Kısa cevap
FBG sorgulayıcı (interrogator), fibere ışık gönderen, hat üzerindeki her Fiber Bragg Izgarası (FBG) sensörünün yansıttığı Bragg dalga boyunu okuyan ve bu kaymayı gerinim, sıcaklık, ivme ya da basınç değerine çeviren optoelektronik cihazdır. Seçimde dalga boyu aralığı, kanal sayısı, örnekleme hızı ve tekrarlanabilirlik uygulamaya göre eşleştirilir. DuyuSense, zorlu ortamlarda gerçek zamanlı ve yüksek hızlı ölçüm için patentli bir FBG sorgulama sistemi geliştirir.
FBG sorgulayıcı tam olarak ne işe yarar?
FBG sorgulayıcı, bir veya birden fazla optik fibere ışık gönderir ve her Fiber Bragg Izgarasının (FBG) yansıttığı tepe dalga boyunu ölçer. Her ızgara kendi Bragg dalga boyu çevresindeki dar bir bandı yansıttığından cihaz, her sensör için bir tepe içeren bir tarak görür.
Sensör gerildiğinde ya da ısındığında tepe noktası kayar. 1550 nm civarında bu kayma tipik olarak mikrogerinim başına yaklaşık 1,2 pm, °C başına yaklaşık 10 pm düzeyindedir. Sorgulayıcı bu kaymaları pikometre mertebesinde kararlılıkla izler ve kalibrasyon katsayılarıyla mühendislik birimlerine dönüştürür.
Uygulamada sistemin kalbi sorgulayıcıdır: sensörler pasif camdır; ulaşılabilir hızı, çözünürlüğü, sensör sayısını ve veri arayüzünü sorgulayıcı belirler.
- Giriş: pasif FBG sensörlerden dönen ışık (sensör noktasında elektrik gerekmez)
- Temel görev: her ızgara için tepe tespiti ve dalga boyu takibi
- Çıkış: Ethernet veya endüstriyel protokoller üzerinden zaman damgalı gerinim, sıcaklık, ivme ya da basınç verisi
Hangi sorgulama yöntemleri kullanılır, farkları nelerdir?
Sahada üç mimari öne çıkar: taramalı (ayarlanabilir) lazer, geniş bantlı kaynak ile spektrometre ve kenar filtreli (oransal) tasarımlar. Her biri hız, çözünürlük, optik bütçe ve maliyet arasında farklı bir denge kurar.
Taramalı lazer sorgulayıcılar dar çizgi genişlikli bir lazeri bant boyunca tarar ve yansıyan gücü zamana göre kaydeder; zaman doğrudan dalga boyuna karşılık gelir. Yüksek optik güç ve geniş dinamik aralık sunduğu için uzun fiberlerde ve kanal başına çok sensörlü hatlarda avantajlıdır. Geniş bantlı kaynak ve spektrometre tüm ızgaraları aynı anda aydınlatır, spektrumu bir dedektör dizisiyle yakalar; hareketli parça içermez. Kenar filtreli yöntemler dalga boyu kaymasını şiddet oranına çevirir ve az sayıda sensörde çok yüksek örnekleme hızlarına imkân verir.
- Taramalı lazer: güçlü optik bütçe, çok sensör, statik ve orta hızlı dinamik ölçüme uygun
- Spektrometre tabanlı: kompakt, dayanıklı, tüm tepeleri eş zamanlı yakalar
- Kenar filtreli: çok hızlı, az sensörlü, titreşim ve akustik ölçümlere uygun
FBG sorgulayıcı alırken hangi özellikler karşılaştırılmalı?
Altı değeri yan yana koyun: dalga boyu aralığı, optik kanal sayısı, kanal başına sensör sayısı, örnekleme hızı, dalga boyu çözünürlüğü ve tekrarlanabilirlik, cihazın statik mi dinamik ölçüm için mi tasarlandığı. Bu değerler birlikte kaç noktayı ne hızda izleyebileceğinizi belirler.
Kanal başına sensör sayısını dalga boyu aralığı ve ızgara aralığı belirler: yaklaşık 40 nm'lik bir aralık (tipik olarak 1510 ile 1590 nm arası) her biri birkaç nanometrelik çalışma penceresi isteyen ızgaralarla paylaşıldığında fiber başına kabaca 10 ile 30 sensör elde edilir. Pikometre cinsinden verilen tekrarlanabilirlik, ekran çözünürlüğünden daha anlamlıdır; çünkü sıcaklık kayması ve uzun süreli çalışma sonrasında geçerli kalan değer odur.
- Dalga boyu aralığı (nm): sensörler için kullanılabilir spektral alan
- Kanal sayısı: paralel ya da optik anahtarla okunan bağımsız fiberler
- Kanal başına sensör: aralığa ve her sensörün çalışma penceresine bağlıdır
- Örnekleme hızı: yapısal izlemede birkaç Hz'den titreşimde kHz mertebesine
- Çözünürlük ve tekrarlanabilirlik (pm): güvenilir ölçülebilen en küçük gerinim veya sıcaklık değişimi
- Statik ve dinamik: uzun dönem kayma kararlılığı ile hızlı olaylar için bant genişliği
FBG gerinim ölçümünde sıcaklık kompanzasyonu nasıl yapılır?
Sıcaklık kompanzasyonu, aynı sıcaklığı gören ancak gerinim almayan ikinci bir FBG ile yapılır; bu referansın dalga boyu kayması gerinim sensörünün kaymasından çıkarılır. Çıplak ızgara hem gerinime hem sıcaklığa tepki verdiği için uzun süreli her gerinim ölçümünde bu ayrıştırma zorunludur.
Kompanzasyon ızgarası, mekanik yük almaması için bir tüp ya da paket içinde serbest bırakılır. Mühendisler ayrıca taşıyıcı yapının ısıl genleşmesini de hesaba katar; sıcaklıkla genleşen çelik veya beton sensörün ölçtüğü gerçek bir gerinim üretir. Diğer yaklaşımlar arasında atermal paketleme ve farklı duyarlılıklara sahip çift ızgaralı tasarımlar bulunur; bu tasarımlarda gerinim ve sıcaklık iki denklemli bir sistemle çözülür.
- Referans FBG: yalnızca sıcaklık okuyan serbest ızgara
- Yapı düzeltmesi: taşıyıcı malzemenin ısıl genleşme katsayısı dikkate alınır
- Çift parametreli sensörler: gerinim ve sıcaklık katsayıları farklı iki ızgara
Hangi tip paketlenmiş FBG sensörleri vardır?
FBG sensörleri beş yaygın büyüklük için paketlenir: gerinim, sıcaklık, ivme, basınç ve eğim. Paket, fiziksel büyüklüğü ızgara üzerinde kontrollü bir gerinime dönüştürürken fiberi de korur.
Gerinim sensörleri kaynaklı, yapıştırmalı ya da beton ve kompozit içine gömülü olarak uygulanır. Sıcaklık sensörleri ızgarayı yükten yalıtır. İvmeölçerlerde ızgara bir yay-kütle elemanına bağlanır; basınç sensörleri diyafram, eğim sensörleri sarkaç veya eğik kütle kullanır. Farklı tipler aynı fiberi paylaşabildiğinden büyük projelerde kablolama sadeleşir.
- Gerinim: kaynaklı, yüzeye yapıştırmalı, gömülü veya kompozite entegre
- Sıcaklık: gerinimden yalıtılmış gövde, çoğunlukla kompanzasyon referansı olarak
- İvmeölçer: titreşim ve sismik tepki için yay-kütle tasarımı
- Basınç: akışkanlar, kuyular ve boru hatları için diyafram tabanlı
- Eğim ve yer değiştirme: dönme ve hareket için sarkaç veya kaldıraç mekanizması
Bir FBG izleme sistemi nasıl boyutlandırılır?
FBG sistemi, ölçüm noktalarından başlanarak boyutlandırılır; ardından fiber başına sensör, kanal sayısı ve örnekleme hızı belirlenir. Sorgulayıcı, bu sayılar netleştikten sonra en son seçilir.
Önce her noktayı ve ölçülecek büyüklüğü listeleyin; her gerinim bölgesi için bir sıcaklık referansını da ekleyin. Noktaları konuma göre fiber hatlarına gruplayın ve her hattaki sensörlerin, beklenen tam ölçek kaymalarına yetecek aralıkla dalga boyu bandına sığdığını kontrol edin. Gerekli örnekleme hızı, yakalanacak en hızlı olaydan çıkar; tipik olarak en yüksek frekansının birkaç katı seçilir. Son olarak konnektör ve kablo boyundan gelen optik kaybı ekleyin, ileride genişleme için yedek kanal bırakın.
- Sıcaklık referansları dahil nokta ve büyüklükleri sayın
- Tam ölçek aralığına göre her sensöre dalga boyu penceresi ayırın
- Fiber başına sensör ve güzergâhtan kanal sayısını çıkarın
- Örnekleme hızını ilgilenilen en hızlı olaya göre belirleyin
- Optik bütçeyi doğrulayın, yedek kapasite planlayın
DuyuSense FBG sorgulama ve sensör tasarımında ne sunuyor?
DuyuSense, zorlu ortamlarda gerçek zamanlı ve yüksek hızlı ölçüm için tasarlanmış patentli bir FBG sorgulama sistemi ile duyarlılık ve dayanıklılık odaklı özgün FBG sensörleri geliştirir. Şirket, İstanbul'da İTÜ Teknokent'te (ITU Teknopark) yer alır.
DuyuSense sorgulayıcının ötesinde özel sensör tasarımı, fikirden saha testli prototipe kadar prototipleme, sistem entegrasyonu, danışmanlık ve eğitim desteği sunar. Uzun mesafeli titreşim izlemesi gereken projelerde ekip Dağıtık Akustik Algılama (DAS) da geliştirir ve iki teknolojiyi birlikte kurgulayabilir. Pilot çalışma ve B2B proje ortaklıkları için contact@duyusense.com adresinden ulaşılabilir.
- Patentli FBG sorgulama: gerçek zamanlı, yüksek hızlı, zorlu ortamlara uygun
- Duyarlılık ve dayanıklılık odaklı özgün FBG sensörleri
- Özel sensör tasarımı ve saha testli prototipleme
- Sistem entegrasyonu, danışmanlık ve eğitim desteği
| Kriter | FBG sensörü | Elektriksel strain gauge |
|---|---|---|
| Sinyal türü | Optik dalga boyu kayması, elektromanyetik girişimden etkilenmez | Direnç değişimi, EMI ve kablo gürültüsüne duyarlı |
| Kablo başına sensör | Tek fiber üzerinde çok sayıda sensör | Tipik olarak kablo başına bir sensör (çok telli) |
| Kablo uzunluğu | Düşük kayıpla kilometrelerce | Hat direnci ve gürültüyle sınırlı |
| Sensörde enerji | Gerekmez, pasif cam | Uyartım gerilimi gerekir |
| Tehlikeli veya yüksek gerilimli alanlar | Uygun, sahada elektrik akımı yok | Özel koruma ve yalıtım ister |
| Uzun dönem kayma | Düşük, mutlak dalga boyu kodlaması | Sıfır kayması görülebilir, neme ve yapıştırmaya duyarlı |
| İlk yatırım | Sorgulayıcı maliyeti yüksek, ölçek büyüdükçe nokta başı maliyet düşük | Küçük sistemlerde nokta başı maliyet düşük |
Sıkça sorulan sorular
FBG sorgulayıcı nedir?
FBG sorgulayıcı, optik fibere ışık gönderen ve her Fiber Bragg Izgarası sensörünün yansıttığı dalga boyunu ölçen cihazdır. Her dalga boyu kaymasını kalibrasyon katsayılarıyla gerinim, sıcaklık, ivme veya basınca çevirir ve zaman damgalı veriyi izleme yazılımına aktarır. Sensörler pasif olduğundan hızı, çözünürlüğü ve kapasiteyi sorgulayıcı belirler.
Bir sorgulayıcı kanalı kaç FBG sensörü okuyabilir?
Bu, dalga boyu aralığına ve her sensörün ihtiyaç duyduğu spektral alana bağlıdır. Tipik olarak yaklaşık 40 nm'lik bir aralık ve sensör başına birkaç nanometre ile bir kanal genellikle 10 ile 30 arasında sensör okur. Çok kanallı sorgulayıcılar bu sayıyı katlar; tek bir cihaz onlarca ile yüzlerce ölçüm noktasını yönetebilir.
Taramalı lazerli ve spektrometreli sorgulayıcı arasındaki fark nedir?
Taramalı lazerli sorgulayıcı ayarlanabilir bir lazeri bant boyunca tarar ve yansımaları zamana göre kaydeder; güçlü optik bütçesiyle uzun ve çok sensörlü hatlara uygundur. Spektrometreli sorgulayıcı geniş bantlı kaynak ve dedektör dizisiyle tüm tepeleri aynı anda yakalar, hareketli parça içermez. Seçim hız, sensör sayısı ve optik bütçeye göre yapılır.
FBG izleme için hangi örnekleme hızı gerekir?
Örnekleme hızı, ölçülen olgunun en yüksek frekansının birkaç katı olmalıdır. Yavaş yapısal veya ısıl izleme tipik olarak birkaç Hz ya da daha azıyla yapılabilirken titreşim, modal analiz ve darbe tespiti çoğunlukla yüzlerce Hz ile birkaç kHz arası hız ister. Gereğinden yüksek hız, doğruluğu artırmadan veri hacmini büyütür.
FBG sensörlerde gerinim ve sıcaklık nasıl ayrılır?
Standart yöntemde gerinim sensörünün yanına, aynı sıcaklığı gören ancak yük almayan bir referans FBG yerleştirilir ve onun dalga boyu kayması çıkarılır. Taşıyıcı yapının ısıl genleşmesi de ayrıca düzeltilir. Alternatif olarak atermal paketleme veya farklı duyarlılıklara sahip çift ızgaralı sensörler kullanılır; gerinim ve sıcaklık iki denklemle çözülür.
FBG sensörü elektriksel strain gauge'dan daha mı iyi?
Elektromanyetik girişim, uzun kablo mesafeleri, tehlikeli alanlar veya çok sayıda ölçüm noktası söz konusuysa FBG öne çıkar; tek bir pasif fiber kilometrelerce mesafede çok sayıda sensör taşıyabilir. Kısa kablolu küçük laboratuvar düzeneklerinde elektriksel strain gauge ekonomik kalır. Büyük veya zorlu ortamlı projelerde FBG kablolama yükünü ve uzun dönem kaymayı azaltır.
FBG sensörler zorlu ortamlarda ne kadar dayanır?
Doğru paketlenmiş FBG sensörler uzun yıllar hizmet verecek şekilde tasarlanır; çünkü ızgara camın içine yazılır ve ölçüm noktasında elektronik bulunmaz. Ömrü asıl belirleyen paket, yapıştırıcı ya da kaynak bağlantısı ve kablo korumasıdır. Sahanın sıcaklık, nem ve mekanik yük koşullarına uygun ızgara ve paket seçimi belirleyicidir.
DuyuSense özel FBG sensörü ve sorgulama sistemi tasarlıyor mu?
Evet. DuyuSense, zorlu ortamlarda gerçek zamanlı ve yüksek hızlı ölçüm için patentli bir FBG sorgulama sistemi ile duyarlılık ve dayanıklılık odaklı özgün FBG sensörleri geliştirir. Ayrıca özel sensör tasarımı, saha testli prototipe kadar prototipleme, sistem entegrasyonu ve danışmanlık sunar. Pilot ve ortaklık talepleri contact@duyusense.com adresine iletilebilir.