Optički senzor je senzor koji pretvara stanje izmjerenog objekta u mjerljivi svjetlosni signal. Princip rada senzora optičkih vlakana je slanje incidenta svjetlosne zrake iz izvora svjetlosti modulatoru putem optičkih vlakana i interakcija s vanjskim izmjerenim parametrima u modulatoru kako bi optička svojstva svjetlosti kao što su intenzitet svjetlosti, valna duljina, frekvencija, faza, stanje polarizacije itd. Mijenja se i postaje modulirani optički signal, koji se zatim šalje na optoelektronički uređaj putem optičkog vlakana, a izmjereni parametar dobiva se nakon demodulatora. U cijelom procesu svjetlosna zraka se uvodi kroz optička vlakna, a zatim emitira nakon prolaska kroz modulator. Funkcija optičkih vlakana je prvo prenijeti svjetlosnu zraku, a drugo djelovati kao optički modulator.
Smjer razvoja
Senzori se razvijaju u smjeru osjetljivosti, preciznosti, prilagodljivosti, kompaktnosti i inteligencije. U tom procesu vrlo su popularni optički senzori, novi član obitelji senzora. Optička vlakna imaju mnoga izvrsna svojstva, kao što su: performanse anti-elektromagnetskih i atomskih zračenja, mali promjer, meka, lagana mehanička svojstva; izolacija, ne-induktivna električna svojstva; vodootpornost, otpornost na visoke temperature, otpornost na koroziju, kemijska svojstva itd., Može igrati ulogu ljudskih ušiju na mjestima do kojih ljudi ne mogu doći (poput područja visoke temperature) ili područjima koja su štetna za ljude (kao što su područja nuklearnog zračenja), a može nadići i ljudske fiziološke granice i primati ljudska osjetila. Vanjske informacije koje ne možete osjetiti.
Značajke
1. Zbog uporabe prizme u reflektoru ima veće performanse detekcije i veću pouzdanost od općih reflektirajućih senzora za kontrolu svjetla.
2. U usporedbi sa zasebnim senzorom za kontrolu svjetla, veza kruga je jednostavnija i lakša.
3. Ugrađeni dizajn kopče olakšava instalaciju
Koristiti
1. Koristi se za prijenos digitalnih modela kao što su telefonska i mrežna širokopojasna mreža.
2. Prolazak statusa novčanica, kartica, kovanica, knjižica itd.
3. Koristi se za pozicioniranje proizvoda, brojanje i identifikaciju automatizirane opreme.
Princip
Osnovni princip rada senzora optičkih vlakana je slanje svjetla iz izvora svjetlosti modulatoru putem optičkih vlakana. Nakon što parametar koji će se mjeriti stupi u interakciju sa svjetlom koje ulazi u područje modulacije, mijenjaju se optička svojstva svjetla (kao što su intenzitet svjetlosti, valna duljina, frekvencija, faza, stanje polarizacije itd.), nazvana modulirano signalno svjetlo, a zatim koriste utjecaj izmjerenih karakteristika prijenosa svjetlosti za dovršetak mjerenja.
Postoje dva mjerna principa za senzore optičkih vlakana.
(1) Načelo senzora optičkih vlakana tipa fizičkog svojstva. Senzor optičkih vlakana tipa fizičkog svojstva koristi osjetljivost optičkih vlakana na promjene u okolišu kako bi ulaznu fizičku količinu pretvorio u modulirani optički signal. Njegov radni princip temelji se na optičkom modulacijskom učinku optičkog vlakna, odnosno kada se promijene vanjski okolišni čimbenici poput temperature, tlaka, električnog polja, magnetskog polja itd., njegove karakteristike prijenosa svjetlosti, poput faze i intenziteta svjetlosti.
Stoga, ako se svjetlosna faza i intenzitet svjetlosti mijenjaju kroz optička vlakna, može se znati promjena izmjerene fizičke količine. Ova vrsta senzora naziva se i tip osjetljivog elementa ili funkcionalni optički senzor. Snop točkastog izvora svjetlosti lasera difamira se u paralelne valove i podijeljen je na dvije staze razdiktačem snopa zraka, jedan je referentna optička staza, a drugi je mjerni optički put. Vanjski parametri (temperatura, tlak, vibracije itd.) uzrokuju promjenu duljine vlakana i promjenu svjetlosne faze faze, čime se proizvodi različit broj rubova smetnji. Brojanjem pokreta načina rada može se mjeriti temperatura ili tlak.
(2) Princip strukturiranog senzora optičkih vlakana. Strukturirani senzor optičkih vlakana je mjerni sustav sastavljen od elementa za detekciju svjetlosti (osjetljivi element), petlje optičkog prijenosa vlakana i mjernog kruga. Među njima se optička vlakna koriste samo kao prijenosni medij svjetlosti, pa se naziva i senzor za prijenos svjetlosti ili nefunkcionalna optička vlakna
Performanse
Optička vlakna imaju mnoga izvrsna svojstva, kao što su: performanse anti-elektromagnetskih i atomskih zračenja, mali promjer, meka, lagana mehanička svojstva; izolacija, ne-induktivna električna svojstva; otpornost na vodu, otpornost na visoke temperature, otpornost na koroziju, kemijska svojstva itd. Vanjske informacije.
Značajke
1. Visoka osjetljivost;
2. Geometrijski oblik je prilagodljiv u mnogim aspektima i može se pretvoriti u optičke senzore vlakana bilo kojeg oblika;
Treće, može proizvesti uređaje koji osjete različite fizičke informacije (akustične, magnetske, temperature, rotacije itd.);
4. Može se koristiti u visokom naponu, električnoj buci, visokoj temperaturi, koroziji ili drugim teškim okruženjima;
Peto, i ima inherentnu kompatibilnost s optičkim vlaknima telemetrijske tehnologije.
Prednost senzora optičkih vlakana je u tome što u usporedbi s tradicionalnim senzorima, senzor optičkih vlakana koristi svjetlost kao nosač osjetljivih informacija i optičkih vlakana kao medij za prijenos osjetljivih informacija. Ima karakteristike optičkih vlakana i optičkog mjerenja i ima niz jedinstvenih prednosti. Dobre performanse električne izolacije, snažna sposobnost anti-elektromagnetskih smetnji, neinvazivnost, visoka osjetljivost, lako ostvarivo daljinsko praćenje izmjerenog signala, otpornost na koroziju, otporno na eksplozije, fleksibilna svjetlosna staza, lako se povezuje s računalom.
Senzor se razvija u smjeru osjetljivosti, točnosti, prilagodljivosti, kompaktnosti i inteligencije. Može se koristiti na mjestima gdje ljudi ne mogu doseći (kao što su područja visoke temperature ili područja štetna za ljude, kao što su područja nuklearnog zračenja). Također može nadići fiziološke granice ljudi i primati vanjske informacije koje ljudska osjetila ne mogu osjetiti.
Klasifikacija
Prema modulacijskom načinu rada objekta koji se testira, može se podijeliti na: modulaciju intenziteta, način polarizacije, fazni način rada i način frekvencije;
Prema tome ometa li svjetlo, može se podijeliti na: vrstu interferencija i vrstu nemiješanja;
Prema tome može li se mjerenje kontinuirano pratiti kako se udaljenost povećava, može se podijeliti na: distribuirano i temeljeno na točkama;
Prema ulozi optičkih vlakana u senzorima, može se podijeliti na: jedna vrsta je funkcionalna (Funkcionalna vlakna, skraćeno kao FF) senzori, također poznati kao senzori senzora za senzore; drugi je nefunkcionalni tip (Nefunkcionalna vlakna, skraćeno kao NFF), a zove se senzor za prijenos svjetlosti.
Vrsta sklopive funkcije
Funkcionalni senzor koristi karakteristike samog optičkog vlakana za korištenje optičkih vlakana kao osjetljivog elementa. Izmjereno svjetlo modulira svjetlost koja se prenosi u optičkim vlaknima kako bi se promijenilo stanje intenziteta, faze, frekvencije ili polarizacije prenesenog svjetla. Signal je demoduliran kako bi se dobio signal pod testom.
Optičko vlakno nije samo medij svjetlosnog vodiča, već i osjetljiv element. Svjetlo se mjeri i modulira u optičkim vlaknima, a uglavnom se koriste multimodna optička vlakna.
Prednosti: kompaktna struktura i visoka osjetljivost.
Nedostaci: potrebna su posebna optička vlakna, visoka cijena,
Tipični primjeri: optički žiroskopi, optički hidrofoni itd.
Presavijeni nefunkcionalni tip vlakana
Nefunkcionalni senzori optičkih vlakana koriste druge osjetljive komponente kako bi osjetili promjene koje se mjere. Optička vlakna koriste se samo kao informacijski prijenosni medij, a često se koriste i jednosmjehiska optička vlakna.
Optičko vlakno igra samo ulogu vodeće svjetlosti, a svjetlo na optičkom osjetljivom elementu tipa vlakana modulirano je mjerenjem.
Prednosti: Optička vlakna mogu se koristiti za električnu izolaciju i prijenos podataka, a na signal koji se prenosi optičkim vlaknima ne utječu elektromagnetske smetnje.
Većina praktičnih su nefunkcionalni senzori optičkih vlakana. AnyWayov senzor promjenjivofrenog napona, senzor promjenjive frekvencijske struje i senzor snage promjenjive frekvencije (kombinacija senzora napona i struje) pripadaju nefunkcionalnim senzorima optičkih vlakana, koji imaju jedinstvene prednosti u mjerenju snage u složenim elektromagnetskim okruženjima.
Svjetlovodni senzori nova su tehnologija koja se pojavila posljednjih godina. Može se koristiti za mjerenje različitih fizičkih količina, kao što su zvučno polje, električno polje, tlak, temperatura, kutna brzina, ubrzanje itd., a može i dovršiti mjerne zadatke koje je teško dovršiti postojećim mjernim tehnologijama. U malom prostoru, u snažnoj elektromagnetskoj interferencijama i okruženju visokog napona, optički senzori pokazali su jedinstvene mogućnosti. Postoji više od 70 vrsta senzora optičkih vlakana, koji su otprilike podijeljeni na senzore optičkih vlakana i senzore pomoću optičkih vlakana.
Takozvani senzor optičkih vlakana znači da samo optičko vlakno izravno prima vanjsko mjerenje. Vanjska izmjerena fizička količina može uzrokovati promjenu duljine, indeksa loma i promjera mjerne ruke, tako da se svjetlost koja se prenosi u optičkim vlaknima mijenja u amplitude, fazi, frekvenciji, polarizaciji itd. Svjetlost koju prenosi mjerna ruka i referentno svjetlo referentne skupine međusobno se ometaju (u usporedbi), tako da se faza (ili amplitude) izlaznog svjetla mijenja, a izmjerena promjena može se otkriti na temelju te promjene. Faza koja se prenosi u optičkim vlaknima vrlo je osjetljiva na vanjske utjecaje, a fizička količina koja odgovara maloj fazi promjene od 10 minus 4 radijuna može se otkriti pomoću tehnologije interferencija. Koristeći svojstva navijanja i niskog gubitka optičkih vlakana, vrlo dugo optičko vlakno može se namotati u zavojnicu optičkih vlakana malog promjera kako bi se povećala duljina korištenja i dobila veća osjetljivost.
Akustični senzor optičkih vlakana je senzor koji koristi sama optička vlakna. Kada je optičko vlakno podvrgnuto vrlo maloj vanjskoj sili, bit će blago savijeno, a njegova sposobnost prijenosa svjetlosti uvelike će se promijeniti. Zvuk je svojevrsni mehanički val, a njegov učinak na optička vlakna je forsiranje optičkih vlakana i proizvodnju savijanja. Jačina zvuka može se dobiti savijanjem. Svjetlovodni žiroskop je također neka vrsta optičkog senzora. U usporedbi s laserskim žiroskopom, optički žiroskop ima visoku osjetljivost, malu veličinu i nisku cijenu. Može se koristiti u visokoutnim inercijskim navigacijskim sustavima zrakoplova, brodova, raketa itd. Slika pokazuje princip optičkog senzorskog turbinskog toka.
Presavijeni Bragg rešetka
Fiber Bragg Grating Sensor (FBS) je svojevrsni optički senzor s najvišom frekvencijom i najširim rasponom. Ova vrsta senzora može promijeniti valnu duljinu reflektira svjetlosnog vala prema promjeni temperature okoliša i/ili naprezanja. Fiber Bragg rešetke koriste se za izlaganje malog dijela vlakana osjetljivog na svjetlost svjetlosnim valovima s periodičnom raspodjelom intenziteta svjetlosti kroz holografsku interferometriju ili fazno maskiranje. Na taj način, indeks optičkog zračenja optičkih vlakana trajno će se mijenjati prema intenzitetu ozračenog svjetlosnog vala. Periodične promjene u indeksu refrakcije svjetlosti uzrokovane ovom metodom nazivaju se fiber Bragg rešetke.
Kada se snop širokog spektra propagira na vlakno Bragg rešetka, svaki mali segment vlakana nakon promjene indeksa loma samo će odražavati određenu valnu duljinu svjetlosti. Ova valna duljina se zove Bragg valna duljina. Ova karakteristika čini Fiber Bragg rešetke samo reflektiraju svjetlosne valove određene valne duljine, dok će svjetlosni valovi drugih valnih duljina biti razmnoženi.
Prema ulozi optičkih vlakana u optičkom senzoru vlakana, može se podijeliti u dvije vrste: senzorski tip i tip prijenosa svjetlosti.
Optičko vlakno senzora optičkih vlakana tipa senzora senzora optičkih vlakana ne samo da prenosi svjetlost, već djeluje i kao fotoelektrični senzor. Zbog utjecaja vanjskog okruženja na samo optičko vlakno, fizička količina koju treba izmjeriti djeluje na senzor kroz optička vlakna, tako da su svojstva optičkog valnog sustava (intenzitet svjetlosti, faza, stanje polarizacije, valna duljina itd.) modulirana. Senzorski senzori optičkih vlakana dodatno su podijeljeni na tip koji naglašava svjetlost, tip fazne modulacije, tip modulacije stanja vibracija i tip modulacije valne duljine.
Presavijena vlakna za prijenos svjetlosti
Senzor optičkih vlakana tipa svjetlosnog prijenosa unosi optički signal moduliran izmjerenim objektom u optičko vlakno, a zatim obavlja mjerenje obradom optičkog signala na izlaznom kraju. Ova vrsta senzora ima još jedan fotoosjetljiv element osjetljiv na fizičku količinu koji treba izmjeriti, a optička vlakna koriste se samo kao element svjetlosnog prijenosa koji mora biti pričvršćen osjetljivim elementom koji može modulirati svjetlo koje prenosi optičko vlakno kako bi se formirao element senzora. Svjetlovodni senzori mogu se podijeliti u tri vrste: senzore optičkih vlakana, senzore za optička integralna vlakna i distribuirane optičke senzore prema njihovom mjernom rasponu. Među njima se distribuirani senzori optičkih vlakana koriste za otkrivanje raspodjele naprezanja velikih struktura, a mogu brzo i nedestruktivno izmjeriti pomak, unutarnji ili površinski stres i druge važne parametre strukture. Vrste svjetlovodnih senzora koji se koriste u građevinarstvu uglavnom uključuju Math-Zender interferometrijske optičke senzore, Fabry-pero senzore optičkih vlakana i vlakna Bragg senzore rešetke.
Lakoća, trajnost i dugoročna stabilnost senzora optičkih vlakana omogućuju mu da se lako primijeni na unutarnji stres i otkrivanje naprezanja različitih građevinskih materijala kao što su konstrukcije od čelika i beton. Realizirana zdravstvena inspekcija građevinske konstrukcije.
Druga glavna kategorija optičkih senzora je upotreba optičkih senzora. Njegova struktura je otprilike sljedeća: Senzor se nalazi na kraju optičkog vlakana, a optičko vlakno je samo dalekovod svjetlosti, koji mjerljivu fizičku količinu pretvara u amplitude, fazu ili amplitude svjetla. U ovom senzorskom sustavu kombiniraju se tradicionalni senzor i optička vlakna. Uvođenje optičkih vlakana omogućuje realizaciju telemetrije temeljene na sondi. Ovaj senzor prijenosa optičkih vlakana ima širok raspon primjene i jednostavan je za korištenje, ali njegova točnost je nešto niža od one prve vrste senzora.
Optička vlakna su zvijezda u usponu u obitelji senzora. Široko se koristi zbog izvrsnih performansi optičkih vlakana. To je vrsta senzora koju vrijedi napomenuti u proizvodnoj praksi.
Svjetlovodni senzori postali su zvijezda u usponu u obitelji senzora zbog svojih brojnih prednosti i igraju svoju jedinstvenu ulogu u različitim mjerenjima, postajući nezamjenjiv član obitelji senzora.
Aplikacija
Izolirani od prljavštine, magnetizma, zvuka, tlaka, temperature, ubrzanja, žiro, pomaka, tekuće razine, zakretnog momenta, fotoakustika, struje, optičkog senzora vlakana mogu se koristiti za pomak, vibracije, rotaciju, tlak, savijanje, naprezanje, brzinu, ubrzanje, struju , Magnetsko polje, napon, vlažnost, temperaturu, zvučno polje, protok, koncentraciju, PH vrijednost i mjerenje naprezanja. Senzori optičkih vlakana imaju širok raspon primjena, uključujući gotovo sva važna područja nacionalne ekonomije i nacionalne obrane te svakodnevni život ljudi. Mogu se sigurno i učinkovito koristiti u teškim okruženjima. Oni rješavaju mnoge tehničke probleme koji postoje u mnogim industrijama već dugi niz godina. Potražnja na tržištu. Uglavnom se očituje u sljedećim primjenama:
Primjena interferometrijskih žiroskopa i senzora tlaka rešetke u mostovima, branama, naftnim poljima itd. Senzori optičkih vlakana mogu se ugraditi u beton, plastiku ojačanu ugljičnim vlaknima i razne kompozitne materijale kako bi se testiralo opuštanje stresa, građevinski stres i dinamički opterećenje, kako bi se procijenile strukturne performanse mosta u kratkoročnoj fazi izgradnje i dugoročnom operativnom stanju.
U elektroenergetskom sustavu potrebno je izmjeriti temperaturne, strujne i druge parametre, poput detekcije temperature u statoru i rotoru visokonaponskih transformatora i velikih motora. Budući da su električni senzori osjetljivi na smetnje elektromagnetskog polja, ne mogu se koristiti u takvim prilikama. Svjetlovodni senzor. Distribuirani senzor temperature optičkih vlakana je visokotehnološki razvijen posljednjih godina za mjerenje distribucije polja prostorne temperature u stvarnom vremenu. Distribuirani sustav senzora temperature optičkih vlakana ne samo da ima prednosti uobičajenih senzora optičkih vlakana, već ima i mogućnost mjerenja temperature različitih točaka duž optičkih vlakana. Svojom raspodijeljenom sposobnošću osjećanja možemo kontinuirano mjeriti temperaturu različitih točaka unutar nekoliko kilometara duž optičkih vlakana u stvarnom vremenu. Točnost pozicioniranja može doseći redoslijed metara, a točnost mjerenja može doseći razinu od 1 stupnja. Vrlo je pogodan za mjerenje temperature raskrižja velikih razmjera. Prilike za prijavu.
Osim toga, senzori optičkih vlakana mogu se koristiti i u nadzoru željeznice, raketnim pogonskim sustavima i detekciji naftnih bunara.
Optička vlakna imaju izvanredne prednosti širokopojasnog pristupa, velikog kapaciteta, prijenosa na velike udaljenosti i multimetara, distribuiranih i niskoenergetskih senzora potrošnje. Optička istraživanja vlakana mogu nastaviti apsorbirati nove tehnologije i uređaje za komunikaciju optičkim vlaknima, a očekuje se da će se razni senzori optičkih vlakana naširoko koristiti u Internetu stvari.
