Mérnöki kihívások a(z) optikai érzékelés területén
Az optikai technológián alapuló szenzorok forradalmasítják az infrastruktúra-felügyeletet, az ipari és biomedikai diagnosztikát. A Bragg-rácsok (FBG) hőmérsékletet és deformációt mérnek hidakban, erőművekben és repülőgépekben. A DTS (Distributed Temperature Sensing) rendszerek egyetlen szállal kilométereket felügyelnek csővezetékeken. Az SPR (Surface Plasmon Resonance) bioszenzorok fehérjéket és vírusokat érzékelnek femtomoláris koncentrációban. A LiDAR rendszerek centiméteres pontossággal térképezik fel a környezetet.
Mindegyik rendszer az optikai komponens — a rács, a szál, a plazmonikus szenzor vagy a vevőrendszer — pontos tervezését, majd a válaszának bevetés előtti ellenőrzését igényli. Az FBG-rács tervezési hibája a monitorozott objektum hőmérsékletmérési hibájában jelenik meg; a DTS szál diszperziós modelljének hibája hamis riasztásokat okoz.
Hogyan támogatja szoftverünk a tervezést?
| Termék | Szerep ezen a területen |
|---|---|
 | FBG, LPG és chirp-rácsok tervezése és optimalizálása — hőmérséklet- és feszültségérzékelők |
 | Érzékelő szálak paramétereinek elemzése — diszperzió, csillapítás, kettőstörés |
 | Teljes érzékelőrendszerek szimulációja — DTS, OTDR, WDM-multiplexált FBG hálózatok |
 | Plazmonikus bioszenzorok modellezése — SPR és LSPR struktúrák nanostruktúrákban |
Alkalmazási példa: multiplexált FBG hálózat hídfelügyelethez
Tervezési feltételezések
Egy híd szerkezeti állapotát felügyelő szálas rendszert fejlesztettek ki 48 FBG (Fiber Bragg Grating) szenzor felhasználásával, WDM architektúrában összekapcsolva. A hálózat feladata a szerkezet deformációjának és a hőmérsékletváltozásoknak a folyamatos mérése az objektum kulcsfontosságú pontjain.
FBG-rácsok és multiplexálás tervezése
C-sávban működő, apodizált Bragg-rácsokat terveztek, amelyek megfelelő csatornatávolságot és a spektrum oldalsávjainak korlátozását biztosítják. A rácsparaméterek megválasztása lehetővé tette a kívánt, kb. 0,2 nm-es visszaverődési sávszélesség elérését, és több szenzor stabil működését egyetlen szálvonalon.
Optikai interrogátor tesztelése
A leolvasó rendszert (interrogátort) változó hőmérsékleti körülmények között ellenőrizték, kb. ±80°C-os változásoknak kitéve a rendszert. Elemezték a Bragg-hullámhossz-eltolódás mérésének stabilitását és a hőmérséklet szenzorleolvasásokra gyakorolt hatásának kompenzálási képességét.
Mérési pontosság elemzése
Az elvégzett szimulációk és tesztek lehetővé tették a jelek eloszlásának, a szál csillapításának hatásának és az összes csatorna egyidejű leolvasási lehetőségének felmérését a teljes hálózatban. Ellenőrizték, hogy a tervezett architektúra megfelel a hőmérséklet-felügyelethez szükséges, kb. 1°C-os mérési felbontásra vonatkozó követelményeknek.
Ellenőrzött terv
A rendszermodell lehetővé tette a szenzorok számának, az FBG-rács paramétereinek és a szálút konfigurációjának optimalizálását még a valós objektumon való telepítés előtt. Ez csökkentette a csatornainterferencia, a jelcsillapítás és a teljes felügyeleti hálózat megbízhatóságával kapcsolatos problémák kockázatát.
Gyakran ismételt kérdések
Optikai érzékelés
Támogatja az OptiGrating az FBG szenzor válaszának szimulációját egyidejű hőmérséklet- és feszültségváltozásokra?
Igen. Az OptiGrating modellezi az FBG mindkét hatásra vonatkozó érzékenységi mátrixát, és lehetővé teszi a hőmérséklet és a feszültség megkülönböztetési problémájának elemzését, különböző hullámhosszú rácsok vagy speciális kétrácsos konfigurációk alkalmazásával.
Szimulálható több WDM-multiplexált FBG-rács hálózata az OptiSystem-ben?
Igen. Az OptiSystem kész FBG szenzorblokkokat tartalmaz spektrális válaszmodellel, amelyeket WDM vagy TDM multiplexált hálózatokba lehet kapcsolni, és a teljes interrogátor rendszert szimulálni lehet.
Alkalmas az OptiFDTD SERS bioszenzorok modellezésére?
Igen. Az OptiFDTD támogatja fémes nanostruktúrák (Au, Ag) FDTD szimulációját, és kiszámítja a közeltér elektromos tér erősítését — ami nélkülözhetetlen a SERS szubsztrátumok és az optikai antennák tervezéséhez bioérzékelés céljára.
Van speciális kihívása ezen a területen?
Mérnökünk 1 munkanapon belül válaszol, és tanácsot ad az eszközökkel és licencelési lehetőségekkel kapcsolatban.
Kérdés mérnökünktőlA(z) OptiSystem szoftvert keresi?
Igényeljen 14-30 napos próbaverziót, hogy teljes körű műszaki támogatással tesztelje a(z) OptiSystem terméket aktuális projektje során.
OptiSystem próbaverzió igénylése