Волоконно-оптичний датчик - це датчик, який перетворює стан вимірюваного об'єкта в вимірюваний світловий сигнал. Принцип роботи оптичного волоконного датчика полягає в тому, щоб відправити світловий промінь інциденту з джерела світла в модулятор через оптичне волокно, і взаємодіяти з зовнішніми виміряними параметрами в модуляторі, щоб зробити оптичні властивості світла, такі як інтенсивність світла, довжина хвилі, частота, фаза, стан поляризації і т.д. Він змінюється і стає модульним оптичним сигналом, який потім відправляється на оптоелектронний пристрій через оптичне волокно, а виміряний параметр виходить після демодулятора. У всьому процесі світловий промінь вводиться через оптичне волокно, а потім випромінюється після проходження через модулятор. Функція оптичного волокна спочатку передає світловий промінь, а по-друге, виступати в якості оптичного модулятора.
Напрямок розвитку
Датчики розвиваються в напрямку чутливості, точності, адаптивності, компактності і інтелекту. У цьому процесі дуже популярні волоконно-оптичні датчики, новий член сімейств датчиків. Оптичне волокно має безліч чудових властивостей, таких як: продуктивність протиеоплетічних і атомних радіаційних перешкод, малий діаметр, м'які, легкі механічні властивості; теплоізоляційні, непроникні електричні властивості; водонепроникність, висока температуростійкість, корозійна стійкість, хімічні властивості і т.д. , Він може відігравати роль людських вух в місцях, до яких люди не можуть дістатися (наприклад, високотех температурних зон) або районах, шкідливих для людини (наприклад, зонах ядерного випромінювання), а також може перевершувати фізіологічні межі людини і отримувати людські почуття. Зовнішня інформація, яку ви не можете відчути.
Функції
1. Завдяки використанні призм в відбиваючому, він має більш високу продуктивність виявлення і більшу надійність, ніж загальні світловідбиваючих датчиків управління світлом.
2. У порівнянні з окремим датчиком управління світлом, з'єднання схеми простіше і простіше.
3. Вбудована конструкція пряжки полегшує монтаж
Використовувати
1. Використовується для передачі цифрових моделей, таких як телефонний і мережевий широкосмуговий доступ.
2. Проходження статусу банкнот, карток, монет, пасок тощо, що використовуються для торгових автоматів, обладнання, пов'язаного з фінансовим терміналом, та грошових лічильників
3. Використовується для позиціонування, підрахунку та ідентифікації продукції на автоматизованому обладнанні.
Принцип
Основним принципом роботи датчика оптичного волокна є відправка світла з джерела світла в модулятор через оптичне волокно. Після того, як параметр, який потрібно виміряти, взаємодіє зі світлом, що надходить в область модуляції, оптичні властивості світла (такі як інтенсивність світла, довжина хвилі, частота, фаза, стан поляризації і т.д.) змінюються, називаються модульним сигнальним світлом, а потім використовують вплив вимірюваних світлових характеристик передачі для завершення вимірювання.
Існує два принципи вимірювання оптичних волоконних датчиків.
(1) Принцип оптичного волоконного датчика типу фізичної властивості. Датчик оптичного волокна типу фізичної властивості використовує чутливість оптичного волокна до змін навколишнього середовища для перетворення вхідної фізичної кількості в модульований оптичний сигнал. Його принцип роботи заснований на оптичному модуляційному ефекті оптичного волокна, тобто, коли зміняться зовнішні фактори навколишнього середовища, такі як температура, тиск, електричне поле, магнітне поле і т.д., його характеристики передачі світла, такі як фаза і інтенсивність світла.
Тому, якщо фаза світла і інтенсивність світла змінюються через оптичне волокно можна виміряти, то може бути відома зміна виміряного фізичного кількості. Цей тип датчика також називають чутливим типом елемента або функціональним волоконно-оптичним датчиком. Промінь точки джерела світла лазера розсіюється на паралельні хвилі і ділиться на два шляхи розсіювачем променя, один - еталонний оптичний шлях, а інший - оптичним шляхом вимірювання. Зовнішні параметри (температура, тиск, вібрація і т.д.) викликають зміну довжини волокна і зміну фази світла, тим самим виробляючи різну кількість перешкод бахроми. Підрахувавши його режим руху, можна виміряти температуру або тиск.
(2) Принцип структурованого оптичного волоконного датчика. Структурований оптичний волоконний датчик - це система вимірювання, що складається з елемента виявлення світла (чутливого елемента), циклу передачі оптичного волокна і схеми вимірювання. Серед них оптичне волокно використовується тільки як трансмісійний носій світла, тому його ще називають світлопередаваючим або нефункціональним оптичним датчиком волокна
Продуктивність
Оптичне волокно має безліч чудових властивостей, таких як: продуктивність протиеоплетічних і атомних радіаційних перешкод, малий діаметр, м'які, легкі механічні властивості; теплоізоляційні, непроникні електричні властивості; водонепроникність, висока температуростійкість, корозійна стійкість, хімічні властивості і т.д. , Він може відігравати роль людських вух в місцях, недосяжних або шкідливих для людини (таких як ядерні радіаційні зони), а також може перевершувати фізіологічні межі людини і отримувати те, що не можна відчувати людським почуттям. Зовнішня інформація.
Функції
1. Висока чутливість;
2. Геометрична форма адаптована в багатьох аспектах і може бути виконана в оптичні датчики волокна будь-якої форми;
По-третє, він може виробляти пристрої, які відчувають різну фізичну інформацію (акустичну, магнітну, температуру, обертання і т.д.);
4. Його можна використовувати при високовольтних, електричних шумах, високій температурі, корозії або інших суворих середовищах;
По-п'яте, має притаманну і сумісність з технологією оптичної телеметрії волокна.
Перевага оптичного датчика волокна полягає в тому, що в порівнянні з традиційними датчиками оптичний датчик волокна використовує світло як носій чутливої інформації та оптичного волокна як засіб для передачі конфіденційної інформації. Він має характеристики оптичного волокна і оптичного вимірювання і має ряд унікальних переваг. Хороші показники електроізоляції, сильна здатність до антиестрагнітних перешкод, неінтавазивність, висока чутливість, легкий в реалізації дистанційний моніторинг вимірюваного сигналу, корозійна стійкість, вибухостійкість, гнучкий світловий шлях, легкий у з'єднання з комп'ютером.
Датчик розвивається в напрямку чутливості, точності, адаптивності, компактності і інтелекту. Він може бути використаний в місцях, де люди не можуть досягти (наприклад, райони високої температури або райони, шкідливі для людини, такі як ядерні радіаційні райони). Він також може перевершити фізіологічні межі людей і отримувати зовнішню інформацію, яку не можуть відчувати людські почуття.
Класифікація
Відповідно до режиму модуляції об'єкта під тестом, його можна розділити на: інтенсивність модуляції, режим поляризації, режим фази та частотний режим;
Відповідно до того, чи заважає світло, його можна розділити на: тип перешкод і невтручання типу;
Відповідно до того, чи можна постійно контролювати вимірювання в міру збільшення відстані, його можна розділити на: розподілений і точковій основі;
Згідно з роллю оптичного волокна в датчиках, його можна розділити на: один тип функціональний (Функціональне волокно, скорочено як FF) датчики, також відомі як датчики зондування; інший нефункціональний тип (Нефункціональне волокно, скорочено як NFF), і це називається датчиком передачі світла.
Тип функції згортання
Функціональний датчик використовує характеристики самого оптичного волокна для використання оптичного волокна як чутливого елемента. Виміряне світло модулює світло, що передається в оптичному волокні, щоб змінити інтенсивність, фазу, частоту або поляризаційний стан переданого світла. Сигнал демодулюється для отримання сигналу під час випробувань.
Оптичне волокно є не тільки світловим направляючою медіумом, але і чутливим елементом. Світло вимірюється і модулюється в оптичному волокні, а багатомодне оптичне волокно в основному використовується.
Переваги: компактна структура і висока чутливість.
Недоліки: потрібне спеціальне оптичне волокно, висока вартість,
Типові приклади: волоконно-оптичні гіроскопи, волоконно-оптичні гідрофони і т.д.
Складаний нефункціональний тип волокна
Нефункціональні оптичні волоконні датчики використовують інші чутливі компоненти для відчуття змін, що вимірюються. Оптичні волокна використовуються тільки в якості носія передачі інформації, і часто використовуються одномодні оптичні волокна.
Оптичне волокно відіграє лише роль керівного світла, а світло на чутливому елементі оптичного волокна модулюється вимірюванням.
Переваги: Оптичне волокно може використовуватися для електричної ізоляції і передачі даних, а сигнал, що передається оптичним волокном, не впливає на електромагнітні перешкоди.
Більшість практичних – нефункціональні оптичні волоконні датчики. Датчик змінної частоти напруги AnyWay, датчик змінного частотного струму та датчик змінної частоти живлення (поєднання датчиків напруги та струму) належать до нефункціональних оптичних датчиків волокна, які мають унікальні переваги в вимірюванні потужності в складних електромагнітних середовищах.
Волоконно-оптичні датчики - це нова технологія, яка з'явилася в останні роки. Він може бути використаний для вимірювання різних фізичних кількостей, таких як звукове поле, електричне поле, тиск, температура, кутова швидкість, прискорення і т.д., а також може виконувати завдання вимірювання, які важко виконати з існуючими технологіями вимірювання. У невеликому просторі, при сильних електромагнітних перешкодах і високовольтному середовищі, волоконно-оптичні датчики показали унікальні можливості. Існує більше 70 типів оптичних волоконних датчиків, які приблизно розділені на оптичні датчики волокна і датчики з використанням оптичних волокон.
Так званий оптичний датчик волокна означає, що саме оптичне волокно безпосередньо отримує зовнішнє вимірювання. Зовнішня виміряна фізична кількість може призвести до зміни довжини, рефракційного індексу та діаметра вимірювальної руки, щоб світло, що передається в оптичному волокні, змінювалося в амплітуді, фазі, частоті, поляризації тощо. Світло, що передається вимірювальною рукою і еталонним світлом еталонної руки, заважають один одному (в порівнянні), так що фаза (або амплітуда) вихідного світла змінюється, а виміряна зміна може бути виявлена на основі цієї зміни. Фаза, що передається в оптичному волокні, дуже чутлива до зовнішніх впливів, а фізична кількість, що відповідає невеликій фазі зміни радіана 10 мінус 4, може бути виявлена за допомогою технології перешкод. Використовуючи звивистих властивостей і низьку втрату оптичного волокна, дуже довге оптичне волокно може бути змотовані в малий діаметр оптичної котушки волокна, щоб збільшити довжину утилізації і отримати більш високу чутливість.
Оптичне волокно акустичний датчик є датчиком, який використовує оптичне волокно себе. Коли оптичне волокно піддається дуже невеликій зовнішній силі, воно буде злегка зігнуте, а його здатність до передачі світла сильно зміниться. Звук є своєрідною механічною хвилею, а його вплив на оптичне волокно полягає в тому, щоб змусити оптичне волокно і виробляти згинання. Силу звуку можна отримати шляхом згинання. Волоконно-оптичний гіроскоп також є своєрідним волоконно-оптичним датчиком. У порівнянні з лазерним гіроскопом, волоконно-оптичний гіроскоп має високу чутливість, невеликі розміри і низьку вартість. Він може використовуватися в високоеференційних інерційних навігаційних системах літаків, кораблів, ракет і т.д. На малюнку показаний принцип волоконно-оптичного датчика турбінного витратомієра.
Складені брехливі решітки
Волоконно-тертий датчик (FBS) є своєрідним волоконно-оптичним датчиком з найвищою частотою і найширшим діапазоном. Цей вид датчика може змінювати довжину хвилі відбитої світлової хвилі відповідно до зміни температури навколишнього середовища та /або деформації. Волоконні решітки Bragg використовуються для викриття невеликої ділянки світлочутливого волокна до легких хвиль з періодичним розподілом інтенсивності світла через голографічну інтерферометрію або фазове маскування. Таким чином, оптичний рефракційний індекс оптичного волокна буде постійно змінюватися відповідно до інтенсивності опроміненої світлової хвилі. Періодичні зміни в показнику заломлення світла, викликані цим методом, називаються волокном брехливих решітк.
Коли промінь широкого спектру дії розмножується на тертці з волокна Bragg, кожен невеликий сегмент клітковини після зміни індексу заломлення буде відображати лише певну довжину хвилі світла. Ця довжина хвилі називається довжиною хвилі Брегга. Ця характеристика робить волокна Брегг решітки відображають тільки легкі хвилі певної довжини хвилі, в той час як легкі хвилі інших довжин хвиль будуть поширюватися.
Згідно з роллю оптичного волокна в оптичному датчику волокна, його можна розділити на два типи: тип зондування і тип світлопередавки.
Оптичне волокно датчика оптичного волокна типу зондування не тільки передає світло, але і виконує роль фотоелектричного датчика. Завдяки впливу зовнішнього середовища на саме оптичне волокно, фізична кількість, яку потрібно виміряти, діє на датчик через оптичне волокно, так що модулюються властивості оптичного хвилеподібного гіда (інтенсивність світла, фаза, поляризаційний стан, довжина хвилі і т.д.). Датчики оптичного волокна типу датчика додатково діляться на світло-підкреслюючий тип, тип фазової модуляції, тип модуляції стану вібрації та тип модуляції довжини хвилі.
Складане світлопередаюваюе волокно
Оптичний датчик оптичного волокна типу передачі світла вводить оптичний сигнал, модулюваний виміряним об'єктом, в оптичне волокно, а потім виконує вимірювання шляхом обробки оптичного сигналу на вихідному кінці. Цей тип датчика має ще один фоточутливий елемент, чутливий до фізичної кількості, який потрібно виміряти, а оптичне волокно використовується тільки як елемент передачі світла повинен бути прикріплений чутливим елементом, здатним модулювати світло, що передається оптичним волокном для формування елемента датчика. Волоконно-оптичні датчики можна розділити на три типи: точкові волоконно-оптичні датчики, інтегральні волоконно-оптичні датчики, а також розподілені волоконно-оптичні датчики відповідно до їх вимірювального діапазону. Серед них розподілені датчики оптичного волокна використовуються для виявлення розподілу штамів великих конструкцій, а також можуть швидко і не руйнівно вимірювати зміщення, внутрішній або поверхневий стрес та інші важливі параметри конструкції. Типи волоконно-оптичних датчиків, що використовуються в цивільній інженерії, в основному включають математичні інтерферометричні волоконно-оптичні датчики, волоконно-перо волоконно-оптичні датчики.
Легкість, довговічність і тривала стійкість оптичного волоконного датчика дозволяють легко застосовувати його до внутрішнього стресу і виявлення деформації різних будівельних матеріалів, таких як будівельні сталеві конструкції і бетон. Реалізовано перевірку здоров'я будівельної конструкції.
Ще однією основною категорією волоконно-оптичних датчиків є використання волоконно-оптичних датчиків. Його структура приблизно така: Датчик розташований в кінці оптичного волокна, а оптичне волокно - це всього лише лінія електропередачі світла, яка перетворює вимірювану фізичну кількість в амплітуду, фазу або амплітуду світла. У цій сенсорній системі поєднуються традиційний датчик і оптичне волокно. Введення оптичного волокна дає можливість реалізувати телеметрію на основі зонда. Цей оптичний датчик передачі волокон має широкий діапазон застосування і простий у використанні, але його точність трохи нижче, ніж у першого типу датчика.
Оптичне волокно є висхідною зіркою в сімействі датчиків. Він широко використовується завдяки відмінній продуктивності оптичного волокна. Це свого роду датчик варто відзначити у виробничій практиці.
Волоконно-оптичні датчики стали висхідною зіркою в сімейства датчиків завдяки своїм багатьом перевагам, і відіграють свою унікальну роль в різних вимірах, ставши незамінним членом сімейства датчиків.
Застосування
Ізольований від бруду, магнетизму, звуку, тиску, температури, прискорення, гіроскопа, зміщення, рівня рідини, моменту, фотоакустики, струму, оптичного волокна датчик може бути використаний для зміщення, вібрації, обертання, тиску, згинання, деформації, швидкості, прискорення, струму , магнітного поля, напруги, вологості, температури, звукового поля, потоку, концентрації, значення PH і вимірювання напруги. Оптичні датчики волокна мають широкий спектр застосувань, за участю практично всіх важливих сфер національної економіки і національної оборони і повсякденного життя людей. Вони можуть бути використані безпечно і ефективно в суворих умовах. Вони вирішують багато технічних проблем, які існували в багатьох галузях промисловості протягом багатьох років. Попит на ринку. В основному проявляється в наступних додатках:
Застосування інтерферометричних гіроскопів і датчиків тиску решітки в мостах, греблях, нафтових родовищах і т.д. в міському будівництві. Оптичні датчики волокна можуть бути вбудовані в бетон, армовані пластмаси з вуглецевого волокна і різні композитні матеріали для перевірки релаксу стресу, будівельного стресу і динамічного навантаження, щоб оцінити структурні характеристики мосту в короткостроковій фазі будівництва і довгостроковому робочому стані.
В енергосистемі необхідно вимірювати температурні, поточні та інші параметри, такі як виявлення температури в статорі і роторі високовольтних трансформаторів і великих моторів. Оскільки електричні датчики сприйнятливі до електромагнітних польових перешкод, їх не можна використовувати в таких випадках. Волоконно-оптичний датчик. Розподілений оптичний датчик температури волокна є високотехнологічним, розробленим в останні роки для вимірювання в реальному часі розподілу просторових температурних полів. Розподілена оптична волоконно-температурна система зондування не тільки має переваги загальних оптичних волоконних датчиків, але і має можливість вимірювати температуру різних точок уздовж оптичного волокна. З його розподіленої можливості зондування, ми можемо постійно вимірювати температуру різних точок в декількох кілометрах уздовж оптичного волокна в режимі реального часу. Точність позиціонування може досягати порядку лічильників, а точність вимірювання може досягати рівня 1 градуса. Він дуже підходить для масштабного вимірювання температури перетину. Випадки застосування.
Крім того, оптичні датчики волокна також можуть бути використані в залізничному моніторингу, ракетних силових системах, а також виявлення нафтових свердловин.
Оптичне волокно має чудові переваги широкосмугового доступу, великої ємності, міжміської передачі та багатотестового, розподіленого та низькоенерго споживаючого зондування. Оптичне зондування волокон може продовжувати поглинати нові технології та пристрої для оптичного волоконного зв'язку, а різні оптичні датчики волокон, як очікується, будуть широко використовуватися в Інтернеті речей.
