Cảm biến sợi quang mới có khả năng truyền dữ liệu nhanh hơn 100 lần

Cảm biến sợi quang là loại cảm biến có cấu tạo bao gồm một bộ khuếch đại và một sợi quang, được tùy chỉnh khác nhau tùy theo từng mục đích cụ thể. Hiện nay cảm biến sợi quang có hai loại chính, đó là thu phát và loại khuếch tán. Chúng thường được sử dụng trong các nhiệm vụ quan trọng như phát hiện đám cháy trong đường hầm, xác định chính xác vị trí rò rỉ trên đường ống và dự đoán sạt lở đất. Do đó, sự nhanh chóng và chính xác là những yếu tố quan trọng nhất đối với bất cứ loại cảm biến sợi quang nào.

Các kỹ sư đến từ Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ Lausanne (EPFL) và Đại học Bưu chính Viễn thông Bắc Kinh (BUPT) mới đây đã phát triển thành công một hệ thống mã hóa và giải mã tiên tiến hơn, cho phép các cảm biến sợi quang có gửi dữ liệu nhanh hơn tới 100 lần và trên một khu vực rộng lớn hơn đáng kể so với công nghệ hiện hành.

"Không giống như các loại cảm biến thông thường, thực hiện các phép đo tại một vị trí, không gian cụ thể, chẳng hạn như nhiệt kế, cảm biến sợi quang ghi lại dữ liệu về toàn bộ những thay đổi xuất hiện dọc theo một sợi quang, từ đó cho phạm vi giám sát rộng hơn rất nhiều. Tuy nhiên, công nghệ cảm biến sợi quang hầu như không được cải thiện trong vài năm qua, dẫn đến khả năng ứng dụng trong những tình huống phức tạp hơn cũng vì thế mà giảm đi”, Giáo sư Luc Thévenaz, người đứng đầu nhóm nghiên cứu, nhận xét.

Sử dụng trong các nhiệm vụ đòi hỏi sự an toàn cao

Nhờ những ưu điểm về tốc độ truyền tải dữ liệu và khả năng kiểm soát rộng, cảm biến sợi quang thường được sử dụng trong những hệ thống phát hiện nguy hiểm. Chẳng hạn, các cảm biến có thể đọc được nhiệt độ ở những nơi mà sợi quang đi qua, từ đó tạo ra biểu đồ nhiệt theo dõi liên tục của một địa điểm nhất định - ngay cả khi đó là một khu vực trải dài hàng chục km - mang đến khả năng kiểm soát và đưa ra dự báo sớm về các sự cố tiềm tàng trước khi chúng có thể xảy ra.

Cải thiện chất lượng tín hiệu

Nhóm nghiên cứu đã phát triển thành công một hệ thống mới giúp cải thiện khả năng mã hóa và giải mã dữ liệu được gửi dọc theo các sợi quang. Với phương pháp này, cảm biến có thể nhận tín hiệu năng lượng cao hơn và giải mã chúng nhanh hơn, dẫn đến các phép đo được thực hiện trong khoảng thời gian ngắn hơn và trên một khu vực rộng lớn hơn.

Các kỹ sư mô tả hệ thống của họ hoạt động như một “tiếng vọng”. Nếu bạn hét lên một từ, bạn sẽ nghe lại tiếng vọng của từ đó. Nhưng nếu bạn hát một bài hát, những gì nghe lại là sự pha trộn của những âm thanh khó có thể phân biệt được. Bạn sẽ cần một “chìa khóa” để giải mã âm thanh và làm cho chúng trở nên rõ ràng hơn. Cảm biến sợi quang cũng hoạt động theo cách tương tự, ngoại trừ việc sẽ phát ra xung ánh sáng - chứ không phải âm thanh - dọc theo sợi quang. Tín hiệu dội ngược trở lại sợi quang sẽ được giải mã, biến thành dữ liệu có thể sử dụng được.

Để làm cho cảm biến hoạt động hiệu quả hơn, nhóm nghiên cứu đã nhóm các xung ánh sáng thành chuỗi để tín hiệu phản xạ trở lại với cường độ lớn hơn. Tuy nhiên, điều này không giải quyết được vấn đề "tiếng vang" - tức là tìm ra chìa khóa để làm cho các tín hiệu có thể đọc được. Vì vậy, họ đã phát triển thêm một phương pháp mã hóa mới đối với dữ liệu gửi dọc theo một sợi quang, bằng cách sử dụng các thuật toán tối ưu hóa đặc biệt. Kết quả cuối cùng cho thấy cảm biến sợi quang có khả năng truyền dữ liệu nhanh hơn 100 lần, cũng như cho khả năng hoạt động ổn định hơn.

Trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục thực hiện thêm các thử nghiệm thực thế với quy mô lớn hơn nhằm đánh giá chính xác nhất khả năng triển khai đại trà của hệ thống mới.