكانيكي موثوق به دون إتلاف الكابل، وتصميم التغليف بحساسية كافية مع انخفاض الأخطاء الناجمة عن التثبيت-، وموازنة تكلفة المعدات/المحقق مع حجم المشروع.

المتطلبات الهندسية الأساسية لنظام مراقبة قوة الكابل

من وجهة نظر هندسية، يجب على نظام مراقبة قوة الكابل "الجيد" أن: يقيس بدقة (دقة جيدة وقابلية تكرار)، ويرى الصورة الكاملة (يتغير الالتقاط مع مرور الوقت)، ويستمر لفترة طويلة (مستقر في الخارج)، ويقل الإزعاج (لا-يتدخل قدر الإمكان في الكابل والواجهة)، ويكون قابلاً للصيانة (يمكن فحص أجهزة الاستشعار/الأجزاء الأمامية-أو استبدالها عند الحاجة). تعد مراقبة قوة كابل FBG Fiber Bragg Gating أمرًا جذابًا، لأنها توفر حلاً وسطًا عمليًا بين هذه المتطلبات، وذلك بفضل-المشابك الخارجية وكابلات الاستشعار المصممة جيدًا.

مستشعر قوة كابل FBG Fiber Bragg Grate المثبت خارجيًا: المبدأ والتصميم الهيكلي

الفكرة بسيطة: يتم تثبيت مشبك صغير على الكابل، ويوجد داخل هذا المشبك قطعة قصيرة من الألياف مع شبكة FBG Fiber Bragg. عندما يتم تحميل الكابل، يتم نقل استطالته الصغيرة من خلال المشبك إلى شبكة الألياف الضوئية، مما يتسبب في تغيير في الطول الموجي المنعكس. يقرأ المحقق هذا التحول في الطول الموجي ويحوله إلى قوة كابل. لا يحتاج الكابل نفسه إلى القطع أو الحفر أو اللحام.

مبدأ القياس المعتمد على التركيبات-

يستخدم الأسلوب القائم على التركيبات- مشبكًا معدنيًا أو سبيكة مصممًا خصيصًا ومثبتًا على الكابل بحيث يتشوه مع الكابل. يتم ربط شبكة FBG Fiber Bragg في الموقع الحساس للإجهاد - لهذا المشبك. عندما تتغير قوة الكابل، يتم تمديد المشبك أو ضغطه؛ "تسجل" شبكة الألياف الضوئية الحساسة للغاية - هذا التشوه كتحول في الطول الموجي، مما يتيح القياس غير المباشر لقوة الكابل.

الميزات الهيكلية للمشبك/المشبك-المثبت خارجيًا على مستشعرات قوة كابل FBG Fiber Bragg Gating

يتكون المستشعر النموذجي المثبت خارجيًا (المشبك-) من ثلاثة أجزاء: جسم المشبك الملامس للكابل، وعنصر محمل الحمل المرن الداخلي-، وألياف FBG Fiber Bragg Gating المرتبطة أو الملحومة به. تم تصنيع الوحدة بأكملها كمشبك أو طوق منقسم يمكن فتحه ووضعه حول الكابل، ثم قفله بمسامير أو مزالج-لا داعي لقطع الكابل أو تفكيك أدوات التثبيت. الهدف الرئيسي من التصميم هو التثبيت بقوة دون تغيير حالة القوة الأصلية للكابل بشكل ملحوظ.

العوامل الرئيسية التي تؤثر على دقة القياس: الحساسية، خطأ التثبيت، نقل الضغط

دون التعمق في الصيغ، هناك ثلاث نقاط أكثر أهمية:

الحساسية - يجب "تضخيم" تغييرات قوة الكابل بما يكفي حتى تتمكن شبكة Fiber Bragg من اكتشافها بوضوح؛

نقل الإجهاد - يجب أن يتم نقل تشوه الكابل الحقيقي بالكامل قدر الإمكان إلى FBG Fiber Bragg Grate؛

خطأ في التثبيت - يجب تقليل الارتخاء أو الانزلاق أو عدم تساوي الربط -أثناء التثبيت.

يعد التصميم الهيكلي للمستشعر المثبت خارجيًا بمثابة توازن بين هذه الثلاثة، مما يضمن أن شبكة الألياف الضوئية "تشعر" بقوة الكابل دون إتلاف الكابل أو خلق تركيزات ضغط إضافية.

مزايا التثبيت الخارجي لبناء وصيانة الحوائط الساتر

بالمقارنة مع الحلول المضمنة أو القطع/الحز/اللحام مباشرة على الكابل، يوفر مستشعر قوة الكابل FBG Fiber Bragg Gating المثبت خارجيًا ثلاث مزايا رئيسية:-غير مدمر، وسهل التركيب، وقابل للاستبدال. إنه يعمل كملحق إضافي-: يمكن تثبيته في المراحل اللاحقة من بناء الحائط الساتر أو حتى أثناء التشغيل؛ عند الحاجة إلى الفحص أو إعادة المعايرة، يمكن إزالة المستشعر واستبداله دون لمس الكابل نفسه. وهذا يقلل من التأثير على بناء الواجهة ويتجنب التغييرات "الصعبة" في نظام قوة الكابل الأصلي، مما يلبي بشكل أفضل المتطلبات العملية للسلامة وقابلية الصيانة.

دراسة الحالة: مستشعرات قوة كابل FBG Fiber Bragg Gating المثبتة خارجيًا على جدران الستائر الزجاجية

في مقالة دراسة حالة منفصلة، ​​نستخدم مشروع جدار ستارة زجاجي كوسيلة لفرز التطبيق الهندسي بشكل منهجي لمستشعرات قوة كابل FBG Fiber Bragg Gating المثبتة خارجيًا. تستعرض المقالة أولاً تطوير جدران الستائر المدعومة بالكابلات- والقيود المفروضة على طرق قياس قوة الكابلات التقليدية، ثم تقارن إيجابيات وسلبيات استراتيجيات تخطيط شبكة الألياف الضوئية المختلفة التي اقترحها Zheng R وWang Xuezhe وSun Xiao وTang Jun. واستنادًا إلى مشروع حقيقي، تستمر في تقديم مخطط خارجي لمستشعر قوة الكابل عالي الحساسية- باستخدام مبدأ Fibre Bragg Ggrating القائم على التركيبة-، والتحقق من دقته واستقراره وقابليته للإنشاء من خلال بيانات قوة الكابل التي تم جمعها خلال مرحلة البناء. توضح دراسة الحالة بوضوح أنه بدون إتلاف الكابلات أو تغيير بنية الواجهة الأصلية بشكل كبير، يمكن أن تعمل مستشعرات شبكة الألياف Bragg المثبتة خارجيًا كحل -عالي الدقة وقابل للصيانة لمراقبة قوة الكابل، مما يوفر مسارًا هندسيًا قابلاً للتكرار للجدران الساترة المدعومة بالكابلات وهياكل الكابلات المماثلة.

العمل مع الشركات المصنعة للكابلات/متكاملي الأنظمة: بدءًا من مستشعر FBG Fiber Bragg Gating وحتى الحلول الكاملة

ما هي منتجات الألياف والكابلات اللازمة؟

يحتاج نظام مراقبة قوة كابل شبكة الألياف الضوئية العملي بشكل أساسي إلى ثلاثة أشياء: (1) استشعار الألياف باستخدام شبكة الألياف الضوئية، (2) الكابلات الضوئية للاستشعار/التغذية، (3) كابلات الاتصال القياسية وأسلاك التوصيل في الحامل. يستخدم المشبك- الموجود على المستشعر ألياف استشعار قصيرة أو كابل خاص صغير، وتستخدم مسارات البناء كابلات داخلية/خارجية، ويتم الانتهاء من كل شيء في الخزانة بالترقيع القياسي. بالنسبة لبائعي الكابلات، فهي تقوم بشكل أساسي بإعادة تنظيم المنتجات الحالية عبر "رابط استشعار" بدلاً من "رابط اتصال" فقط.

من الواجهة والسقف إلى الغرفة الحالية الضعيفة-.

في مشاريع الحوائط الساترة، يمتد المسار البصري عادةً من الواجهة والسقف، عبر نقطة دخول المبنى، نزولاً إلى الأعمدة حتى -الغرفة الحالية الضعيفة. عادةً: كابل خارجي-مقنن على الواجهة/السقف ← من خلال القنوات أو الصواني داخل المبنى ← الانتقال إلى الكابل الداخليLSZH/كابل الناهضأسفل الناهض إلى غرفة المعدات. يمكن لمصنعي الكابلات الضوئية وشركات تكامل الأنظمة المشاركة-في تصميم هذا المسار الكامل "من المستشعر إلى الحامل"، مما يقلل التنسيق لاحقًا بين الأعمال المدنية والواجهات والهندسة الكهربائية والميكانيكية.

التكامل مع بناء الكابلات ومراكز البيانات

يتم وضع جهاز التحقيق الخاص بشبكة الألياف الضوئية في غرفة التيار/المعدات الضعيفة-، ويتم نقل بياناته إلى نظام إدارة المباني (BMS) أو خوادم الأمان أو مركز البيانات. يمكن لهذه الخطوة إعادة استخدام كابلات ألياف البناء الموجودة، ولوحات ODF/التصحيح،صناديق MPO/MTPومركز البياناتالبنية التحتية: تدخل بيانات المراقبة إلى الشبكة عبر Ethernet/fieldbus ويتم بعد ذلك تجميعها وعرضها على الطبقة- العليا أو الأنظمة الأساسية السحابية. لذلك تصبح مراقبة Fiber Bragg Grate مجرد مصدر بيانات آخر في العمليات الرقمية للمبنى، وليس نظام جزيرة -مستقلًا.

دور شركات الألياف والكابلات

لا يتعين على شركات الألياف والكابلات إنشاء أجهزة استجواب أو أجهزة استشعار لشبكة Fiber Bragg بنفسها. وتتمثل أدوارهم الرئيسية في: توفير الألياف/الكابلات المناسبة للاستشعار والاتصال، والعمل مع موردي FBG Fiber Bragg Ggrating والمتكاملين لتقديم -إلى-مسار بصري نهائي من الهيكل إلى الحامل. وهذا يتيح لهم الانتقال من مجرد بيع الكابلات إلى تقديم البنية التحتية الضوئية لمراقبة الصحة الهيكلية والمباني الذكية والبنية التحتية الذكية.

الأسئلة الشائعة: الأسئلة الشائعة حول FBG Fiber Bragg Grate ومراقبة قوة الكابلات

ما الفرق بين أجهزة استشعار Fiber Bragg Grate ومقاييس ضغط المقاومة العادية؟

تستخدم مستشعرات FBG Fiber Bragg Gating الطول الموجي كإشارة وتنقلها في الألياف الضوئية، لذا فهي محصنة ضد التداخل الكهرومغناطيسي ويمكنها العمل على مسافات طويلة مع العديد من النقاط على ليف واحد. تستخدم مقاييس انفعال المقاومة تغيير المقاومة، وتكون الأسلاك أقصر وأرخص لكل نقطة، ولكن القدرة على مكافحة التداخل وقابلية التوسع -لمسافة طويلة، ومراقبة-النقاط المتعددة تكون أضعف.

كم عدد أجهزة استشعار FBG Fiber Bragg Ggrating التي يمكن كتابتها على ليف واحد؟ هل سيتدخلون مع بعضهم البعض؟

يمكن لألياف واحدة أن تحمل العشرات من أجهزة استشعار Fiber Bragg Grate على التوالي، طالما أن لكل منها طول موجي مركزي مختلف وأطياف لا تتداخل. يقوم المحقق بفصلهم حسب الطول الموجي، لذلك في ظل التخطيط المناسب للطول الموجي لن يتداخلوا مع بعضهم البعض.

ما هي المعدات التي يتضمنها نظام مراقبة قوة كابل Fiber Bragg Gating النموذجي؟

عادة تحتاج:

أجهزة استشعار قوة كابلات شبكة الألياف الضوئية (المشبك-أو أشكال أخرى)،

الكابلات الضوئية وأسلاك التصحيح من أجهزة الاستشعار إلى غرفة المعدات،

محقق متفاخر بالألياف الضوئية،

الحصول على البيانات/البرامج (الكمبيوتر الشخصي أو BMS أو SCADA أو النظام الأساسي السحابي) للعرض والتخزين والإنذارات.

إذا كان مشروع الحائط الساتر يحتوي بالفعل على كابلات اتصالات بصرية، فهل لا تزال هناك حاجة إلى كابل استشعار FBG Fiber Bragg Gating منفصل؟

من الناحية الفنية، يمكن تشغيل إشارات شبكة الألياف الضوئية على ألياف احتياطية أحادية الوضع-في كابلات الاتصالات الحالية. يعتمد إعادة استخدامها أو وضع كابل استشعار منفصل على التوجيه وتوافر الألياف الاحتياطية ومتطلبات العزل: بالنسبة للمراقبة الحرجة، يفضل العديد من المالكين مسار ألياف مخصصًا لتحقيق الوضوح والموثوقية.

كيف يمكن مقارنة تكلفة مراقبة قوة كابل FBG Fiber Bragg Gating مع الطرق التقليدية؟

بالنسبة للاختبار الذي يتم مرة واحدة-، تكون الأدوات التقليدية (طريقة الاهتزاز، والمقياس الهيدروليكي، وما إلى ذلك) عادةً أقل تكلفة. ولكن بالنسبة للمراقبة عبر الإنترنت-على المدى الطويل ومتعددة-النقاط، فإن شبكة الألياف الضوئية-على الرغم من أنها تحتاج إلى محقق واستثمار أولي أعلى-يمكن أن تقلل من-العمالة في الموقع والاختبارات المتكررة، وغالبًا ما تصبح أكثر فعالية من حيث التكلفة-على مدار دورة الحياة بأكملها.

ما هو العمر الافتراضي لأجهزة استشعار FBG Fiber Bragg Gating؟ هل الصيانة / الاستبدال سهلة؟

الشبكة نفسها مكتوبة بالألياف الزجاجية ويمكن أن تدوم لسنوات عديدة؛ يقتصر العمر الفعلي بشكل أساسي على بيئة التعبئة والتغليف والتركيب (التآكل، والختم، والأضرار الميكانيكية). تم تصميم مستشعرات قوة الكابلات المصنوعة من ألياف Bragg المثبتة خارجيًا لتكون قابلة للإزالة والاستبدال، لذلك في حالة فشل أحدها، يمكن تبديلها دون لمس جسم الكابل.

ما هي المتطلبات الخاصة بموضع التثبيت وتصنيع أجهزة استشعار قوة الكابل FBG Fiber Bragg Gating؟

يجب تركيب المستشعرات على مقاطع كبلية تمثيلية ومستقيمة ويمكن الوصول إليها، بعيدًا عن المثبتات والمفاصل المعقدة حيثما أمكن ذلك. أثناء التثبيت، يجب تشديد المشبك بالتساوي، وتجنب الانزلاق أو إتلاف الكابل، ويجب عدم ثني الألياف بشكل حاد؛ بعد التثبيت، من الجيد إجراء بعض القراءات أو اختبار حمل صغير للتأكد من القيم المستقرة والقابلة للتكرار.