파이버 브래그 격자 질문기: 실제 테스트 설정에서 FBG 감지가 작동하는 방식

6시간의 테스트 후 스트레인 판독 표류를 보았거나 브리지 박스를 통해 전기 노이즈를 추적하는 데 오후를 보낸 적이 있다면 광섬유 브래그 격자 감지가 구조 및 산업 측정에 적합한 이유를 이미 이해하고 계실 것입니다. 그 세계의 중심에는 광섬유 브래그 격자 질문기라는 하나의 장비가 있습니다. 격자에서 돌아오는 빛을 읽고 이를 보고서에서 방어할 수 있는 숫자로 변환합니다.

아래에서는 질문기가 실제로 측정하는 것, 제조업체가 해당 측정을 구현하는 주요 방법, 장치가 테스트에서 작동할지 여부를 결정하는 사양, 광학 프런트 엔드가 작업을 완료하는 데이터 수집, 감지 및 교정 장비와 어떻게 조화를 이루는지 살펴보겠습니다. 다음 내용의 대부분은 진동, 변형률 및 모달 테스트에서 수년간의 측정 체인 구축과 고객이 시스템을 지정하는 동안 우리에게 묻는 질문에서 비롯됩니다.

파이버 브래그 격자 질문기가 실제로 측정하는 것

광섬유 브래그 격자는 코어 굴절률이 주기적인 패턴으로 기록되어 있는 짧은 길이의 광섬유입니다. 이 패턴은 광원을 향해 하나의 좁은 파장 대역을 반사하고 해당 대역의 중심인 브래그 파장은 유도 모드의 격자 주기와 유효 굴절률에 의해 설정됩니다. 섬유를 늘리거나 압축하면 주기가 달라집니다. 따뜻하게 하거나 식히면 유효 지수가 변경됩니다. 두 효과 모두 반사된 피크를 이동시키며, 넓은 작업 범위에 걸쳐 이동은 거의 선형에 가깝습니다.

심문관의 임무는 해당 교대조를 추적하는 것입니다. 이는 광섬유에 빛을 발사하고 격자에 의해 반사된 작은 부분을 수집하며 각 반사 피크의 중심 파장을 지속적으로 결정합니다. 결과는 라인의 모든 센서에 대한 파장 대 시간 기록이며, 적절한 감도 계수가 적용되면 변형률, 온도, 압력, 변위 또는 가속도가 됩니다. 1550nm에서 일반적인 격자는 마이크로스트레인당 약 1.2pm, 섭씨 1도당 약 10pm으로 이동합니다. 이것이 바로 분해능 수치가 피코미터로 표시되고 때로는 피코미터의 분수로 표시되는 이유입니다.

또한 이러한 도구가 아닌 것이 무엇인지 명확하게 파악하는 데 도움이 됩니다. 인터로게이터는 반사되는 광전력이 아닌 파장을 측정합니다. 이러한 단일 설계 결정은 기술의 실질적인 장점 대부분을 설명합니다. 커넥터 손실, 긴 케이블 길이, 소스 노후화 및 굽힘 손실은 모두 되돌아오는 빛의 양을 변경하며 그 중 어느 것도 파장을 변경하지 않습니다. FBG 체인이 고전압 장비 옆, 변압기 내부, 파이프라인을 따라, 긴 구리 런이 안테나처럼 작동하는 풍력 터빈 블레이드에서 원활하게 작동하는 이유이기도 합니다.

다섯 가지 일반적인 심문 접근법 비교

스펙트럼에서 피크를 찾는 방법은 여러 가지가 있으며 설계자가 선택하는 방법에 따라 속도, 채널 수, 물리적 크기 및 비용 등 계측기에 관한 거의 모든 것이 결정됩니다. 이것이 가장 자주 접하게 될 접근 방식입니다.

실제로 결정은 일반적으로 두 가지 질문으로 좁혀집니다. 동시에 읽어야 하는 격자 수는 몇 개이며, 격자는 얼마나 빨리 이동합니까? 1분에 한 번씩 온도를 기록하는 것과 밀리초의 과도 현상을 포착하는 것은 매우 다른 문제이며, 한 가지 분야에서 뛰어난 인테로게이터가 다른 분야에 최적인 경우는 거의 없습니다.

테스트에서 장치의 작동 여부를 결정하는 사양

데이터시트에는 동일한 12개의 매개변수가 나열되는 경향이 있습니다. 중요한 것은 어떤 것이 애플리케이션을 바인딩하는지입니다. 시스템이 승인되기 전에 고객과 함께 거치는 사항은 다음과 같습니다.

• 파장 범위 및 채널 수. 40nm 범위와 100nm 범위는 매우 다른 수의 격자를 포괄하며, 특히 일부가 피크를 분리하기 위해 사전 변형된 경우 더욱 그렇습니다.
• 해상도 대 정확도. 분해능은 장비가 볼 수 있는 가장 작은 변화입니다. 정확도는 절대 판독값이 실제 파장에 얼마나 가까운지를 나타냅니다. 일반적으로 장기적인 안정성과 반복성이 둘 중 더 중요합니다.
• 절대 또는 상대 측정. 일부 작업은 시간이 지남에 따라 변경되기만 하면 됩니다. 온도 보상이나 형상 감지와 같은 다른 작업에는 신뢰할 수 있는 절대 참조가 필요합니다.
• 샘플 또는 스캔 속도. 정적 모니터링, 피로 순환 및 충격 이벤트는 3배 정도 차이가 납니다. 평균이 아닌 포착해야 하는 가장 빠른 현상에 장비를 연결하세요.
• 채널당 다중화 용량. 이는 단일 광섬유가 운반할 수 있는 센서 수를 결정하고, 따라서 설치에 필요한 케이블 수와 커넥터 수를 결정합니다.
• 다이내믹 레인지 및 누화. 강한 하중을 받은 격자가 동일한 광섬유의 가벼운 하중을 받은 격자 옆에 있을 때 약한 피크가 강한 이웃에 의해 당겨져서는 안 됩니다.
• 광학 예산 및 커넥터. 단일 모드 광섬유 유형, 코팅, FC/APC 종단 및 접속 품질은 모두 신호가 감지기에 도달하기 전에 예산을 소비합니다.
• 환경 등급. 랙에 있는 실험실 장치와 교량 데크에 있는 현장 장치는 온도 범위, 진동 내성 및 침투 보호에 대한 요구 사항이 다릅니다.
• 소프트웨어, 인터페이스 및 동기화. 트리거 입력, 공유 시계, 스트리밍 API 및 내보내기 형식에 따라 인터로게이터가 측정 시스템의 나머지 부분에 얼마나 쉽게 결합되는지가 결정됩니다.
• 교정 및 추적성. 파장 참조 드리프트. 계측기가 어떻게 검증되는지, 얼마나 자주 검증되는지, 어떤 문서가 함께 제공되는지 물어보세요.

귀하의 애플리케이션에 실제로 어느 정도의 속도가 필요합니까?

아래 차트는 사양이 아닌 상대적 수요를 보여 주지만 이 분야의 모든 구매 결정을 형성하는 스프레드를 포착합니다.

교훈은 간단합니다. 필요한 곳에서는 속도를 구매하고 다른 곳에서는 안정성을 구매하세요. 좋은 파장 기준을 갖춘 더 느리고 조용한 장비는 몇 주에 걸친 드리프트가 진정한 적인 장기간 모니터링에서 더 빠른 장비보다 성능이 뛰어난 경우가 많습니다.

파이버 브래그 격자 감지가 유지되는 곳

이 기술은 기존의 전기 감지가 벽에 부딪힐 때 선택됩니다. 우리가 계속해서 보게 되는 몇 가지 패턴은 다음과 같습니다.

• 구조적 상태 모니터링. 교량, 댐, 터널, 파일 및 파이프라인 지지대에서는 수십 개의 변형 및 온도 지점이 하나의 광섬유와 하나의 인터로게이터를 공유합니다.
• 에너지와 힘. 전자기 내성이 모든 종류의 소음 문제를 제거하는 변압기 권선, 발전기 고정자, 고전압 환경 및 터빈 블레이드.
• 항공우주 및 복합재. 제조 과정에서 라미네이트에 직접 내장된 격자는 표면 결합 게이지가 살아남지 못하는 곳에서도 살아남습니다.
• 철도 및 교통. 날씨, 진동 및 전기 간섭에 노출된 레일, 침목 및 차량 구조를 장기간 모니터링합니다.
• 산업 기계 및 공정 공장. 패시브 유리 센서가 호일 게이지 및 리드 와이어보다 오래 지속되는 뜨겁거나 습하거나 화학적으로 공격적인 위치.

한 가지 실용적인 주의 사항은 명백하게 언급할 가치가 있습니다. 노출된 격자는 변형과 온도에 동시에 반응한다는 것입니다. 애플리케이션이 변형 없는 기준 격자를 각 측정 격자와 쌍을 이루거나 열 응답을 특성화하여 두 가지를 분리하지 않는 한, 인테로게이터는 두 효과를 혼합하는 숫자를 충실하게 보고합니다.

나머지 체인: 파장 데이터부터 최종 측정까지

질문자가 혼자 일하는 경우는 거의 없습니다. 파장 기록은 가속도, 힘, 압력, 변위, 회전 속도 등 테스트의 다른 모든 요소와 동기화된 후 분석되어야 합니다. 이것이 우리가 Yangzhou Zhenzhong Testing Technology에서 근무하는 체인의 일부입니다.

전기적 측면에서 동적 신호 분석기는 다양한 센서에 필요한 입력 조절을 통해 여러 채널에 걸쳐 동시 샘플링을 처리합니다. 당사의 USB, 100Mbps 네트워크 및 기가비트 네트워크 장비는 최대 32채널 동기 획득까지 단일 채널 휴대용 작업을 포괄하며, 이는 대규모 구조 또는 다지점 모달 측량이 일반적으로 요구하는 것입니다. 기존 장비와 비교하여 이러한 상자가 어디에 있는지 더 명확하게 알고 싶으시면 동적 신호 분석기가 기존 장비와 어떻게 다른지 좋은 출발점입니다.

ZT-U8204C 4채널 동적 신호 분석기 4개 채널, 24비트 변환 및 전압/IEPE/충전 입력은 직접 센서 연결을 통한 모달, 기계 결함, 소음 및 과도 측정에 적합합니다. 제품보기 →

잡음이 있는 가속도계와 결합된 깨끗한 광학 판독값은 여전히 의심스러운 결과를 생성하기 때문에 감지 계층도 그만큼 중요합니다. 전하 및 IEPE 가속도계, 마이크로 3축 장치, 힘 및 압력 변환기, 음향 마이크는 테스트 중인 현상의 주파수 범위 및 진폭과 일치하도록 선택되며 그 반대가 아닙니다.

Yangzhou Zhenzhong Testing의 IEPE 가속도계 카테고리 이 카테고리에서는 전하 및 마이크로 3축 가속도계 목록과 함께 Zhenzhong Testing의 IEPE 가속도계 제품군을 소개하지만 현재 개별 모델은 표시되지 않습니다. 제품보기 →

마지막으로 캘리브레이션이 있습니다. 측정 체인은 그 끝의 기준만큼만 우수하며 이는 광학 채널과 전기 채널 모두에 해당됩니다. 현장에서 검증 가능한 센서 및 채널 점검을 통해 캠페인 간, 실험실 간, 연도 간 수치를 비교 가능하게 유지합니다.

Zhenzhong Testing의 휴대용 진동 교정기 카테고리 이 카테고리에서는 개별 모델과 사양이 표시되지 않지만 측정 체인 참조를 확인하는 사용자를 위한 5가지 제품을 나열하는 Zhenzhong Testing의 휴대용 진동 교정기 제품을 강조합니다. 제품보기 →

이러한 조각들을 한 번에 하나씩 구매하여 조립하는 것이 아니라 함께 디자인하면 통합 작업이 급격히 떨어집니다. 그것이 우리의 이유입니다. 진동 및 동적 테스트 솔루션 , 여기, 감지, 수집, 분석 소프트웨어 및 서비스를 단일 책임 시스템으로 결합합니다.

실용적인 선택 체크리스트

1. 측정해야 하는 물리량, 예상 범위, 해결해야 하는 가장 빠른 변화를 적어보세요.
2. 감지 지점을 계산하고 광섬유와 채널에 분산되는 방법을 결정합니다.
3. 해당 수와 속도에 맞는 심문 방법을 선택한 다음 케이블 길이에 대한 광학 예산을 확인하십시오.
4. 트리거, 공유 시계 또는 타임스탬프 스트리밍을 통해 장비가 다른 채널과 어떻게 동기화되는지 확인하세요.
5. 한 순간의 해상도 수치뿐만 아니라 몇 시간 또는 며칠에 걸친 안정성 사양을 요청하세요.
6. 교정 및 검증 과정을 수행하는 사람과 받은 인증서 등을 확인하십시오.
7. 커밋하기 전에 자신의 데이터, 특히 팀이 사용할 내보내기 및 분석 워크플로로 소프트웨어를 테스트하세요.

우리가 가장 자주 듣는 질문

한 명의 질문자가 긴장과 온도를 동시에 처리할 수 있습니까?

예, 설치가 계획되어 있다면 가능합니다. 일반적인 접근 방식은 각 측정 격자 근처에 변형 없는 격자를 배치하여 온도 전용 피크를 뺄 수 있도록 하는 것입니다. 두 유형의 격자 모두 동일한 광섬유에 위치하며 동일한 장비로 판독됩니다.

하나의 채널을 공유할 수 있는 센서는 몇 개입니까?

이는 장비의 파장 범위와 분리 가능한 상태를 유지하기 위해 피크가 얼마나 떨어져 있어야 하는지에 따라 달라집니다. 서로 다른 중심 파장을 가진 격자는 사용 가능한 스펙트럼 전체에 분산되어 있으므로 범위와 다중화 용량이 밀접하게 연결되어 있습니다.

이미 FBG 센서가 있는 경우에도 기존 가속도계가 필요합니까?

일반적으로 모달 및 진동 작업의 경우 그렇습니다. 광학 변형 감지는 구조가 어떻게 변형되는지를 설명하고 가속도계는 구조가 어떻게 움직이는지를 설명합니다. 대부분의 심각한 테스트 프로그램은 두 가지를 모두 기록하고 함께 분석합니다. 이것이 바로 체인의 광학적 측면과 전기적 측면 간의 동기화가 조기에 주목받을 가치가 있는 이유입니다.

광섬유 브래그 격자 질문기는 우아한 장비이지만 센서 설치 결정으로 시작하여 누군가가 서명해야 하는 분석 결과로 끝나는 체인의 하나의 링크입니다. 원활하게 진행되는 프로젝트는 구매 주문 전에 범위, 속도, 채널 수, 케이블 연결 및 교정이 모두 완료된 프로젝트입니다.

지금 해당 체인을 구축 중이고 전기적 측면에 대한 2차 의견을 원하신다면 저희 팀에서 채널 수, 입력 유형, 샘플링 속도 및 교정 실습에 대해 기꺼이 상담해 드리겠습니다. 측정 계획을 보내주시면 광학 솔루션이 어디에 적합한지, 기존 솔루션이 더 나은 서비스를 제공할 수 있는지 솔직하게 알려드리겠습니다.