Fiber Optik Sensör

- Dec 28, 2020-

Fiber optik sensör, ölçülen nesnenin durumunu ölçülebilir bir ışık sinyaline dönüştüren bir sensördür. Optik fiber sensörün çalışma prensibi, ışık kaynağından gelen ışık demetini optik fiber aracılığıyla modülatöre göndermek ve modülatörde ölçülen harici parametrelerle etkileşime girerek ışığın ışık yoğunluğu, dalga boyu gibi optik özelliklerini yapmaktır. , frekans, faz, polarizasyon durumu, vb. Değişir ve modüle edilmiş bir optik sinyal haline gelir, bu daha sonra optik fiber aracılığıyla optoelektronik cihaza gönderilir ve ölçülen parametre demodülatörden sonra elde edilir. Tüm süreçte, ışık huzmesi optik fiberden sokulur ve daha sonra modülatörden geçtikten sonra yayılır. Optik fiberin işlevi önce ışık demetini iletmek ve ikinci olarak bir optik modülatör olarak hareket etmektir.

Geliştirme yönü
Sensörler; hassasiyet, hassasiyet, uyarlanabilirlik, kompaktlık ve zeka yönünde gelişiyor. Bu süreçte sensör ailesinin yeni bir üyesi olan fiber optik sensörler oldukça popülerdir. Optik fiberin birçok mükemmel özelliği vardır, örneğin: anti-elektromanyetik ve atomik radyasyon girişim performansı, küçük çap, yumuşak, hafif mekanik özellikler; yalıtım, endüktif olmayan elektriksel özellikler; su direnci, yüksek sıcaklık dayanımı, korozyon direnci, kimyasal özellikler vb. İnsanların ulaşamayacağı yerlerde (yüksek sıcaklıklı alanlar gibi) veya insanlara zararlı alanlarda (nükleer radyasyon alanları gibi) insan kulağı rolünü oynayabilir. ) ve ayrıca insan fizyolojik sınırlarını aşabilir ve insan duyularını alabilir.' t hissedebileceğiniz dış bilgiler.

Özellikleri

1. Reflektörde prizma kullanımı nedeniyle, genel yansıtıcı ışık kontrol sensörlerinden daha yüksek algılama performansına ve daha fazla güvenilirliğe sahiptir.

2. Ayrı bir ışık kontrol sensörüyle karşılaştırıldığında, devre bağlantısı daha basit ve kolaydır.

3. Tokanın gömülü tasarımı, kurulumu kolaylaştırır

kullanım

1. Telefon ve ağ genişbantı gibi dijital modellerin iletimi için kullanılır.

2. Otomatik satış makineleri, finansal terminalle ilgili ekipman ve para sayaçları için kullanılan banknot, kart, bozuk para, hesap cüzdanı vb. Geçiş durumu

3. Otomatik ekipman üzerinde ürün konumlandırma, sayma ve tanımlama için kullanılır.

prensip
Optik fiber sensörün temel çalışma prensibi, ışık kaynağından gelen ışığı optik fiber aracılığıyla modülatöre göndermektir. Ölçülecek parametre modülasyon alanına giren ışıkla etkileşime girdikten sonra, modüle edilmiş sinyal ışığı olarak adlandırılan ışığın optik özellikleri (ışık yoğunluğu, dalga boyu, frekans, faz, Polarizasyon durumu vb.) Değişir ve ardından ölçümü tamamlamak için ölçülen ışık iletim özelliklerinin etkisi

Optik fiber sensörler için iki ölçüm prensibi vardır.

(1) Fiziksel özellik tipi fiber optik sensörün prensibi. Fiziksel özellik tipi optik fiber sensör, giriş fiziksel miktarını modüle edilmiş bir optik sinyale dönüştürmek için optik fiberin çevresel değişikliklere duyarlılığını kullanır. Çalışma prensibi, optik fiberin optik modülasyon etkisine, yani sıcaklık, basınç, elektrik alan, manyetik alan gibi dış çevresel faktörler değiştiğinde, faz ve ışık yoğunluğu gibi ışık geçirgenlik özelliklerine dayanır. , değişecek.

Bu nedenle, optik fiberden geçen ışık fazı ve ışık yoğunluğu değişimi ölçülebiliyorsa, ölçülen fiziksel miktarın değişimi bilinebilir. Bu tip sensör aynı zamanda hassas eleman tipi veya fonksiyonel fiber optik sensör olarak da adlandırılır. Lazerin nokta ışık kaynağının ışını paralel dalgalara yayılır ve bir ışın ayırıcı ile iki yola bölünür, biri referans optik yol, diğeri ise ölçüm optik yoludur. Dış parametreler (sıcaklık, basınç, titreşim vb.), Fiber uzunluğunun değişmesine ve fazın hafif fazının değişmesine neden olarak farklı sayıda girişim saçakları üretmektedir. Mod hareketini sayarak sıcaklık veya basınç ölçülebilir.

(2) Yapılandırılmış fiber optik sensör prensibi. Yapılandırılmış fiber optik sensör, bir ışık algılama elemanı (hassas eleman), bir fiber optik iletim döngüsü ve bir ölçüm devresinden oluşan bir ölçüm sistemidir. Bunlar arasında, optik fiber yalnızca ışığın iletim ortamı olarak kullanılır, bu nedenle aynı zamanda ışık ileten veya işlevsel olmayan optik fiber sensör olarak da adlandırılır.

verim
Optik fiberin birçok mükemmel özelliği vardır, örneğin: anti-elektromanyetik ve atomik radyasyon girişim performansı, küçük çap, yumuşak, hafif mekanik özellikler; yalıtım, endüktif olmayan elektriksel özellikler; su direnci, yüksek sıcaklık direnci, korozyon direnci, kimyasal özellikler, vb., Ulaşılamayan veya insanlara zararlı (nükleer radyasyon alanları gibi) yerlerde insan kulaklarının rolünü oynayabilir ve ayrıca insan fizyolojik sınırlarını aşabilir ve insan duyuları tarafından hissedilemeyeni alır. Dış bilgiler.

Özellikleri
1. Yüksek hassasiyet;

2. Geometrik şekil birçok yönden uyarlanabilir ve herhangi bir şekle sahip optik fiber sensörlere dönüştürülebilir;

Üçüncüsü, çeşitli fiziksel bilgileri (akustik, manyetik, sıcaklık, rotasyon, vb.) Algılayan cihazlar üretebilir;

4. Yüksek voltaj, elektriksel gürültü, yüksek sıcaklık, korozyon veya diğer sert ortamlarda kullanılabilir;

Beşincisi ve optik fiber telemetri teknolojisi ile doğal uyumluluğa sahiptir.

Optik fiber sensörün avantajı, geleneksel sensörlere kıyasla fiber optik sensörün hassas bilgilerin taşıyıcısı olarak ışığı ve hassas bilgileri iletmek için ortam olarak fiber optik kullanmasıdır. Optik fiber ve optik ölçüm özelliklerine sahiptir ve bir dizi benzersiz avantajı vardır. İyi elektriksel yalıtım performansı, güçlü anti-elektromanyetik girişim yeteneği, non-invaziv, yüksek hassasiyet, ölçülen sinyalin uzaktan izlenmesi kolay, korozyon direnci, patlamaya dayanıklı, esnek ışık yolu, bilgisayara bağlanması kolay.

Sensör, hassasiyet, doğruluk, uyarlanabilirlik, kompaktlık ve zeka yönünde gelişmektedir. İnsanların ulaşamayacağı yerlerde (yüksek sıcaklıklı alanlar veya nükleer radyasyon alanları gibi insanlara zararlı alanlar gibi) kullanılabilir. Aynı zamanda insanların fizyolojik sınırlarını aşabilir ve insan duyuları tarafından hissedilemeyen dış bilgileri alabilir.

sınıflandırma
Test edilen nesnenin modülasyon moduna göre, şu bölümlere ayrılabilir: yoğunluk modülasyonu, polarizasyon modu, faz modu ve frekans modu;

Işığın parazit yapıp yapmadığına göre ikiye ayrılabilir: parazit tipi ve parazitsiz tip;

Mesafe arttıkça ölçümün sürekli izlenip izlenemeyeceğine göre, şu gruplara ayrılabilir: dağıtılmış ve noktaya dayalı;

Optik fiberin sensörlerdeki rolüne göre şunlara ayrılabilir: bir tip fonksiyonel (Fonksiyonel Fiber, FF olarak kısaltılmıştır) sensörler, aynı zamanda algılama sensörleri olarak da bilinir; diğeri işlevsel olmayan tiptir (NFF olarak kısaltılmış İşlevsel Olmayan Fiber) ve buna ışık geçirme sensörü denir.

Katlama fonksiyonu tipi
Fonksiyonel sensör, optik fiberi hassas bir eleman olarak kullanmak için fiber optiğin özelliklerini kullanır. Ölçülen ışık, iletilen ışığın yoğunluğunu, fazını, frekansını veya polarizasyon durumunu değiştirmek için optik fiberde iletilen ışığı modüle eder. Test edilen sinyali elde etmek için sinyal demodüle edilir.

Optik fiber sadece bir ışık kılavuzu ortamı değil, aynı zamanda hassas bir elemandır. Işık, optik fiberde ölçülür ve modüle edilir ve çoğunlukla çok modlu fiber optik kullanılır.

Avantajlar: kompakt yapı ve yüksek hassasiyet.

Dezavantajları: özel optik fiber gereklidir, yüksek maliyet,

Tipik örnekler: fiber optik jiroskoplar, fiber optik hidrofonlar vb.

Katlanmış işlevsel olmayan elyaf türü
İşlevsel olmayan fiber optik sensörler, ölçülen değişiklikleri algılamak için diğer hassas bileşenleri kullanır. Optik fiberler yalnızca bilgi aktarım ortamı olarak kullanılır ve genellikle tek modlu optik fiberler kullanılır.

Optik fiber yalnızca ışığa kılavuzluk etme rolünü oynar ve fiber optik tipe duyarlı eleman üzerindeki ışık, ölçüm tarafından modüle edilir.

Avantajlar: Optik fiber, elektriksel izolasyon ve veri iletimi için kullanılabilir ve fiber optik tarafından iletilen sinyal elektromanyetik girişimden etkilenmez.

Pratik olanların çoğu, işlevsel olmayan fiber optik sensörlerdir. AnyWay' değişken frekanslı voltaj sensörü, değişken frekanslı akım sensörü ve değişken frekanslı güç sensörü (voltaj ve akım sensörlerinin bir kombinasyonu), güç ölçümünde benzersiz avantajları olan işlevsel olmayan fiber optik sensörlere aittir. karmaşık elektromanyetik ortamlar.

Fiber optik sensörler, son yıllarda ortaya çıkan yeni bir teknolojidir. Ses alanı, elektrik alanı, basınç, sıcaklık, açısal hız, ivme vb. Gibi çeşitli fiziksel büyüklükleri ölçmek için kullanılabilir ve ayrıca mevcut ölçüm teknolojileri ile tamamlanması zor olan ölçüm görevlerini tamamlayabilir. Küçük bir alanda, güçlü bir elektromanyetik girişimde ve yüksek voltaj ortamında, fiber optik sensörler benzersiz yetenekler göstermiştir. Kabaca fiber optik sensörlere ve optik fiber kullanan sensörlere bölünmüş 70'den fazla fiber optik sensör türü vardır.

Sözde fiber optik sensör, optik fiberin harici ölçümü doğrudan alması anlamına gelir. Harici ölçülen fiziksel miktar, ölçüm kolunun uzunluğunun, kırılma indisinin ve çapının değişmesine neden olabilir, böylece optik fiberde iletilen ışığın genlik, faz, frekans, polarizasyon vb. ve referans kolunun referans ışığı birbiriyle etkileşir (karşılaştırılır), böylece çıkış ışığının fazı (veya genliği) değişir ve ölçülen değişiklik bu değişikliğe göre tespit edilebilir. Optik fiberde iletilen faz, dış etkilere karşı oldukça hassastır ve 10 eksi 4 radyanlık küçük faz değişimine karşılık gelen fiziksel miktar, girişim teknolojisi kullanılarak tespit edilebilir. Sarım özelliklerini ve optik fiberin düşük kaybını kullanarak, çok uzun bir optik fiber, kullanım uzunluğunu artırmak ve daha yüksek hassasiyet elde etmek için küçük çaplı bir fiber optik bobine sarılabilir.

Optik fiber akustik sensör, optik fiberin kendisini kullanan bir sensördür. Optik fiber çok küçük bir dış kuvvete maruz kaldığında hafifçe bükülür ve ışık geçirgenliği büyük ölçüde değişir. Ses bir tür mekanik dalgadır ve fiber optik üzerindeki etkisi, fiber optikleri zorlamak ve bükülmeye neden olmaktır. Sesin gücü bükülerek elde edilebilir. Fiber optik jiroskop aynı zamanda bir tür fiber optik sensördür. Lazer jiroskop ile karşılaştırıldığında fiber optik jiroskop yüksek hassasiyete, küçük boyuta ve düşük maliyete sahiptir. Uçakların, gemilerin, füzelerin, vb. Yüksek performanslı atalet navigasyon sistemlerinde kullanılabilir. Şekilde fiber optik sensör türbin debimetresinin prensibi gösterilmektedir.

Katlanmış Bragg ızgarası
Fiber Bragg Izgara Sensörü (FBS), en yüksek frekansa ve en geniş aralığa sahip bir tür fiber optik sensördür. Bu tür bir sensör, çevresel sıcaklık ve / veya gerilim değişimine göre yansıyan ışık dalgasının dalga boyunu değiştirebilir. Fiber Bragg ızgaraları, ışığa duyarlı fiberin küçük bir bölümünü holografik interferometri veya faz maskeleme yoluyla periyodik bir ışık yoğunluğu dağılımı ile ışık dalgalarına maruz bırakmak için kullanılır. Bu şekilde, optik fiberin optik kırılma indisi, ışınlanan ışık dalgasının yoğunluğuna göre kalıcı olarak değişecektir. Bu yöntemin neden olduğu ışığın kırılma indisindeki periyodik değişikliklere fiber Bragg ızgaraları denir.

Geniş spektrumlu bir ışın, fiber Bragg ızgarasına yayıldığında, kırılma indisi değiştirildikten sonra fiberin her küçük parçası yalnızca belirli bir ışık dalga boyunu yansıtacaktır. Bu dalga boyuna Bragg dalga boyu denir. Bu özellik, Fiber Bragg ızgaralarının yalnızca belirli bir dalga boyundaki ışık dalgalarını yansıtmasını sağlarken, diğer dalga boylarındaki ışık dalgaları yayılır.

Optik fiberin optik fiber sensördeki rolüne göre, iki türe ayrılabilir: algılama tipi ve ışık iletim tipi.

Algılama tipi fiber optik sensörün fiber optik, yalnızca ışığı iletmekle kalmaz, aynı zamanda bir fotoelektrik sensör görevi görür. Dış ortamın optik fiber üzerindeki etkisinden dolayı, ölçülecek fiziksel miktar, optik fiber aracılığıyla sensöre etki eder, böylece optik dalga kılavuzunun özellikleri (ışık yoğunluğu, faz, polarizasyon durumu, dalga boyu vb.) ) modüle edilir. Sensör tipi fiber optik sensörler ayrıca ışığı vurgulayan tip, faz modülasyon tipi, titreşim durumu modülasyon tipi ve dalga boyu modülasyon tipi olarak ikiye ayrılır.

Katlanmış ışık geçirgenliği lifi
Işık iletim tipi fiber optik sensör, ölçülen nesne tarafından modüle edilen optik sinyali optik fibere girer ve ardından çıkış ucundaki optik sinyali işleyerek ölçümü gerçekleştirir. Bu tip sensör, ölçülecek fiziksel miktara duyarlı başka bir ışığa duyarlı elemana sahiptir ve optik fiber yalnızca şu şekilde kullanılır Işık geçirme elemanı, bir sensör oluşturmak için optik fiber tarafından iletilen ışığı modüle edebilen hassas bir elemana bağlanmalıdır. öğesi. Fiber optik sensörler üç türe ayrılabilir: nokta fiber optik sensörler, entegre fiber optik sensörler ve ölçüm aralıklarına göre dağıtılmış fiber optik sensörler. Bunların arasında, dağıtılmış fiber optik sensörler, büyük yapıların gerinim dağılımını tespit etmek için kullanılır ve hızlı ve tahribatsız bir şekilde yer değiştirmeyi, iç veya yüzey gerilimini ve yapının diğer önemli parametrelerini ölçebilir. İnşaat mühendisliğinde kullanılan fiber optik sensör türleri arasında Math-Zender interferometrik fiber optik sensörler, Fabry-pero boşluklu fiber optik sensörler ve fiber Bragg ızgara sensörleri bulunur.

Fiber optik sensörün hafifliği, dayanıklılığı ve uzun vadeli stabilitesi, bina çelik yapılar ve beton gibi çeşitli yapı malzemelerinin iç gerilme ve gerinim tespitine kolayca uygulanmasını sağlar. Bina yapısının gerçekleştirilmiş sağlık denetimi.

Fiber optik sensörlerin bir diğer önemli kategorisi de fiber optik sensörlerin kullanılmasıdır. Yapısı kabaca şu şekildedir: Sensör, optik fiberin ucunda bulunur ve optik fiber, ölçülen fiziksel miktarı ışığın genliğine, fazına veya genliğine dönüştüren yalnızca bir ışık iletim hattıdır. Bu sensör sisteminde, geleneksel sensör ve optik fiber birleştirilir. Optik fiberin tanıtımı, prob tabanlı telemetrinin gerçekleştirilmesini mümkün kılar. Bu fiber optik iletim sensörünün geniş bir uygulama aralığı vardır ve kullanımı kolaydır, ancak doğruluğu birinci sensör türünden biraz daha düşüktür.

Optik fiber, sensör ailesinde yükselen bir yıldızdır. Optik fiberin mükemmel performansı nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır. Üretim pratiğinde dikkate değer bir sensör türüdür.

Fiber optik sensörler, birçok avantajı nedeniyle sensör ailesinde yükselen bir yıldız haline geldi ve çeşitli ölçümlerde kendi benzersiz rollerini oynayarak sensör ailesinin vazgeçilmez bir üyesi haline geldi.

uygulama
Kir, manyetizma, ses, basınç, sıcaklık, ivme, jiroskop, deplasman, sıvı seviyesi, tork, fotoakustik, akım, fiber optik sensörden yalıtılmış deplasman, titreşim, rotasyon, basınç, eğilme, gerinim, hız, ivme, akım, Manyetik alan, gerilim, nem, sıcaklık, ses alanı, akış, konsantrasyon, PH değeri ve gerinim ölçümü. Optik fiber sensörler, ulusal ekonominin hemen hemen tüm önemli alanlarını ve ulusal savunmayı ve insanların günlük yaşamlarını içeren çok çeşitli uygulamalara sahiptir. Zorlu ortamlarda güvenli ve etkin bir şekilde kullanılabilirler. Birçok sektörde uzun yıllardır var olan birçok teknik sorunu çözüyorlar. Piyasa talebi. Esas olarak aşağıdaki uygulamalarda kendini gösterir:

Kentsel inşaatlarda köprüler, barajlar, petrol sahaları vb. Yerlerde interferometrik jiroskopların ve ızgara basınç sensörlerinin uygulanması. Optik fiber sensörler, köprünün kısa vadeli inşaat aşamasında ve uzun vadede yapısal performansını değerlendirmek için stres gevşemesini, inşaat stresini ve dinamik yük stresini test etmek için beton, karbon fiber takviyeli plastikler ve çeşitli kompozit malzemelere gömülebilir. dönem işletim durumu.

Güç sisteminde, yüksek gerilim trafolarının ve büyük motorların stator ve rotorundaki sıcaklık algılaması gibi sıcaklık, akım ve diğer parametreleri ölçmek gerekir. Elektrik sensörleri elektromanyetik alan girişimine duyarlı olduklarından, bu tür durumlarda kullanılamazlar. Fiber Optik Sensör. Dağıtılmış fiber optik sıcaklık sensörü, uzaysal sıcaklık alan dağılımının gerçek zamanlı ölçümü için son yıllarda geliştirilmiş bir yüksek teknolojidir. Dağıtılmış fiber optik sıcaklık algılama sistemi, yalnızca ortak fiber optik sensörlerin avantajlarına sahip olmakla kalmaz, aynı zamanda fiber optik boyunca çeşitli noktaların sıcaklığını ölçme yeteneğine de sahiptir. Dağıtılmış algılama özelliği sayesinde, optik fiber boyunca birkaç kilometre içindeki çeşitli noktaların sıcaklığını gerçek zamanlı olarak sürekli olarak ölçebiliriz. Konumlandırma doğruluğu metre sırasına, ölçüm doğruluğu ise 1 derece seviyesine ulaşabilir. Büyük ölçekli kavşak sıcaklık ölçümü için çok uygundur. Uygulama günleri.

Ayrıca fiber optik sensörler, demiryolu izleme, roket itme sistemleri ve petrol kuyusu tespitinde de kullanılabilir.

Optik fiber, geniş bant, geniş kapasite, uzun mesafeli iletim ve çok parametreli, dağıtılmış ve düşük enerji tüketimi algılamanın dikkate değer avantajlarına sahiptir. Optik fiber algılama, fiber optik iletişim için yeni teknolojileri ve cihazları absorbe etmeye devam edebilir ve çeşitli fiber optik sensörlerin Nesnelerin İnternetinde yaygın olarak kullanılması bekleniyor.

Bir çift:2020 Optik Fiber ve Kablo Endüstrisinin Durum ve Beklenti Analizi Sonraki:Optik Fiber Parlatma Sıvısı