Optični senzor je senzor, ki stanje merjenega predmeta pretvori v merljiv svetlobni signal. Načelo delovanja senzorja optičnih vlaken je, da svetlobni žarek, ki pada iz svetlobnega vira, pošlje modulatorju prek optičnega vlakna in deluje v zunanjih izmerjenih parametrih v modulatorju, da ustvari optične lastnosti svetlobe, kot so jakost svetlobe, valovna dolžina , frekvenca, faza, polarizacijsko stanje itd. Spremeni se in postane moduliran optični signal, ki se nato preko optičnega vlakna pošlje optoelektronski napravi, izmerjeni parameter pa dobimo po demodulatorju. V celotnem postopku se svetlobni žarek vnese skozi optično vlakno in nato odda po prehodu skozi modulator. Funkcija optičnega vlakna je najprej oddajanje svetlobnega žarka, drugič pa delovanje kot optični modulator.
Smer razvoja
Senzorji se razvijajo v smeri občutljivosti, natančnosti, prilagodljivosti, kompaktnosti in inteligence. V tem postopku so zelo priljubljeni optični senzorji, novi član družine senzorjev. Optična vlakna imajo številne odlične lastnosti, kot so: protitelesa proti elektromagnetnim in atomskim sevanjem, majhen premer, mehke, lahke mehanske lastnosti; izolacija, neinduktivne električne lastnosti; vodoodpornost, odpornost na visoke temperature, odpornost proti koroziji, kemične lastnosti itd., lahko igra vlogo človeških ušes na mestih, ki jih ljudje ne morejo doseči (kot so območja z visokimi temperaturami), ali na območjih, ki so človeku škodljiva (na primer območja jedrskega sevanja ), lahko pa preseže človeške fiziološke meje in sprejme človeška čutila. Zunanje informacije, ki jih&# 39 ne morete občutiti.
Lastnosti
1. Zaradi uporabe prizm v reflektorju ima večjo učinkovitost zaznavanja in večjo zanesljivost kot splošni senzorji za nadzor odsevne svetlobe.
2. V primerjavi z ločenim senzorjem za nadzor svetlobe je povezava vezja enostavnejša in enostavnejša.
3. Vgrajena zasnova zaponke olajša namestitev
uporaba
1. Uporablja se za prenos digitalnih modelov, kot sta telefonski in omrežni širokopasovni dostop.
2. Status prenosa bankovcev, kartic, kovancev, knjižic itd., Ki se uporabljajo za prodajne avtomate, opremo, povezano s finančnimi terminali, in števce denarja
3. Uporablja se za pozicioniranje, štetje in identifikacijo izdelkov na avtomatizirani opremi.
načelo
Osnovno načelo delovanja senzorja optičnih vlaken je, da skozi optično vlakno pošlje svetlobo iz vira svetlobe v modulator. Potem ko parameter, ki ga je treba izmeriti, vpliva na svetlobo, ki vstopa v modulacijsko območje, se spremenijo optične lastnosti svetlobe (kot so jakost svetlobe, valovna dolžina, frekvenca, faza, polarizacijsko stanje itd.), Ki se imenuje modulirana signalna svetloba, in nato uporabite vpliv izmerjenih karakteristik prepustnosti svetlobe za dokončanje meritve.
Za senzorje optičnih vlaken obstajata dve načeli merjenja.
(1) Načelo senzorja optičnih vlaken tipa fizikalnih lastnosti. Senzor optičnih vlaken tipa fizikalnih lastnosti uporablja občutljivost optičnih vlaken na okoljske spremembe, da pretvori vhodno fizikalno količino v modulirani optični signal. Njeno načelo delovanja temelji na optičnem modulacijskem učinku optičnega vlakna, to pomeni, da se pri spreminjanju zunanjih dejavnikov okolja, kot so temperatura, tlak, električno polje, magnetno polje itd., Njegove lastnosti prenosa svetlobe, kot sta faza in jakost svetlobe , se bo spremenil.
Če je torej mogoče izmeriti spremembo svetlobne faze in jakosti svetlobe skozi optično vlakno, je lahko znana sprememba izmerjene fizikalne količine. Ta tip senzorja se imenuje tudi tip občutljivega elementa ali funkcionalni optični senzor. Žarek točkovnega svetlobnega vira laserja se razprši v vzporedne valove in ga delilec žarkov deli na dve poti, ena je referenčna optična pot, druga pa merilna optična pot. Zunanji parametri (temperatura, tlak, vibracije itd.) Povzročajo spremembo dolžine vlakna in spreminjanje svetlobne faze, s čimer nastane različno število interferenčnih obrob. S štetjem načina gibanja lahko izmerimo temperaturo ali tlak.
(2) Načelo strukturiranega senzorja optičnih vlaken. Strukturiran senzor optičnih vlaken je merilni sistem, sestavljen iz elementa za zaznavanje svetlobe (občutljivi element), zanke za prenos optičnih vlaken in merilnega vezja. Optično vlakno se med njimi uporablja le kot prenosni svetlobni medij, zato ga imenujemo tudi svetlobno prepustni ali nefunkcionalni senzor optičnih vlaken
izvedba
Optična vlakna imajo številne odlične lastnosti, kot so: protitelesa proti elektromagnetnim in atomskim sevanjem, majhen premer, mehke, lahke mehanske lastnosti; izolacija, neinduktivne električne lastnosti; vodoodpornost, odpornost na visoke temperature, odpornost proti koroziji, kemične lastnosti itd., lahko igra vlogo človeških ušes na mestih, ki so nedosegljiva ali škodljiva za ljudi (kot so območja jedrskega sevanja), lahko pa tudi presega človeške fiziološke meje in sprejeti tisto, česar človeška čutila ne morejo začutiti. Zunanje informacije.
Lastnosti
1. visoka občutljivost;
2. Geometrijska oblika je v mnogih pogledih prilagodljiva in jo je mogoče izdelati v senzorje iz optičnih vlaken poljubne oblike;
Tretjič, lahko proizvaja naprave, ki zaznavajo različne fizične informacije (zvočne, magnetne, temperaturne, rotacijske itd.);
4. Uporablja se lahko v visoki napetosti, električnem hrupu, visokih temperaturah, koroziji ali drugih težkih okoljih;
Petič, in je neločljivo združljiv s telemetrično tehnologijo optičnih vlaken.
Prednost senzorja optičnih vlaken je v tem, da senzor optičnih vlaken v primerjavi s tradicionalnimi senzorji uporablja svetlobo kot nosilec občutljivih informacij, optična vlakna pa kot medij za prenos občutljivih informacij. Ima značilnosti optičnih vlaken in optičnih meritev ter ima vrsto edinstvenih prednosti. Dobra električna izolacija, močna anti-elektromagnetna interferenčna sposobnost, neinvazivnost, visoka občutljivost, enostaven za daljinsko spremljanje izmerjenega signala, odpornost proti koroziji, eksplozijsko odporna, prilagodljiva svetlobna pot, enostavna za povezavo z računalnikom.
Senzor se razvija v smeri občutljivosti, natančnosti, prilagodljivosti, kompaktnosti in inteligence. Uporablja se lahko na mestih, kamor ljudje ne morejo priti (na primer na območja z visokimi temperaturami ali na človeku škodljiva območja, kot so območja jedrskega sevanja). Prav tako lahko preseže fiziološke meje ljudi in prejme zunanje informacije, ki jih človeška čutila ne čutijo.
razvrstitev
Glede na modulacijski način preskušanega predmeta ga lahko razdelimo na: modulacijo intenzivnosti, polarizacijski način, fazni način in frekvenčni način;
Glede na to, ali svetloba moti, jo lahko razdelimo na: interferenčni tip in interferenčni tip;
Glede na to, ali je meritev mogoče stalno spremljati, ko se razdalja povečuje, jo lahko razdelimo na: porazdeljeno in točkovno;
Glede na vlogo optičnega vlakna v senzorjih ga lahko razdelimo na: ena vrsta je funkcionalna (funkcijsko vlakno, skrajšano FF) senzorji, znani tudi kot senzorski senzorji; drugi je nefunkcionalnega tipa (nefunkcionalna vlakna, okrajšana kot NFF) in se imenuje senzor za prenos svetlobe.
Vrsta zložljive funkcije
Funkcionalni senzor uporablja značilnosti samega optičnega vlakna, da optično vlakno uporablja kot občutljiv element. Izmerjena svetloba modulira svetlobo, prepuščeno v optičnem vlaknu, da spremeni intenzivnost, fazo, frekvenco ali polarizacijsko stanje oddane svetlobe. Signal je demoduliran, da dobimo testni signal.
Optična vlakna niso le svetlobno vodilo, temveč tudi občutljiv element. Svetloba se meri in modulira v optičnem vlaknu, večinoma pa se uporablja večmodna optična vlakna.
Prednosti: kompaktna struktura in visoka občutljivost.
Slabosti: potrebna so posebna optična vlakna, visoki stroški,
Tipični primeri: optični žiroskopi, optični hidrofoni itd.
Zložen nefunkcionalni tip vlaken
Nefunkcionalni senzorji optičnih vlaken uporabljajo druge občutljive komponente za zaznavanje merjenih sprememb. Optična vlakna se uporabljajo samo kot medij za prenos informacij, pogosto pa se uporabljajo tudi enodomna optična vlakna.
Optično vlakno ima le vlogo vodilne svetlobe, svetloba na občutljivem elementu tipa optičnih vlaken pa se modulira z merjenjem.
Prednosti: Optična vlakna se lahko uporabljajo za električno izolacijo in prenos podatkov, elektromagnetne motnje pa ne vplivajo na signal, ki ga prenašajo optična vlakna.
Večina praktičnih je nefunkcionalnih senzorjev iz optičnih vlaken. AnyWay' s spremenljivo frekvenčni napetostni senzor, spremenljivo frekvenčni senzor toka in spremenljivo frekvenčni senzor moči (kombinacija napetostnih in tokovnih senzorjev) spadajo med nefunkcionalne senzorje optičnih vlaken, ki imajo edinstvene prednosti pri merjenju moči v kompleksna elektromagnetna okolja.
Optični senzorji so nova tehnologija, ki se je pojavila v zadnjih letih. Z njim lahko merimo različne fizikalne veličine, kot so zvočno polje, električno polje, tlak, temperatura, kotna hitrost, pospešek itd., Lahko pa tudi dokonča merilne naloge, ki jih je težko dokončati z obstoječimi merilnimi tehnologijami. V majhnem prostoru so v močnih elektromagnetnih motnjah in visokonapetostnem okolju optični senzorji pokazali edinstvene zmogljivosti. Obstaja več kot 70 vrst senzorjev optičnih vlaken, ki jih približno delimo na senzorje optičnih vlaken in senzorje z uporabo optičnih vlaken.
Tako imenovani senzor optičnih vlaken pomeni, da optično vlakno samo prejme zunanjo meritev. Zunanja izmerjena fizikalna količina lahko povzroči spremembo dolžine, lomnega količnika in premera merilne roke, tako da se svetloba, ki se prenaša v optičnem vlaknu, spreminja v amplitudi, fazi, frekvenci, polarizaciji itd. in referenčna luč referenčnega kraka se medsebojno moti (primerja), tako da se faza (ali amplituda) izhodne svetlobe spremeni in na podlagi te spremembe je mogoče zaznati izmerjeno spremembo. Faza, ki se prenaša v optičnem vlaknu, je zelo občutljiva na zunanje vplive, fizikalno količino, ki ustreza majhni spremembi faze 10 minus 4 radiana, pa je mogoče zaznati z uporabo interferenčne tehnologije. Z uporabo lastnosti navijanja in majhne izgube optičnega vlakna lahko zelo dolgo optično vlakno zvijemo v tuljavo optičnih vlaken majhnega premera, da povečamo uporabno dolžino in dosežemo večjo občutljivost.
Akustični senzor optičnih vlaken je senzor, ki sam uporablja optična vlakna. Ko je optično vlakno izpostavljeno zelo majhni zunanji sili, bo nekoliko upognjeno in njegova sposobnost prenosa svetlobe se bo močno spremenila. Zvok je neke vrste mehanski val in njegov učinek na optična vlakna je, da optična vlakna prisili in povzroči upogibanje. Moč zvoka lahko dosežemo z upogibanjem. Optični žiroskop je tudi neke vrste optični senzor. V primerjavi z laserskim žiroskopom ima optični žiroskop visoko občutljivost, majhnost in poceni. Uporablja se lahko v visoko zmogljivih inercialnih navigacijskih sistemih zrakoplovov, ladij, raket itd. Na sliki je prikazan princip merilnika turbinskega merilnika optičnih vlaken.
Zloženo Bragg rešetko
Fibre Bragg Grating Sensor (FBS) je nekakšen optični senzor z najvišjo frekvenco in najširšim dosegom. Ta vrsta senzorja lahko spremeni valovno dolžino odbitega svetlobnega vala glede na spremembo temperature okolja in / ali napetosti. Fiber Bragg rešetke se uporabljajo za izpostavljanje majhnega dela svetlobno občutljivih vlaken svetlobnim valovom s periodično porazdelitvijo intenzitete svetlobe s holografsko interferometrijo ali faznim prikrivanjem. Na ta način se bo optični lomni količnik optičnega vlakna trajno spreminjal glede na jakost obsevanega svetlobnega vala. Občasne spremembe lomnega količnika svetlobe, ki jih povzroča ta metoda, se imenujejo vlaknaste Braggove rešetke.
Ko se na Braggovo mrežo širi širok spekter žarka, bo vsak majhen segment vlakna po spremembi lomnega količnika odseval le določeno valovno dolžino svetlobe. Ta valovna dolžina se imenuje Braggova valovna dolžina. Zaradi te značilnosti rešetke Fiber Bragg odbijajo le svetlobne valove določene valovne dolžine, medtem ko se širijo svetlobni valovi drugih valovnih dolžin.
Glede na vlogo optičnih vlaken v senzorju optičnih vlaken jih lahko razdelimo na dve vrsti: tip zaznavanja in tip prenosa svetlobe.
Optična vlakna tipala optičnih vlaken tipa zaznavanja ne samo prenašajo svetlobo, temveč delujejo tudi kot fotoelektrični senzor. Zaradi vpliva zunanjega okolja na samo optično vlakno fizična količina, ki jo je treba izmeriti, deluje na senzor skozi optično vlakno, tako da lastnosti optičnega valovoda (jakost svetlobe, faza, polarizacijsko stanje, valovna dolžina itd.) ) so modulirani. Senzorski senzorji optičnih vlaken so nadalje razdeljeni na tip s poudarkom na svetlobi, fazni modulacijski tip, tip modulacije stanja vibracij in modulacijo valovnih dolžin.
Prepognjena vlakna za prenos svetlobe
Senzor optičnih vlaken tipa prenosa svetlobe v optični signal vnese optični signal, ki ga modulira merjeni objekt, in nato izvede meritev z obdelavo optičnega signala na izhodnem koncu. Ta tip senzorja ima še en fotoobčutljiv element, občutljiv na fizikalno količino, ki jo je treba izmeriti, optično vlakno pa se uporablja le kot element za prepustnost svetlobe, ki mora biti pritrjen z občutljivim elementom, ki lahko modulira svetlobo, ki jo oddaja optično vlakno, da tvori senzor element. Optične senzorje lahko razdelimo na tri vrste: točkovne optične senzorje, integrirane optične senzorje in porazdeljene senzorje optičnih vlaken glede na njihovo merilno območje. Med njimi se porazdeljeni senzorji iz optičnih vlaken uporabljajo za zaznavanje porazdelitve deformacij velikih struktur in lahko hitro in nedestruktivno merijo premike, notranje ali površinske napetosti in druge pomembne parametre konstrukcije. Tipi optičnih senzorjev, ki se uporabljajo v gradbeništvu, v glavnem vključujejo interferometrične senzorje z optičnimi vlakni Math-Zender, senzorje optičnih vlaken Fabry-pero in bragg rešetkaste senzorje.
Lahkotnost, vzdržljivost in dolgoročna stabilnost senzorja optičnih vlaken omogoča enostavno uporabo pri notranjem zaznavanju napetosti in deformacij različnih gradbenih materialov, kot so gradbene jeklene konstrukcije in beton. Izveden zdravstveni pregled gradbene konstrukcije.
Druga glavna kategorija optičnih senzorjev je uporaba optičnih senzorjev. Njegova struktura je približno naslednja: Senzor se nahaja na koncu optičnega vlakna, optično vlakno pa je le daljnovod svetlobe, ki izmerjeno fizikalno količino pretvori v amplitudo, fazo ali amplitudo svetlobe. V tem senzorskem sistemu so kombinirani tradicionalni senzor in optična vlakna. Uvedba optičnih vlaken omogoča uresničitev telemetrije na osnovi sonde. Ta senzor za prenos optičnih vlaken ima širok razpon uporabe in je enostaven za uporabo, vendar je njegova natančnost nekoliko nižja kot pri prvem tipu senzorja.
Optična vlakna so zvezda v vzponu v družini senzorjev. Veliko se uporablja zaradi odličnih lastnosti optičnih vlaken. To je nekakšen senzor, ki ga je vredno omeniti v proizvodni praksi.
Optični senzorji so zaradi številnih prednosti postali vzhajajoča zvezda v družini senzorjev in igrajo svojo edinstveno vlogo pri različnih meritvah ter postanejo nepogrešljiv član družine senzorjev.
aplikacijo
Izoliran iz umazanije, magnetizma, zvoka, tlaka, temperature, pospeška, žiroskopa, premika, nivoja tekočine, navora, fotoakustičnega, toka, senzor optičnih vlaken se lahko uporablja za premike, vibracije, vrtenje, tlak, upogibanje, deformacije, hitrost, pospešek, tok, magnetno polje, napetost, vlaga, temperatura, zvočno polje, pretok, koncentracija, vrednost PH in merjenje napetosti. Senzorji z optičnimi vlakni imajo široko paleto aplikacij, ki vključujejo skoraj vsa pomembna področja nacionalnega gospodarstva ter obrambe in vsakdanjega življenja ljudi. Uporabljajo se lahko varno in učinkovito v težkih okoljih. Rešujejo številne tehnične težave, ki že vrsto let obstajajo v številnih panogah. Tržno povpraševanje. V glavnem se kaže v naslednjih aplikacijah:
Uporaba interferometričnih žiroskopov in senzorjev tlaka na rešetko v mostovih, jezovih, naftnih poljih itd. V urbani gradnji. Senzorje optičnih vlaken je mogoče vgraditi v beton, plastiko, ojačano z ogljikovimi vlakni, in različne kompozitne materiale za testiranje sproščanja napetosti, gradbenih napetosti in napetosti zaradi dinamične obremenitve, da se ocenijo konstrukcijske lastnosti mostu v kratkoročni fazi gradnje in dolgoročni izraz operativno stanje.
V elektroenergetskem sistemu je treba izmeriti temperaturo, tok in druge parametre, kot je zaznavanje temperature v statorju in rotorju visokonapetostnih transformatorjev in velikih motorjev. Ker so električni senzorji dovzetni za motnje elektromagnetnega polja, jih v takih primerih ni mogoče uporabljati. Optični senzor. Porazdeljeni temperaturni senzor optičnih vlaken je visokotehnološka tehnologija, razvita v zadnjih letih za sprotno merjenje prostorske porazdelitve temperaturnega polja. Razdeljeni sistem za zaznavanje temperature optičnih vlaken nima le prednosti običajnih senzorjev optičnih vlaken, temveč ima tudi možnost merjenja temperature različnih točk vzdolž optičnih vlaken. S svojo porazdeljeno senzorsko zmožnostjo lahko sproti merimo temperaturo različnih točk znotraj nekaj kilometrov vzdolž optičnega vlakna. Natančnost določanja položaja lahko doseže vrsto metrov, natančnost merjenja pa lahko doseže raven 1 stopinje. Zelo je primeren za obsežno merjenje temperature presečišča. Priložnosti za prijavo.
Poleg tega se lahko senzorji iz optičnih vlaken uporabljajo tudi za nadzor železnic, sisteme raketnega pogona in zaznavanje naftnih vrtin.
Optična vlakna imajo izjemne prednosti širokopasovnega omrežja, velike zmogljivosti, prenosa na dolge razdalje in večparametrskega, porazdeljenega in nizkoenergijskega zaznavanja. Zaznavanje optičnih vlaken lahko še naprej absorbira nove tehnologije in naprave za komunikacijo z optičnimi vlakni, v internetu stvari pa naj bi se pogosto uporabljali različni senzorji optičnih vlaken.
