Інженерні виклики в галузі оптична сенсорика
Сенсори на основі оптичної технології революціонізують моніторинг інфраструктури, промислову діагностику та біомедичні застосування. Волоконні ґратки Брегга (FBG) вимірюють температуру та деформацію в мостах, електростанціях і літаках. Системи DTS (розподілене вимірювання температури) моніторять кілометри трубопроводів за допомогою одного волокна. Біосенсори SPR (резонанс поверхневих плазмонів) виявляють білки та віруси при фемтомолярних концентраціях. Системи LiDAR картографують оточення з сантиметровою точністю.
Кожна з цих систем вимагає точного проєктування оптичного компонента — ґратки, волокна, плазмонного сенсора чи приймальної системи — та перевірки його відгуку перед розгортанням. Помилка в проєктуванні ґратки FBG перетворюється на помилку вимірювання температури в контрольованому об’єкті; помилка в моделі дисперсії волокна DTS призводить до хибних тривог.
Як наше програмне забезпечення підтримує проєктування?
| Продукт | Роль у цій сфері |
|---|---|
 | Проєктування та оптимізація ґраток FBG, LPG та чирпованих ґраток — сенсори температури та деформації |
 | Аналіз параметрів сенсорного волокна — дисперсія, затухання, двозаломлення |
 | Симуляція повних сенсорних систем — DTS, OTDR, мережі FBG з мультиплексуванням WDM |
 | Моделювання плазмонних біосенсорів — структури SPR та LSPR у наноструктурах |
Приклад застосування: мультиплексована мережа FBG для моніторингу мосту
Проєктні припущення
Розроблено волоконно-оптичну систему моніторингу структурного стану мосту з використанням 48 сенсорів FBG (волоконні ґратки Брегга), з’єднаних в архітектурі WDM. Завдання мережі — безперервно вимірювати структурну деформацію та зміни температури в ключових точках об’єкта.
Проєктування ґратки FBG та мультиплексування
Спроєктовано аподизовані ґратки Брегга, що працюють у діапазоні C, забезпечуючи відповідний інтервал каналів і знижені спектральні бічні пелюстки. Параметри ґратки обрано для досягнення необхідної смуги відбиття близько 0,2 нм і стабільної роботи кількох сенсорів на одній волоконній лінії.
Тестування оптичного інтерогатора
Систему зчитування (інтерогатор) перевірено за умов змінної температури, піддаючи систему змінам близько ±80°C. Проаналізовано стабільність вимірювання зсуву довжини хвилі Брегга та здатність компенсувати вплив температури на показання сенсорів.
Аналіз точності вимірювання
Проведені симуляції та випробування дозволили оцінити розподіл сигналу по всій мережі, вплив затухання волокна та здатність одночасно зчитувати всі канали. Спроєктовану архітектуру перевірено на відповідність необхідній роздільній здатності вимірювання приблизно 1°C для моніторингу температури.
Перевірений проєкт
Модель системи дозволила оптимізувати кількість сенсорів, параметри ґратки FBG та конфігурацію волоконного тракту перед встановленням на реальну конструкцію, знижуючи ризик перешкод між каналами, затухання сигналу та проблем з надійністю всієї мережі моніторингу.
Часті запитання
Оптична сенсорика
Чи підтримує OptiGrating симуляцію відгуку сенсора FBG на одночасні зміни температури й деформації?
Так. OptiGrating моделює матрицю чутливості FBG для обох ефектів і дозволяє аналізувати проблему розрізнення температури/деформації за допомогою ґраток різних довжин хвиль або спеціальних конфігурацій із подвійною ґраткою.
Чи можна симулювати мережу з кількох ґраток FBG, мультиплексованих WDM, в OptiSystem?
Так. OptiSystem включає готові блоки сенсорів FBG з моделлю спектрального відгуку, які можна об’єднувати в мережі, мультиплексовані за WDM чи TDM, і симулювати повну систему інтерогатора.
Чи підходить OptiFDTD для моделювання біосенсорів SERS?
Так. OptiFDTD підтримує FDTD-симуляцію металевих наноструктур (Au, Ag) та розраховує посилення електричного поля в ближній зоні — необхідне для проєктування підкладок SERS та оптичних антен для біосенсорики.
Маєте специфічний виклик у цій сфері?
Наш інженер відповість протягом 1 робочого дня, порадить інструменти та варіанти ліцензування.
Надіслати запитання інженеруШукаєте програмне забезпечення OptiSystem?
Завантажте пробну версію на 14-30 днів, щоб випробувати OptiSystem з повною технічною підтримкою під час вашого поточного проєкту.
Завантажити пробну версію OptiSystem