كابلات استشعار الألياف البصرية

يمكن استخدام كابلات استشعار الألياف الضوئية ليس فقط لنقل البيانات، ولكن أيضًا لقياس درجة الحرارة والإجهاد والإشارات الصوتية، حتى في البيئات القاسية. تتيح حلول استشعار درجة الحرارة الموزعة (DTS) والاستشعار الصوتي / الاهتزاز الموزع (DAS وDVS) من AP Sensing المراقبة الفعالة للبنى التحتية والمباني الحيوية مثل أنفاق وطرق السكك الحديدية وخطوط الأنابيب وقنوات الحافلات ومرائب السيارات.

تتكون كابلات الألياف الضوئية عادةً من ثلاثة مكونات: القلب والطلاء والكسوة الخارجية. ويكون للكسوة الخارجية والقلب مؤشرات انكسار مختلفة، ويقصد بها سرعة انتشار الضوء في المادة. من خلال تقليل الزاوية الحرجة العادية، يتم تحقيق أقصى قدر من الانعكاس الداخلي الكلي، بحيث يمكن للضوء أن يتحرك لعدة كيلومترات بأقل قدر من التوهين.

كابلات المستشعرات لدينا سلبية تمامًا ومتوفرة بمجموعة متنوعة من التركيبات والتهيئات المختلفة بما في ذلك الأنابيب المعدنية أو الخالية من المعادن أو أنبوب في أنبوب أو الصلب المصفح غير القابل للصدأ. يقلل الكابل الخالي من المعادن من مخاطر الجهد المستحث وعادةً ما يكون مرنًا، بينما تتمتع الكابلات المعدنية المدرعة بحماية عالية ضد القوارض، كما أنها تتسم بالقوة وهي الخيار المناسب للبيئات القاسية. بالإضافة إلى ذلك، تتوفر مجموعة واسعة من الأغلفة المناسبة، على سبيل المثال أغلفة مانعة لاشتعال اللهب وغير قابلة للتآكل (FRNC) أو البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) المقاوم للمياه أو غير ذلك.

لتقوية القلب والكسوة وحمايتها، يتم استخدام طلاء أساسي. يجب اختيار طلاء الألياف بما يتناسب مع نطاق درجة الحرارة الساري وتقنية الاستشعار المستخدمة. تستخدم ألياف الاستشعار لنطاقات درجة الحرارة القياسية طلاءات الأكريليت، بينما تستخدم الألياف الخاصة بنطاقات درجات الحرارة الأعلى أوالكريوجينية طلاءات من البوليميد.

نطاق درجة الحرارة المحيطة للطلاء الأساسي
الأكريليت	-40 درجة مئوية إلى +90 درجة مئوية
الأكريليت عالي الحرارة	-40 درجة مئوية إلى +150 درجة مئوية
بارافورمالدهيد السليكون	-40 درجة مئوية إلى +200 درجة مئوية
البوليميد	-180 درجة مئوية إلى +300 درجة مئوية
المعدن	أكثر من 300 درجة مئوية

 

تتوفر كابلات الاستشعار بألياف متعددة الأوضاع (MM) وألياف أحادية الوضع (SM) أو بمزيج من الاثنين معًا. بالنسبة للألياف متعددة الأوضاع، عادةً ما يتم اختيار قلب قطره 50 ميكرومتر أو 62.5 ميكرومتر، مما يتيح انتقال قدر أكبر للغاية من الضوء عبر القلب بشكل ملحوظ مقارنة بالألياف أحادية الوضع.وحاليًا، يُفضل استخدام قلب 50 ميكرومتر على 62.5 ميكرومتر في معظم الحالات، وقد أصبح المعيار المعمول به والثابت للألياف متعددة الأوضاع. تحتوي معظم الألياف متعددة الأوضاع أيضًا على مؤشر متدرج (GI) لمقطعها العرضي. وهذا يعني أن الانتقال في مؤشر الانكسار يكون تدريجيًا بين الكسوة الخارجية والقلب، على عكس ألياف المؤشر الخطوي، حيث يتناقص معامل الانكسار بشكل حاد من القلب إلى الكسوة الخارجية (وهي تستخدم غالبًا للألياف أحادية الوضع.

يكون الوضع الرئيسي لانتشار الضوء على طول محور الألياف المركزي، عندما تنبعث نبضة أولية من ضوء الليزر في الألياف الضوئية. إذا دخل الضوء إلى الألياف بزاوية مع خط الوسط الخاص بها، فإن هذا ينتج عنه انعكاسات داخلية تتسبب في انتقال الضوء في شكل مؤشر خطوي (مسار متعرج أو حلزوني) عبر الألياف. يكون المسار البصري لبعض أشعة الضوء أطول من البعض الآخر وسيصل بعد ضوء الوضع الرئيسي. نظرًا لانخفاض مؤشر الانكسار بالقرب من حافة الألياف، فإن المؤشر المتدرج (GI) للألياف متعددة الأوضاع يسمح للأوضاع غير الرئيسية للضوء بالانتقال بشكل أسرعوهذا يقلل من تأثير التشتت المشروط.

وبشكل نموذجي، يتم استخدام الألياف متعددة الأوضاع مع استشعار درجة الحرارة الموزعة (DTS) ومع معظم وصلات الاتصال للألياف البصرية ذات النطاق الترددي العالي. تحتوي الألياف متعددة الأوضاع على مقاطع عرضية أكبر بكثير تتيح قدرًا أكبر من الضوء، والذي يمكن إقرانه بعد ذلك ثم عكسه داخليًا في القلب. مقارنة بقلب الألياف أحادية الوضع، تقلل الألياف متعددة الأوضاع من عدم تطابق محاذاة القلب، لذلك يتم فقد قدر أقل من الضوء عند التوصيلات والموصلات الميكانيكية. وينتج عن هذا معدل أفضل لنسبة الإشارة إلى التشويش (SNR) وأداء أفضل للدقة لأنظمة استشعار درجة الحرارة الموزعة (DTS).

ومع ذلك، فإن الألياف أحادية الوضع تكون مفيدةً لأنظمة مختلفة. عادةً ما تحتوي الألياف أحادية الوضع على قلب صغير يبلغ قطره 9 ميكرومتر. ومن خلال السماح للضوء بالانتشار في وضع واحد فقط، يتم تقليل التشتت المشروط. ويمكن أن يقترن ضوء أقل بالألياف، لذا فإن الحصول على قياسات من إشارة تشتت رامان يكون أكثر صعوبة. ونظرًا لأن إشارة تشتت رايلي أكثر حده من  إشارة تشتت رامان، فإن الألياف أحادية الوضع هي الأكثر استخدامًا مع أنظمة استشعار الصوت / الاهتزاز الموزع (DAS أو DVS)، حيث تستخدم هذه الأنظمة إشارة تشتت رايلي. 

يمكن استخدام كابلات استشعار الألياف الضوئية حتى في المواقع البعيدة، حيث إن هذه الكابلات تكون صغيرة للغاية في الحجم ولا تحتاج إلى طاقة كهربائية لكي تعمل. كما أن كابلات الاستشعار أيضًا محصنة ضد التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) ولا تقوم بتوصيل الكهرباء، لذلك يمكن استخدامها في المواقع ذات الجهد الكهربائي العالي أو عند وجود مواد قابلة للاشتعال مثل وقود الطائرات في حظائر الطائرات في المطارات.

سيعمل فريق مهندسي التطبيقات لدينا معك فيما يتعلق بمتطلبات مشروعك للوصول إلى توازن بين التكاليف والتوصيل الحراري والمتانة.

السمات الرئيسية

• التوطين الدقيق للأحداث
• قياس درجة الحرارة والإجهاد والاهتزاز والصوت
• حصانة ضد التداخل الكهرومغناطيسي (EMI)
• عدم الحاجة إلى الصيانة (وهو أمر ضروري للمناطق التي يتعذر الوصول إليها)
• ملائم للاستخدام في المناطق الخطرة المتفجرة
• عنصر مستشعر صغير ومرن وسلبي تمامًا
• متاح لدرجات الحرارة من -180 درجة مئوية إلى +300 درجة مئوية