В 1960 году был изобретен лазерный свет, а после изобретения лазеров исследователи проявили интерес к изучению приложений волоконно-оптических систем связи для зондирования, передачи данных и многих других приложений. Впоследствии волоконно-оптическая система связи стал лучшим выбором для передачи данных на гигабитах и более гигабитах. Этот тип оптоволоконной связи используется для передачи данных, голоса, телеметрии и видео на большие расстояния, в компьютерные сети или локальные сети. Эта технология использует световую волну для передачи данных по оптоволокну, преобразуя электронные сигналы в световые. Некоторые из отличных характерных особенностей этой технологии включают легкий вес, низкое затухание, меньший диаметр, передачу сигнала на большие расстояния, безопасность передачи и так далее.

Волоконно-оптические датчики

Примечательно, что телекоммуникационные технологии изменил последние достижения в волоконно-оптических технологиях. Последняя революция появилась, когда дизайнеры объединили продуктивные результаты оптоэлектронные устройства с оптоволоконными телекоммуникационными устройствами для создания оптоволоконных датчиков. Многие из компонентов, связанных с этими устройствами, часто разрабатываются для приложений волоконно-оптических датчиков. Возможности волоконно-оптических датчиков увеличились по сравнению с традиционными датчиками.

Волоконно-оптические датчики

Волоконно-оптические датчики, также называемые оптоволоконными датчиками, используют оптическое волокно или чувствительный элемент. Эти датчики используются для определения некоторых величин, таких как температура, давление, вибрации, смещения, вращения или концентрация химических веществ. Волокна находят множество применений в области дистанционного зондирования, потому что они не требуют электроэнергии в удаленном месте и имеют крошечный размер.

Волоконно-оптические датчики идеально подходят для нечувствительных условий, включая шум, сильную вибрацию, экстремальную жару, влажную и нестабильную среду. Эти датчики легко помещаются на небольших площадях и могут быть правильно размещены там, где необходимы гибкие волокна. Сдвиг длины волны можно рассчитать с помощью прибора оптической частотной рефлектрометрии. Временную задержку волоконно-оптических датчиков можно определить с помощью такого устройства, как оптический рефлектометр во временной области.

Блок-схема волоконно-оптического датчика

Общая блок-схема волоконно-оптического датчика показана выше. Блок-схема состоит из оптического источника ( Светодиод , ЛАЗЕР и лазерный диод), оптическое волокно, чувствительный элемент, оптический детектор и устройства обработки концов (анализатор оптического спектра, осциллограф). Эти датчики подразделяются на три категории в зависимости от принципов работы, расположения датчика и применения.

Типы волоконно-оптических сенсорных систем

Эти датчики можно классифицировать и объяснить следующим образом:

1. В зависимости от расположения датчика оптоволоконные датчики делятся на два типа:

Внутренние волоконно-оптические датчики
Внешний оптоволоконный датчик

Волоконно-оптические датчики внутреннего типа

В датчиках этого типа считывание происходит внутри самого волокна. Датчики зависят от свойств самого оптического волокна, чтобы преобразовать воздействие окружающей среды в модуляция светового луча, проходящего через него. Здесь одно из физических свойств светового сигнала может быть в форме частоты, фазы, интенсивности поляризации. Самая полезная особенность внутреннего оптоволоконного датчика - это то, что он обеспечивает распределенное зондирование на больших расстояниях. Основная концепция внутреннего волоконно-оптического датчика показана на следующем рисунке.

Волоконно-оптические датчики внутреннего типа

Внешние оптоволоконные датчики

В оптоволоконных датчиках внешнего типа волокно может использоваться как носитель информации, указывающий путь к черному ящику. Он генерирует световой сигнал в зависимости от информации, поступившей в черный ящик. Черный ящик может быть сделан из зеркал.,газ или любые другие механизмы, генерирующие оптический сигнал. Эти датчики используются для измерения вращения, скорости вибрации, перемещения, скручивания, крутящего момента и ускорения. Главная преимущество этих датчиков это их способность достигать мест, которые иначе недоступны.

Внешние оптоволоконные датчики

“как работает акселерометр ”

Лучшим примером этого датчика является измерение внутренней температуры реактивного двигателя самолета, в котором используется волокно для передачи излучения в пирометр излучения, расположенный снаружи двигателя. Таким же образом эти датчики можно использовать для измерения внутренней температуры трансформаторы . Эти датчики обеспечивают отличную защиту измерительных сигналов от искажения шума. На следующем рисунке показана основная концепция внешнего оптоволоконного датчика.

2. По принципу действия оптоволоконные датчики подразделяются на три типа:

На основе интенсивности
На основе фазы
На основе поляризации

Оптоволоконный датчик на основе интенсивности

Оптоволоконным датчикам на основе интенсивности требуется больше света, и в этих датчиках используются многомодовые волокна с большой сердцевиной. Показанный рисунок дает представление о том, как интенсивность света работает как параметр чувствительности, а также как такое расположение заставляет волокно работать как датчик вибрации. Когда есть вибрация, будет изменение света, вставленного от одного конца к другому, и это создаст разум для измерения амплитуды вибрации.

Оптоволоконный датчик на основе интенсивности

На рисунке более близкий оптоволоконный датчик и датчик вибрации зависят от интенсивности света в более поздних частях. Эти датчики имеют множество ограничений из-за переменных потерь в системе, которые не происходят в окружающей среде. Эти переменные потери включают потери из-за стыков, потери на микро- и макро-изгибах, потери из-за соединений в стыках и т. Д. Примеры включают датчики на основе интенсивности или датчик микроизгибов и датчик затухающих волн.

К преимуществам этих волоконно-оптических датчиков относятся низкая стоимость, способность работать как настоящие распределенные датчики, очень простая реализация, возможность мультиплексирования и т. Д. К недостаткам относятся вариации интенсивности света и относительные измерения и т. Д.

Оптоволоконный датчик на основе поляризации

Оптические волокна на основе поляризации важны для определенного класса датчиков. Это свойство можно просто изменить с помощью различных внешних переменных и, таким образом, эти типы датчиков может использоваться для измерения ряда параметров.Были разработаны специальные волокна и другие компоненты с точными характеристиками поляризации. Как правило, они используются в различных приложениях для измерений, связи и обработки сигналов.

Оптоволоконный датчик на основе поляризации

Оптическая установка для оптоволоконного датчика на основе поляризации показана выше. Он формируется путем поляризации света от источника света через поляризатор. Поляризованный свет излучается под углом 45o к выбранным осям длины двулучепреломляющего поляризационного волокна. Этот участок волокна служит чувствительным волокном. Затем разность фаз между двумя состояниями поляризации изменяется при любых внешних возмущениях, таких как напряжение или деформация. Затем, в соответствии с внешними возмущениями, изменяется выходная поляризация. Таким образом, учитывая состояние выходной поляризации на следующем конце волокна, внешние возмущения могут быть обнаружены.

Фазовый оптоволоконный датчик

Эти типы датчиков используются для изменения источника света при информационном сигнале, при этом сигнал регистрируется фазовым оптоволоконным датчиком. Когда световой луч проходит через интерферометр, он разделяется на два луча: один луч попадает в среду восприятия, а другой луч изолирован от среды восприятия, которая используется в качестве эталона. После того, как два разделенных луча объединяются, они мешают друг другу. Чаще всего используются интерферометры Майкельсона, Маха-Цендера, Саньяка, решеточные и поляриметрические интерферометры. Ниже показаны интерферометры Маха-Цендера и Майкельсона.

Фазовый оптоволоконный датчик

вот различия и сходства между двумя интерферометрами. С точки зрения сходства, интерферометр Майкельсона часто считается свернутым интерферометром Маха-Цендера. Конфигурация интерферометра Майкельсона требует только одного оптоволоконного соединителя. Поскольку свет проходит дважды через зондирование и опорные волокна, оптический фазовый сдвиг на единицу длину волокна удваивается. Таким образом, трость Майкельсона по существу имеет лучшую чувствительность. Еще одно явное преимущество Майкельсона состоит в том, что датчик может опрашиваться с помощью только одного волокна между источником и детекторным модулем источника. Но для интерферометра Майкельсона требуется качественное отражающее зеркало.

3. В зависимости от применения оптоволоконные датчики подразделяются на три типа:

Химический датчик
Физический датчик
Био медицинский датчик

Химический датчик

Химический датчик - это устройство, которое используется для преобразования химической информации в виде измеримого физического сигнала, связанного с концентрацией определенного химического вещества. Химический датчик является важным компонентом анализатора и может включать в себя некоторые устройства, которые выполняют следующие функции: функции: обработка сигналов, выборка и обработка данных. Анализатор может быть важной частью автоматизированной системы.

Химический датчик

Работа анализатора в соответствии с планом отбора проб как функция времени действует как монитор. Эти датчики включают в себя два функциональных блока: рецептор и преобразователь. В рецепторной части химическая информация преобразуется в энергию, которая может быть измерена преобразователем. В преобразовательной части химическая информация преобразуется в аналитический сигнал, который не проявляет чувствительности.

Физический датчик

Физический датчик - это устройство, созданное в соответствии с физическим эффектом и природой. Эти датчики используются для предоставления информации о физических свойствах системы. Этот тип датчиков в основном обозначается датчиками, такими как фотоэлектрические датчики, пьезоэлектрические датчики , металлические резистивные тензодатчики и полупроводниковые пьезорезистивные датчики.

Био медицинский датчик

Биомедицинский датчик - это электронное устройство, которое используется для преобразования различных неэлектрических величин в биомедицинских полях в легко обнаруживаемые электрические величины. По этой причине эти датчики включены в анализ здравоохранения. Эта сенсорная технология является ключом к сбору патологической и физиологической информации человека.

Био медицинский датчик

Применение волоконно-оптических датчиков

Волоконно-оптические датчики используются в широком спектре приложений, таких как

Измерение физических свойств, таких как температура, смещение,скорость, деформация в конструкциях любого размера и любой формы.
В реальном времени отслеживание физического строения здоровья.
Здания и мосты, тоннели,Плотины, исторические сооружения.
Камера ночного видения, электронные системы безопасности , Обнаружение частичных разрядов и измерение нагрузки на колеса транспортных средств.

Таким образом, обзор оптоволоконные датчики и приложения обсуждались. Использование оптоволоконных датчиков для связи на большие расстояния дает множество преимуществ, включая малый размер, легкий вес, компактность, высокую чувствительность, широкую полосу пропускания и т. Д. Все эти характеристики позволяют наилучшим образом использовать оптоволокно в качестве датчика. Кроме того, за любую помощь по этой теме или идеи проектов на основе датчиков , вы можете связаться с нами, оставив комментарий в разделе комментариев ниже.

Фото: