Inženýrské výzvy v oboru optická senzorika
Senzory založené na optické technologii revolucionizují monitorování infrastruktury, průmyslovou a biomedicínskou diagnostiku. Braggovy mřížky (FBG) měří teplotu a deformace v mostech, elektrárnách a letadlech. Systémy DTS (Distributed Temperature Sensing) monitorují kilometry potrubí jediným vláknem. Biosenzory SPR (Surface Plasmon Resonance) detekují bílkoviny a viry v koncentracích femtomolárního řádu. Systémy LiDAR mapují okolí s centimetrovou přesností.
Každý z těchto systémů vyžaduje přesný návrh optické komponenty — mřížky, vlákna, plazmonického senzoru nebo přijímacího systému — a ověření jeho odezvy před nasazením. Chyba v návrhu mřížky FBG se promítá do chyby měření teploty v monitorovaném objektu; chyba v disperzním modelu vlákna DTS vede k falešným poplachům.
Jak náš software podporuje návrh?
| Produkt | Role v této oblasti |
|---|---|
 | Návrh a optimalizace mřížek FBG, LPG a chirpovaných — senzory teploty a napětí |
 | Analýza parametrů senzorových vláken — disperze, útlum, dvojlom |
 | Simulace kompletních senzorových systémů — DTS, OTDR, sítě FBG multiplexované WDM |
 | Modelování plazmonických biosenzorů — struktury SPR a LSPR v nanostrukturách |
Příklad použití: multiplexovaná síť FBG pro monitorování mostu
Návrhové předpoklady
Byl navržen vláknový systém pro monitorování technického stavu mostu využívající 48 senzorů FBG (Fiber Bragg Grating) propojených v architektuře WDM. Úkolem sítě je nepřetržité měření deformací konstrukce a teplotních změn v klíčových bodech objektu.
Návrh mřížek FBG a multiplexace
Byly navrženy apodizované Braggovy mřížky pracující v pásmu C-band, zajišťující odpovídající kanálový rozestup a omezení vedlejších laloků spektra. Volba parametrů mřížek umožnila dosáhnout požadované šířky odrazového pásma přibližně 0,2 nm a stabilní provoz více senzorů na jedné vláknové lince.
Testy optického interogátoru
Vyčítací systém (interogátor) byl ověřen v podmínkách proměnné teploty, kdy byl systém vystaven změnám v rozsahu přibližně ±80 °C. Byla analyzována stabilita měření posunu Braggovy vlnové délky a schopnost kompenzace vlivu teploty na údaje senzorů.
Analýza měřicí přesnosti
Provedené simulace a testy umožnily posoudit rozložení signálů v celé síti, vliv útlumu vlákna a možnost současného čtení všech kanálů. Bylo ověřeno, že navržená architektura splňuje požadavky na měřicí rozlišení na úrovni přibližně 1 °C pro teplotní monitoring.
Ověřený návrh
Model systému umožnil optimalizaci počtu senzorů, parametrů mřížek FBG a konfigurace vláknové trasy ještě před instalací na skutečném objektu. To umožnilo omezit riziko problémů s interferencí kanálů, útlumem signálu a spolehlivostí celé monitorovací sítě.
Nejčastější dotazy
Optická senzorika
Podporuje OptiGrating simulaci odezvy senzoru FBG na současné změny teploty a napětí?
Ano. OptiGrating modeluje matici citlivosti FBG na oba jevy a umožňuje analyzovat problém rozlišení teploty od napětí (discrimination problem) při použití mřížek s různou vlnovou délkou nebo speciálních dvoumřížkových konfigurací.
Lze v OptiSystem simulovat síť více mřížek FBG multiplexovaných WDM?
Ano. OptiSystem obsahuje hotové bloky senzoru FBG s modelem spektrální odezvy, které lze spojovat do sítí multiplexovaných WDM nebo TDM a simulovat kompletní systém interogátoru.
Je OptiFDTD vhodný pro modelování biosenzorů SERS?
Ano. OptiFDTD podporuje simulace FDTD kovových nanostruktur (Au, Ag) a počítá zesílení blízkého elektrického pole — nezbytné pro návrh substrátů SERS a optických antén pro biosenzoriku.
Máte specifickou výzvu v tomto oboru?
Náš inženýr odpoví do 1 pracovního dne, poradí s nástroji a licenčními možnostmi.
Poslat dotaz inženýroviHledáte software OptiSystem?
Získejte 14-30denní zkušební verzi a vyzkoušejte OptiSystem s plnou technickou podporou během vašeho aktuálního projektu.
Získat zkušební verzi OptiSystem