HBM 光学测量技术系统成本效益分析

光学测量技术在许多应用中越来越受欢迎,并且随着技术的发展其具有越来越多的优势。

FBG(布拉格光栅)传感器和解调仪可提供高度精确的测量方案:

  • 长距离 (km 范围) 以及特殊应用场景 (例如,强磁场、EMI/RFI, 爆炸风险等.).
  • 大量不同类型的传感器连接到一根光纤上,降低了网络和安装的复杂性。
  • 由于光纤体积小、重量轻,可以布置在难以到达的位置和测量点。

在比较光纤或传统技术的传感器和数据采集系统时,组件的价格更高。然而,如果你看一看完整的解决方案,你会发现光学技术实际上是有一定成本效益的。

尤其是布拉格光栅传感器。乍一看很可能很难让人相信,让我们仔细了解一下,来研究一下光学技术系统的省钱之道。

光纤测量链:从传感器到软件

HBM 光纤传感器和解调仪在其整个生命周期内均稳定可靠。

光纤解调仪提供了更高的通道密度,使得在同一根光纤上集成多个传感器成为可能。这减少了布线长度和复杂性,并简化了安装过程。

HBM 提供完整的测量链,包括传感器、数据采集系统、软件和附件,我们将对所涉及的成本进行全面的概述。让我们了解下单个组件的成本以及对整个系统的成本影响。

 


1. 光纤传感器

就单个传感器价格而言,光纤传感器的单价更昂贵。因此,整个光学测量系统更加昂贵。

但其具有多个优点:

  • 抗电磁噪声干扰(EMI)
  • 适用于高爆炸性环境和其他恶劣条件
  • 绝对零点信号的长期信号稳定性(无漂移)
  • 多路复用,在一根光纤中集成多个不同类型的传感器
  • 与传统铜电缆相比更细、更轻

2. DAQ System

光学测量系统也需要数据采集系统。

同样,HBM 光纤数据采集系统的单位成本比传统系统更昂贵。然而,单个光学设备可连接更多的传感器数量。这意味着,在某个传感器数量阶段,光学解决方案同样具有成本效益。

因此,大多数情况下,因为其可连接更多数量传感器,您不必购买多个数据采集设备。

3. 附件

附件,包括电缆、保护器等,是确保测量系统正常连接运行的必要条件。

光纤比铜线更为便宜,因此成本优势显而易见。另外光纤传感器可多路复用,因此更具成本优势。

4. 系统安装

安装在总成本中起着重要作用。安装时间随着测量点的数量而增加。因此,如果将光纤传感器安装与电气传感器的安装进行比较,您会发现,随着传感器数量的增加,光学测量系统变得越来越有吸引力。并且传感器安装速度更快,布线更简单(一根光纤集成多个传感器)。

因此,对于传感器数量较少的系统,光学测量方案要更贵一些。但随着传感器数量的增加,这种情况就会发生改变。

5. 特殊应用

对于需要额外保护或维护的“特殊”应用,例如安装在ATEX区域或海上的系统,光学系统更具竞争力。在这些环境中,由于所用材料的特性,使用传统系统往往需要付出更多代价。

因此可以说,对于特殊应用,光学技术更具成本效益,即使是较少的传感器数量。


混合系统 - 两全其美

没有一种技术能解决所有的问题和挑战。因此,将光学和传统技术结合的混合概念是最佳解决方案,HBM 是市场上为数不多的供应商之一。

新的 QuantumX MXFS BraggMETER 光纤解调仪在混合测量方面起着关键作用。作为 QuantumX 家族一员,其可将光学和电气技术集成到同一个平台上,也就是说,采用同一个软件,同步采集所有传感器信号(光纤+电气)。

MXFS 模块可完全集成到 QuantumX 系统中。可通过以太网、火线或背板连接传输信号。

所有 QuantumX 模块,包括MXFS,都可使用 catman软件进行数据采集和分析。

应用实例:光学测量系统的成本效益

任务:

在150m 混凝土桥梁上安装结构健康监测系统,包括35个应变测量点、12个三轴加速度计、10个位移传感器和4个温度测量点。

对于光学系统,需要考虑增加35个温度补偿传感器,以消除温度对应变测量的影响。


总预算中各个部分占比 (点击放大):

distribution of the different parcels on the overall budget


成本:

在比较传感器的成本时,我们可以清楚地看出,彼此间成本差异较大。

但是:考虑到信号的数量,使用光学技术,数据采集系统的成本要低得多。安装成本也是如此,附件(主要是电缆)的成本也同样大幅降低。


成本优势:光学与传统技术

对于这样一个简单的结构,基于光学技术的结构健康监测系统的成本约为传统系统的95%。

1. 传感器371%
2. 数据采集系统60%
3. 附件40%
4. 系统安装 75%
总体

95%

结论: 光学测量系统更贵吗?

乍一看,光学技术似乎比传统技术更贵。

然而,在考虑到完整系统的总体拥有成本之后,对于传感器数量从中到高的系统,情况就不再是这样了。

另外,对于特殊环境来说,光学系统需要解决的问题较少,尤其是在传感器保护方面。即使对于较少传感器数量的系统,光学测量系统也更具优势。


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