Inžinierske výzvy v odvetví optická senzorika
Senzory založené na optickej technológii revolucionizujú monitorovanie infraštruktúry, priemyselnú diagnostiku a biomedicínske aplikácie. Braggove mriežky vo vlákne (FBG) merajú teplotu a namáhanie v mostoch, elektrárňach a lietadlách. Systémy DTS (Distributed Temperature Sensing) monitorujú kilometre potrubí pomocou jedného vlákna. Biosenzory SPR (rezonancia povrchových plazmónov) detegujú proteíny a vírusy pri femtomolárnych koncentráciách. Systémy LiDAR mapujú okolie s centimetrovou presnosťou.
Každý z týchto systémov vyžaduje presný návrh optického komponentu — mriežky, vlákna, plazmónového senzora alebo prijímacieho systému — a overenie jeho odozvy pred nasadením. Chyba v návrhu mriežky FBG sa prejaví ako chyba merania teploty v monitorovanom objekte; chyba v disperznom modeli vlákna DTS produkuje falošné poplachy.
Ako náš softvér podporuje návrh?
| Produkt | Rola v tejto oblasti |
|---|---|
 | Návrh a optimalizácia mriežok FBG, LPG a chirpovaných — senzory teploty a namáhania |
 | Analýza parametrov senzorového vlákna — disperzia, útlm, dvojlom |
 | Simulácia kompletných senzorových systémov — DTS, OTDR, siete FBG multiplexované WDM |
 | Modelovanie plazmónových biosenzorov — štruktúry SPR a LSPR v nanoštruktúrach |
Príklad aplikácie: multiplexovaná sieť FBG na monitorovanie mosta
Návrhové predpoklady
Bol vyvinutý optický vláknový systém na monitorovanie štrukturálneho zdravia mosta s použitím 48 senzorov FBG (Fiber Bragg Grating) prepojených v architektúre WDM. Úlohou siete je nepretržite merať štrukturálne namáhanie a teplotné zmeny v kľúčových bodoch objektu.
Návrh mriežky FBG a multiplexovanie
Boli navrhnuté apodizované Braggove mriežky pracujúce v pásme C, ktoré poskytujú vhodné rozstupy kanálov a znížené spektrálne bočné laloky. Parametre mriežky boli zvolené tak, aby dosiahli požadovanú šírku pásma odrazu približne 0,2 nm a stabilnú prevádzku viacerých senzorov na jednej vláknovej linke.
Testovanie optického interogátora
Systém čítania (interogátor) bol overený za premenlivých teplotných podmienok, pri vystavení systému zmenám okolo ±80°C. Boli analyzované stabilita merania posunu Braggovej vlnovej dĺžky a schopnosť kompenzovať vplyv teploty na odčítania senzorov.
Analýza presnosti merania
Vykonané simulácie a testy umožnili posúdiť distribúciu signálu v celej sieti, vplyv útlmu vlákna a schopnosť súčasne čítať všetky kanály. Navrhnutá architektúra bola overená, aby spĺňala požadované rozlíšenie merania približne 1°C pre monitorovanie teploty.
Overený návrh
Model systému umožnil optimalizovať počet senzorov, parametre mriežky FBG a konfiguráciu vláknovej cesty pred inštaláciou na skutočnú konštrukciu, čím sa znížilo riziko interferencie kanálov, útlmu signálu a problémov so spoľahlivosťou v celej monitorovacej sieti.
Často kladené otázky
Optická senzorika
Podporuje OptiGrating simuláciu odozvy senzora FBG na súčasné zmeny teploty a namáhania?
Áno. OptiGrating modeluje maticu citlivosti FBG pre oba efekty a umožňuje analýzu problému rozlíšenia teplota/namáhanie pomocou mriežok rôznych vlnových dĺžok alebo špeciálnych konfigurácií s dvojitou mriežkou.
Môže byť v OptiSystem simulovaná sieť viacerých mriežok FBG multiplexovaných WDM?
Áno. OptiSystem zahŕňa hotové bloky senzorov FBG s modelom spektrálnej odozvy, ktoré je možné kombinovať do sietí multiplexovaných WDM alebo TDM, a je možné simulovať kompletný systém interogátora.
Je OptiFDTD vhodný na modelovanie biosenzorov SERS?
Áno. OptiFDTD podporuje FDTD simuláciu kovových nanoštruktúr (Au, Ag) a počíta zosilnenie elektrického poľa v blízkom poli — nevyhnutné pri návrhu substrátov SERS a optických antén pre biosenzoriku.
Máte špecifickú výzvu v tejto oblasti?
Náš inžinier odpovie do 1 pracovného dňa a poradí s nástrojmi a licenčnými možnosťami.
Poslať otázku inžinieroviHľadáte softvér OptiSystem?
Získajte 14-30 dňovú skúšobnú verziu na vyskúšanie OptiSystem s plnou technickou podporou počas vášho aktuálneho projektu.
Získať skúšobnú verziu OptiSystem