V roku 1960 bolo vynájdené laserové svetlo a po vynáleze laserov prejavili vedci záujem študovať aplikácie komunikačných systémov z optických vlákien na snímanie, dátovú komunikáciu a mnoho ďalších aplikácií. Následne optický komunikačný systém sa stala najlepšou voľbou pre gigabitový prenos údajov a ďalej. Tento typ optickej komunikácie sa používa na prenos dát, hlasu, telemetrie a videa cez diaľkovú komunikáciu alebo počítačové siete alebo siete LAN. Táto technológia využíva svetelnú vlnu na prenos údajov cez vlákno zmenou elektronických signálov na svetlo. Medzi vynikajúce charakteristické vlastnosti tejto technológie patria ľahká váha, nízky útlm, menší priemer, prenos signálu na veľké vzdialenosti, zabezpečenie prenosu atď.
Senzory optických vlákien
Je príznačné, že telekomunikačná technológia zmenil nedávny pokrok v technológii optických vlákien. Posledná revolúcia sa objavila ako návrhári, aby spojili produktívne výsledky optoelektronické zariadenia s telekomunikačnými zariadeniami s optickými vláknami na vytváranie senzorov z optických vlákien. Mnoho komponentov spojených s týmito zariadeniami je často vyvinutých pre aplikácie s optickými vláknami. Schopnosť senzorov z optických vlákien sa zvýšila v porovnaní s tradičnými senzormi.
Senzory optických vlákien
Senzory z optických vlákien nazývané tiež ako senzory optických vlákien používajú optické vlákno alebo snímací prvok. Tieto snímače sa používajú na snímanie niektorých veličín, ako je teplota, tlak, vibrácie, posuny, rotácie alebo koncentrácia chemických látok. Vlákna majú toľko využití v oblasti diaľkového snímania, pretože na vzdialenom mieste nevyžadujú žiadnu elektrickú energiu a majú malé rozmery.
Senzory z optických vlákien sú vynikajúce pre necitlivé podmienky, vrátane hluku, vysokých vibrácií, extrémneho tepla, mokra a nestabilného prostredia. Tieto snímače sa ľahko zmestia na malé oblasti a dajú sa správne umiestniť všade tam, kde sú potrebné flexibilné vlákna. Posun vlnovej dĺžky je možné vypočítať pomocou prístroja, reflektrometrie optickej frekvenčnej oblasti. O časovom oneskorení snímačov z optických vlákien možno rozhodnúť pomocou zariadenia, ako je napríklad optický reflektometer v časovej oblasti.
Bloková schéma snímača z optických vlákien
Všeobecná bloková schéma snímača z optických vlákien je uvedená vyššie. Bloková schéma sa skladá z optického zdroja ( Dióda vyžarujúca svetlo , LASER a laserová dióda), optické vlákno, snímací prvok, optický detektor a zariadenia na konečné spracovanie (optický spektrálny analyzátor, osciloskop). Tieto snímače sú rozdelené do troch kategórií na základe prevádzkových princípov, umiestnenia snímača a použitia.
Typy vláknových optických snímacích systémov
Tieto snímače je možné klasifikovať a vysvetliť nasledujúcim spôsobom:
1. Na základe umiestnenia snímača sú snímače z optických vlákien rozdelené do dvoch typov:
- Vnútorné snímače z optických vlákien
- Vonkajší snímač z optických vlákien
Senzory vnútornej vláknovej optiky
V tomto type senzorov sa snímanie uskutočňuje vo vnútri vlákna. Senzory závisia od vlastností samotného optického vlákna na premenu environmentálnej akcie na a modulácia svetelného lúča prechádzajúceho cez neho. Tu môže byť jedna z fyzikálnych vlastností svetelného signálu vo forme frekvencie, fázy, intenzity polarizácie. Najužitočnejšou vlastnosťou senzora vnútornej vláknovej optiky je, že poskytuje distribuované snímanie na veľké vzdialenosti. Základné poňatie snímača vnútornej optickej vlákny je znázornené na nasledujúcom obrázku.
Senzory vnútornej vláknovej optiky
Senzory optických vlákien vonkajšieho typu
V snímačoch optických vlákien vonkajšieho typu sa vlákno môže použiť ako informačný nosič, ktorý ukazuje cestu k čiernej skrinke. Generuje svetelný signál v závislosti od informácií doručených k čiernej skrinke. Čierna skrinka môže byť vyrobená zo zrkadiel,plyn alebo akékoľvek iné mechanizmy, ktoré generujú optický signál. Tieto snímače sa používajú na meranie rotácie, rýchlosti vibrácií, posunu, krútenia, krútiaceho momentu a zrýchlenia. Hlavný výhody týchto senzorov je ich schopnosť dosiahnuť miesta, ktoré sú inak nedosiahnuteľné.
Senzory optických vlákien vonkajšieho typu
Najlepším príkladom tohto snímača je meranie vnútornej teploty prúdového motora lietadla, ktoré pomocou vlákna prenáša žiarenie do radiačného pyrometra, ktorý je umiestnený mimo motora. Rovnakým spôsobom je možné tieto senzory použiť aj na meranie vnútornej teploty transformátory . Tieto snímače poskytujú vynikajúcu ochranu meracích signálov pred poškodením šumom. Nasledujúci obrázok zobrazuje základnú koncepciu snímača optických vlákien.
2. Na základe princípov činnosti sú snímače z optických vlákien rozdelené do troch typov:
- Na základe intenzity
- Fázovo založené
- Polarizácia založená
Optický snímač založený na intenzite
Senzory založené na intenzite optických vlákien vyžadujú viac svetla a tieto senzory používajú multirežimové vlákna veľkého jadra. Obrázok ukazuje predstavu o tom, ako funguje intenzita svetla ako parameter snímania, a tiež o tom, ako toto usporiadanie umožňuje vláknu pracovať ako snímač vibrácií. Keď dôjde k vibrácii, dôjde k zmene svetla vloženého z jedného konca na druhý koniec, čo umožní inteligenciu na meranie amplitúdy vibrácií.
Optický snímač založený na intenzite
Na obrázku bližší optický snímač a snímač vibrácií závisia od intenzity svetla v ďalších častiach. Tieto snímače majú veľa obmedzení z dôvodu premenlivých strát v systéme, ku ktorým nedochádza v prostredí. Medzi tieto premenné straty patria straty v dôsledku spojov, straty mikro a makro ohybom, straty v dôsledku spojov na spojoch atď. Medzi príklady patria snímače založené na intenzite alebo snímač mikrobendu a snímač postupných vĺn.
Medzi výhody týchto senzorov z optických vlákien patrí nízka cena, schopnosť fungovať ako senzory so skutočným rozdelením, veľmi jednoduchá implementácia, možnosť multiplexovania atď. Medzi nevýhody patria zmeny v intenzite svetla a relatívne merania atď.
Polarizačný optický snímač
Polarizačné optické vlákna sú dôležité pre určitú triedu senzorov. Túto vlastnosť je možné jednoducho modifikovať rôznymi externými premennými, a teda týmito typy snímačov môžu byť použité na meranie rozsahu parametrov.Špeciálne vlákna a ďalšie komponenty boli vyvinuté s presnými polarizačnými vlastnosťami. Spravidla sa používajú v rôznych aplikáciách na meranie, komunikáciu a spracovanie signálu.
Polarizačný optický snímač
Optické nastavenie optického senzora na báze polarizácie je uvedené vyššie. Tvaruje sa polarizáciou svetla zo zdroja svetla cez polarizátor. Polarizované svetlo sa začína pri 45 ° k vybraným osiam dĺžky dvojlomného vlákna chrániaceho pred polarizáciou. Táto časť vlákna slúži ako snímacie vlákno. Potom sa fázový rozdiel medzi týmito dvoma polarizačnými stavmi zmení pri akýchkoľvek vonkajších poruchách, ako je stres alebo napätie. Potom sa podľa vonkajších porúch zmení výstupná polarizácia. Zvážením stavu výstupnej polarizácie na ďalšom konci vlákna teda možno zistiť vonkajšie poruchy.
Fázový optický snímač
Tieto typy senzorov sa používajú na zmenu osvetlenia emitora na informačnom signáli, pričom signál je sledovaný fázovým optickým vláknovým senzorom. Keď svetelný lúč prechádza interferometrom, potom sa svetlo rozdelí na dva lúče. V ňom je jeden lúč vystavený snímaciemu prostrediu a druhý lúč je izolovaný od snímacieho prostredia, ktoré sa používa ako referencia. Akonáhle sú dva oddelené lúče rekombinované, potom si navzájom prekážajú. Najčastejšie používanými interferometrmi sú Michelson, Mach Zehnder, Sagnac, mriežkové a polarimetrické interferometre. Tu sú zobrazené interferometre Mach Zehnder a Michelson nižšie.
Fázový optický snímač
tu sú rozdiely a podobnosti medzi týmito dvoma interferometrami. Pokiaľ ide o podobnosť, Michelsonov interferometer sa často považuje za zložený interferometer Mach Zehnder. Konfigurácia Michelsonovho interferometra vyžaduje iba jeden spojovač optických vlákien. Pretože svetlo prechádza dvakrát cez snímacie a referenčné vlákna, optický fázový posun na jednotku dĺžky vlákna sa zdvojnásobí. Michelsonovci teda môžu mať zásadne lepšiu citlivosť. Ďalšou jasnou výhodou prístroja Michelson je, že snímač je možné snímať iba jedným vláknom medzi zdrojom a modulom detektora zdroja. Pre Michelsonov interferometer je ale potrebné kvalitné zrkadlo
3. Na základe aplikácie sú snímače z optických vlákien rozdelené do troch typov, ako napr
- Chemický senzor
- Fyzický senzor
- Bio lekársky senzor
Chemický senzor
Chemický senzor je zariadenie, ktoré sa používa na transformáciu chemických informácií vo forme merateľného fyzikálneho signálu spojeného s koncentráciou určitých chemických látok. Chemický senzor je dôležitou súčasťou analyzátora a môže obsahovať niektoré zariadenia, ktoré vykonávajú nasledujúce činnosti: funkcie: spracovanie signálu, vzorkovanie a spracovanie dát. Analyzátor môže byť dôležitou súčasťou automatizovaného systému.
Chemický senzor
Činnosť analyzátora podľa plánu vzorkovania ako funkcia času slúži ako monitor. Tieto snímače zahŕňajú dve funkčné jednotky: receptor a menič. V receptorovej časti sa chemická informácia transformuje na energiu, ktorú môže merať prevodník. V časti prevodníka sa chemická informácia transformuje na analytický signál a nevykazuje citlivosť.
Fyzický senzor
Fyzický senzor je zariadenie, ktoré sa vyrába podľa fyzikálnych účinkov a povahy. Tieto snímače sa používajú na poskytovanie informácií o fyzikálnych vlastnostiach systému. Tento typ snímačov sú väčšinou označené snímačmi, ako sú fotoelektrické snímače, piezoelektrické snímače , snímače odporu kovu a polovodičové piezo-odporové snímače.
Bio lekársky senzor
Biomedicínsky senzor je elektronické zariadenie, ktoré sa používa na prenos rôznych neelektrických veličín v biomedicínskych poliach do ľahko detegovateľných elektrických veličín. Z tohto dôvodu sú tieto senzory zahrnuté v analýze zdravotnej starostlivosti. Táto snímacia technológia je kľúčom k zhromažďovaniu patologických a fyziologických informácií o človeku.
Bio lekársky senzor
Aplikácia senzorov vláknovej optiky
Senzory z optických vlákien sa používajú v rôznych aplikáciách, ako sú napr
- Meranie fyzikálnych vlastností, ako je teplota, posun,rýchlosť, deformácia v štruktúrach akejkoľvek veľkosti alebo ľubovoľného tvaru.
- V reálnom čase sledovanie fyzickej štruktúry zdravia.
- Budovy a mosty, tunely,Priehrady, dedičské štruktúry.
- Kamera pre nočné videnie, elektronické zabezpečovacie systémy „Detekcia čiastočného výboja a meranie zaťaženia kolies vozidiel.
Teda prehľad o snímače z optických vlákien a aplikácií. Existuje mnoho výhod použitia senzorov optických vlákien na komunikáciu na veľké vzdialenosti, ktoré zahŕňajú malé rozmery, nízku hmotnosť, kompaktnosť, vysokú citlivosť, širokú šírku pásma atď. Všetky tieto vlastnosti čo najlepšie využívajú optické vlákna ako senzor. Okrem toho za každú pomoc týkajúcu sa tejto témy alebo projektové nápady založené na senzoroch , môžete nás kontaktovať komentovaním v sekcii komentárov nižšie.
Fotografické úvery:
- Fiber Optic Sensor od spoločnosti automationdirect
- Chemický senzor od hnev.the
- Senzor Bio Medical od imimg
