Основные проблемы, с которыми сталкивается технология оптически изолированных измерений, включают в себя чувствительность измерений к помехам окружающей среды, ограничения полосы пропускания при работе с высокочастотными-сигналами, высокие затраты на производство и обслуживание, а также эксплуатационные ограничения, налагаемые размером оборудования и энергопотреблением.
I. Точность измерений зависит от факторов окружающей среды.
Хотя технология оптической изоляции эффективно устраняет синфазные-помехи, вызванные электрическими соединениями, точность ее измерений все равно может быть ограничена внешней средой:
Изменения температуры и влажности. Компоненты оптоэлектронного преобразования (такие как лазерные диоды и фотодетекторы) чувствительны к тепловому дрейфу; колебания температуры окружающей среды могут привести к дрейфу коэффициента усиления, тем самым влияя на точность измерений сигналов постоянного тока или низкочастотных-частот.
Не-линейные ошибки. Сам процесс оптоэлектронного преобразования по своей природе демонстрирует нелинейность усиления от ±0,5% до 1%. Это требует компенсации посредством периодической калибровки; в противном случае это приведет к значительным систематическим ошибкам в высокоточных-приложениях.
II. Узкие места полосы пропускания при измерении высокочастотных-сигналов
Хотя современные оптически изолированные датчики могут достигать полосы пропускания, превышающей 1 ГГц, они по-прежнему сталкиваются с проблемами производительности в сценариях со сверх-высокими-частотами:
Полоса пропускания основных продуктов обычно находится в пределах 1 ГГц-, что является существенным разрывом по сравнению с пассивными пробниками высшего-уровня (6 ГГц). Это может привести к ослаблению частотной характеристики во время измерения радиочастотных сигналов 5G или высокоскоростных цифровых сигналов.
Скорость оптоэлектронной модуляции и реакции ограничивают возможность точного восстановления переходных сигналов; в частности, при захвате нарастающих фронтов-масштаба наносекунд необходимо найти компромисс-между полосой пропускания и отношением-сигнала к-шуму (SNR).
III. Высокие затраты и препятствия в обслуживании
Высокая первоначальная стоимость. Оптически изолированные датчики включают в себя лазерные драйверы, системы контроля температуры и высокоточные-оптические компоненты. Следовательно, их цена обычно в 3–5 раз выше, чем у эквивалентных дифференциальных датчиков; Стоимость моделей начального уровня-превышает 10 000 юаней, а стоимость моделей-высокого уровня может достигать сотен тысяч юаней.
Комплексное обслуживание: требуется периодическая калибровка оптоэлектронного коэффициента усиления и линейности. Кроме того, эти датчики предъявляют строгие требования к рабочей среде (например, не допускают чрезмерного изгиба оптоволоконных кабелей), что увеличивает долгосрочную-стоимость владения.
IV. Ограничение размера и энергопотребления Область применения
Из-за необходимости использования независимых источников питания и систем управления температурным режимом внешние-модули имеют объем в 3–5 раз больше, чем традиционные датчики. Они часто весят более 500 г, что затрудняет гибкое манипулирование при работе с густонаселенными печатными платами или в ограниченном пространстве. Радиус изгиба оптоволоконного кабеля должен превышать 30 мм; чрезмерный изгиб может привести к ослаблению оптического сигнала, что поставит под угрозу стабильность измерений.
Аналитика тенденций: благодаря достижениям в области кремниевых фотонных чипов и алгоритмов калибровки на основе искусственного интеллекта- новое поколение оптически изолированных датчиков развивается в направлении более широкой полосы пропускания (уже превышающей 2 ГГц), более компактных форм-факторов и улучшенного интеллекта. Ожидается, что в будущем эти разработки еще больше снизят барьеры для их применения.
