Wyzwania inżynierskie w branży sensoryka optyczna
Czujniki oparte na technologii optycznej rewolucjonizują monitorowanie infrastruktury, diagnostykę przemysłową i biomedyczną. Siatki Bragga (FBG) mierzą temperaturę i odkształcenia w mostach, elektrowniach i samolotach. Systemy DTS (Distributed Temperature Sensing) monitorują kilometry rurociągów jednym włóknem. Biosensory SPR (Surface Plasmon Resonance) wykrywają białka i wirusy w stężeniach femtomolowych. Systemy LiDAR mapują otoczenie z centymetrową precyzją.
Każdy z tych systemów wymaga precyzyjnego projektowania komponentu optycznego — siatki, włókna, czujnika plazmonicznego lub układu odbiorczego — oraz weryfikacji jego odpowiedzi przed wdrożeniem. Błąd w projekcie siatki FBG przekłada się na błąd pomiaru temperatury w monitorowanym obiekcie; błąd w modelu dyspersji włókna DTS daje fałszywe alarmy.
Jak nasze oprogramowanie wspiera projektowanie?
| Produkt | Rola w tym zakresie |
|---|---|
 | Projektowanie i optymalizacja siatek FBG, LPG i chirped — czujniki temperatury i naprężeń |
 | Analiza parametrów włókien czujnikowych — dyspersja, tłumienie, birefringencja |
 | Symulacja kompletnych systemów sensorycznych — DTS, OTDR, sieci FBG multipleksowanych WDM |
 | Modelowanie biosensorów plazmonicznych — struktury SPR i LSPR w nanostrukturach |
multipleksowana sieć FBG do monitorowania mostu
Założenia projektowe
Opracowano światłowodowy system monitorowania stanu technicznego mostu wykorzystujący 48 czujników FBG (Fiber Bragg Grating) połączonych w architekturze WDM. Zadaniem sieci jest ciągły pomiar odkształceń konstrukcji oraz zmian temperatury w kluczowych punktach obiektu.
Projekt siatek FBG i multipleksacji
Zaprojektowano apodyzowane siatki Bragga pracujące w paśmie C-band, zapewniające odpowiedni odstęp kanałowy oraz ograniczenie listków bocznych widma. Dobór parametrów siatek umożliwił uzyskanie wymaganej szerokości pasma odbiciowego około 0,2 nm oraz stabilną pracę wielu sensorów w jednej linii światłowodowej.
Testy interrogatora optycznego
Układ odczytowy (interrogator) zweryfikowano w warunkach zmiennej temperatury, poddając system zmianom w zakresie około ±80°C. Analizowano stabilność pomiaru przesunięcia długości fali Bragga oraz zdolność kompensacji wpływu temperatury na wskazania czujników.
Analiza dokładności pomiarowej
Przeprowadzone symulacje i testy pozwoliły ocenić rozkład sygnałów w całej sieci, wpływ tłumienia włókna oraz możliwość jednoczesnego odczytu wszystkich kanałów. Zweryfikowano, że zaprojektowana architektura spełnia wymagania dotyczące rozdzielczości pomiarowej na poziomie około 1°C dla monitoringu temperaturowego.
Zweryfikowany projekt
Model systemu umożliwił optymalizację liczby sensorów, parametrów siatek FBG oraz konfiguracji toru światłowodowego przed wykonaniem instalacji w rzeczywistym obiekcie. Pozwoliło to ograniczyć ryzyko problemów z interferencją kanałów, tłumieniem sygnału i niezawodnością całej sieci monitorującej.
Najczęściej zadawane pytania
Sensoryka optyczna
Czy OptiGrating obsługuje symulację odpowiedzi czujnika FBG na jednoczesne zmiany temperatury i naprężenia?
Tak. OptiGrating modeluje macierz wrażliwości FBG na oba efekty i pozwala analizować problem rozróżnienia temperatury od naprężenia (discrimination problem) przy zastosowaniu siatek o różnej długości fali lub specjalnych konfiguracji dwu-siatek.
Czy można symulować sieć wielu siatek FBG multipleksowanych WDM w OptiSystem?
Tak. OptiSystem zawiera gotowe bloki czujnika FBG z modelem odpowiedzi spektralnej, które można łączyć w sieci multipleksowane WDM lub TDM i symulować kompletny system interrogatora.
Czy OptiFDTD nadaje się do modelowania biosensorów SERS?
Tak. OptiFDTD obsługuje symulacje FDTD nanostruktur metalicznych (Au, Ag) i oblicza wzmocnienie pola elektrycznego bliskiego — niezbędne do projektowania substratów SERS i anten optycznych dla biosensoryki.
Masz specyficzne wyzwanie z tej dziedziny?
Nasz inżynier odpowie w ciągu 1 dnia roboczego, doradzi narzędzia i opcje licencyjne.
Wyślij pytanie do inżynieraSzukasz oprogramowania OptiSystem?
Pobierz wersję testową na 14-30 dni, by wypróbować OptiSystem z pełną obsługą techniczną podczas Twojego bieżącego projektu.
Pobierz trial OptiSystem