Den fiberoptiske sensor er en sensor, der konverterer det målte objekts tilstand til et målbart lyssignal. Arbejdsprincippet for den optiske fiberføler er at sende lysstrålen, der falder ind fra lyskilden til modulatoren via den optiske fiber, og interagere med de eksterne målte parametre i modulatoren for at gøre lysets optiske egenskaber såsom lysintensitet, bølgelængde , frekvens, fase, polariseringstilstand osv. Det ændres og bliver et moduleret optisk signal, som derefter sendes til den optoelektroniske enhed gennem den optiske fiber, og den målte parameter opnås efter demodulatoren. I hele processen introduceres lysstrålen gennem den optiske fiber og udsendes derefter efter passage gennem modulatoren. Funktionen af den optiske fiber er først at transmittere lysstrålen og for det andet at fungere som en optisk modulator.
Retning til udvikling
Sensorer udvikler sig i retning af følsomhed, præcision, tilpasningsevne, kompakthed og intelligens. I denne proces er fiberoptiske sensorer, et nyt medlem af sensorfamilien, meget populære. Optisk fiber har mange fremragende egenskaber, såsom: anti-elektromagnetisk og atomær strålingsinterferens ydeevne, lille diameter, blød, letvægts mekaniske egenskaber; isolering; ikke-induktive elektriske egenskaber; vandmodstand, høj temperaturbestandighed, korrosionsbestandighed, kemiske egenskaber osv., Det kan spille rollen som menneskelige ører på steder, som folk ikke kan nå (såsom områder med høj temperatur) eller områder, der er skadelige for mennesker (såsom nukleare strålingsområder ), og det kan også overskride menneskelige fysiologiske grænser og modtage menneskelige sanser. Eksterne oplysninger, som du ikke kan føle.
Funktioner
1. På grund af brugen af prismer i reflektoren har den højere detekteringsydelse og mere pålidelighed end generelle reflekterende lysstyringssensorer.
2. Sammenlignet med en separat lysstyringssensor er kredsløbstilslutningen enklere og lettere.
3. Det indlejrede design af spændet gør installationen lettere
brug
1. Bruges til transmission af digitale modeller såsom telefon- og netværksbredbånd.
2. Videregivelsesstatus for pengesedler, kort, mønter, pasbøger osv., Der bruges til automater, finansielt terminalrelateret udstyr og pengetællere
3. Brugt til produktpositionering, -tælling og identifikation på automatiseret udstyr.
princip
Det grundlæggende funktionsprincip for den optiske fiberføler er at sende lyset fra lyskilden til modulatoren gennem den optiske fiber. Efter at parameteren, der skal måles, interagerer med lyset, der kommer ind i moduleringsområdet, ændres lysets optiske egenskaber (såsom lysintensitet, bølgelængde, frekvens, fase, polariseringstilstand osv.), Kaldet moduleret signallys, og brug derefter indflydelse af de målte lystransmissionskarakteristikker for at fuldføre målingen.
Der er to måleprincipper for sensorer med optisk fiber.
(1) Princippet om den fysiske egenskabstype optisk fiberføler. Den fysiske egenskabstype optiske fiberføler bruger den optiske fibers følsomhed over for miljøændringer for at konvertere den fysiske indgangsmængde til et moduleret optisk signal. Dets funktionsprincip er baseret på den optiske modulationseffekt af den optiske fiber, det vil sige, når de eksterne miljøfaktorer såsom temperatur, tryk, elektrisk felt, magnetfelt osv. Ændres, dets lystransmissionskarakteristika, såsom fase og lysintensitet , vil ændre sig.
Derfor, hvis lysfasen og lysintensiteten kan ændres gennem den optiske fiber, kan ændringen af den målte fysiske størrelse være kendt. Denne type sensor kaldes også en følsom elementtype eller funktionel fiberoptisk sensor. Strålen fra laserens punktlyskilde diffunderer i parallelle bølger og er opdelt i to stier af en stråledeler, den ene er den optiske referencesti og den anden er den optiske målevej. Eksterne parametre (temperatur, tryk, vibrationer osv.) Får fiberlængden til at ændre sig og lysets fase i fasen at ændre sig, hvorved der produceres forskelligt antal interferensfrynser. Ved at tælle dens tilstandsbevægelse kan temperatur eller tryk måles.
(2) Princippet om den strukturerede optiske fiberføler. Den strukturerede optiske fiberføler er et målesystem sammensat af et lysdetekteringselement (følsomt element), en optisk fibertransmissionssløjfe og et målekredsløb. Blandt dem bruges den optiske fiber kun som transmissionsmedium af lys, så det kaldes også den lystransmitterende eller ikke-funktionelle optiske fiber sensor
ydeevne
Optisk fiber har mange fremragende egenskaber, såsom: anti-elektromagnetisk og atomær strålingsinterferens ydeevne, lille diameter, blød, letvægts mekaniske egenskaber; isolering; ikke-induktive elektriske egenskaber; vandmodstand, høj temperaturbestandighed, korrosionsbestandighed, kemiske egenskaber osv. Det kan spille rollen som menneskelige ører steder uden for rækkevidde eller skadelig for mennesker (såsom nukleare strålingsområder), og det kan også overskride menneskelige fysiologiske grænser og modtage det, der ikke kan mærkes af menneskelige sanser. Udenfor information.
Funktioner
1. Høj følsomhed
2. Den geometriske form kan tilpasses i mange aspekter og kan gøres til optiske fiberfølere af enhver form;
For det tredje kan den fremstille enheder, der registrerer forskellige fysiske oplysninger (akustisk, magnetisk, temperatur, rotation osv.);
4. Det kan bruges i højspænding, elektrisk støj, høj temperatur, korrosion eller andre barske miljøer;
For det femte og har den iboende kompatibilitet med optisk fibertelemetri-teknologi.
Fordelen ved optisk fiber sensor er, at sammenlignet med traditionelle sensorer bruger optisk fiber sensor lys som bærer af følsom information og optisk fiber som medium til transmission af følsom information. Den har egenskaberne ved optisk fiber og optisk måling og har en række unikke fordele. God elektrisk isoleringsevne, stærk anti-elektromagnetisk interferensevne, ikke-invasivitet, høj følsomhed, let at realisere fjernovervågning af det målte signal, korrosionsbestandighed, eksplosionssikker, fleksibel lysvej, let at oprette forbindelse til computeren.
Sensoren udvikler sig i retning af følsomhed, nøjagtighed, tilpasningsevne, kompakthed og intelligens. Det kan bruges steder, hvor folk ikke kan nå (såsom områder med høj temperatur eller områder, der er skadelige for mennesker, såsom nukleare strålingsområder). Det kan også overskride folks fysiologiske grænser og modtage ekstern information, der ikke kan mærkes af menneskelige sanser.
klassifikation
I henhold til moduleringstilstanden for det objekt, der testes, kan den opdeles i: intensitetsmodulation, polarisationsmodus, fasetilstand og frekvenstilstand;
Alt efter om lyset interfererer, kan det opdeles i: interferens og ikke-interferens;
Ifølge om målingen kontinuerligt kan overvåges, når afstanden øges, kan den opdeles i: fordelt og punktbaseret;
I henhold til den rolle, som optisk fiber spiller i sensorer, kan den opdeles i: en type er funktionelle (funktionelle fibre, forkortet FF) sensorer, også kendt som sensing sensorer; den anden er ikke-funktionel type (ikke-funktionel fiber, forkortet NFF), og den kaldes en lystransmissionssensor.
Foldefunktionstype
Den funktionelle sensor bruger egenskaberne ved selve den optiske fiber til at bruge den optiske fiber som et følsomt element. Det målte lys modulerer det lys, der transmitteres i den optiske fiber, for at ændre det transmitterede lyss intensitet, fase, frekvens eller polariseringstilstand. Signalet demoduleres for at opnå det signal, der testes.
Den optiske fiber er ikke kun et lysstyremedium, men også et følsomt element. Lyset måles og moduleres i den optiske fiber, og multimode optisk fiber bruges mest.
Fordele: kompakt struktur og høj følsomhed.
Ulemper: speciel optisk fiber er påkrævet, høje omkostninger,
Typiske eksempler: fiberoptiske gyroskoper, fiberoptiske hydrofoner osv.
Foldet ikke-funktionel fibertype
Ikke-funktionelle sensorer med optiske fibre bruger andre følsomme komponenter til at registrere de ændringer, der måles. Optiske fibre bruges kun som informationsoverførselsmedier, og der bruges ofte optiske fibre med en enkelt tilstand.
Den optiske fiber spiller kun en rolle som ledende lys, og lyset på det følsomme element af optisk fibertype moduleres af målingen.
Fordele: Optisk fiber kan bruges til elektrisk isolering og datatransmission, og signalet transmitteret af optisk fiber påvirkes ikke af elektromagnetisk interferens.
De fleste af de praktiske er ikke-funktionelle sensorer til optiske fibre. AnyWay' s spændingssensor med variabel frekvens, strømføler med variabel frekvens og strømsensor med variabel frekvens (en kombination af spændings- og strømfølere) tilhører ikke-funktionelle sensorer med optisk fiber, som har unikke fordele i effektmåling i komplekse elektromagnetiske miljøer.
Fiberoptiske sensorer er en ny teknologi, der er opstået i de seneste år. Det kan bruges til at måle en række fysiske størrelser, såsom lydfelt, elektrisk felt, tryk, temperatur, vinkelhastighed, acceleration osv., Og kan også udføre måleopgaver, der er vanskelige at gennemføre med eksisterende måleteknologier. I et lille rum i en stærk elektromagnetisk interferens og højspændingsmiljø har fiberoptiske sensorer vist unikke muligheder. Der er mere end 70 typer optiske fiberfølere, som groft er opdelt i optiske fiberfølere og sensorer, der bruger optiske fibre.
Den såkaldte optiske fiberføler betyder, at den optiske fiber i sig selv modtager den eksterne måling. Den eksterne målte fysiske størrelse kan medføre, at målearmens længde, brydningsindeks og diameter ændres, så lyset, der transmitteres i den optiske fiber, ændrer sig i amplitude, fase, frekvens, polarisering osv. Lyset, der transmitteres af målearmen og referencearmens referencelampe interfererer med hinanden (sammenlignet), så fase (eller amplitude) af outputlyset ændres, og den målte ændring kan detekteres baseret på denne ændring. Den fase, der transmitteres i den optiske fiber, er meget følsom over for ydre påvirkninger, og den fysiske størrelse svarende til den lille faseændring på 10 minus 4 radian kan detekteres ved hjælp af interferensteknologien. Ved hjælp af viklingsegenskaber og lavt tab af den optiske fiber kan en meget lang optisk fiber vikles til en optisk fiberspole med lille diameter for at øge udnyttelseslængden og opnå højere følsomhed.
Optisk fiber akustisk sensor er en sensor, der bruger selve optisk fiber. Når den optiske fiber udsættes for en meget lille ekstern kraft, vil den være let bøjet, og dens lystransmissionsevne vil ændre sig meget. Lyd er en slags mekanisk bølge, og dens virkning på den optiske fiber er at tvinge den optiske fiber og frembringe bøjning. Lydens styrke kan opnås ved at bøje. Fiberoptisk gyroskop er også en slags fiberoptisk sensor. Sammenlignet med lasergyroskop har fiberoptisk gyroskop høj følsomhed, lille størrelse og lave omkostninger. Det kan bruges i højtydende inerti-navigationssystemer til fly, skibe, missiler osv. Figuren viser princippet om fiberoptisk sensorturbinens flowmåler.
Foldet Bragg-gitter
Fiber Bragg Grating Sensor (FBS) er en slags fiberoptisk sensor med den højeste frekvens og det bredeste interval. Denne form for sensor kan ændre bølgelængden af den reflekterede lysbølge i henhold til ændringen af omgivelsestemperatur og / eller belastning. Fiber Bragg-riste bruges til at udsætte en lille del af lysfølsom fiber for lysbølger med en periodisk fordeling af lysintensitet gennem holografisk interferometri eller fasemaskering. På denne måde vil det optiske brydningsindeks for den optiske fiber blive permanent ændret i overensstemmelse med intensiteten af den bestrålede lysbølge. De periodiske ændringer i lysets brydningsindeks forårsaget af denne metode kaldes fiberbragg-riste.
Når en bredspektret stråle forplantes til fiber-Bragg-gitteret, vil hvert lille segment af fiberen, efter at brydningsindekset er ændret, kun reflektere en specifik lysbølgelængde. Denne bølgelængde kaldes Bragg-bølgelængden. Denne egenskab gør, at Fiber Bragg-gitre kun reflekterer lysbølger med en bestemt bølgelængde, mens lysbølger med andre bølgelængder vil blive formeret.
I henhold til den rolle, som optisk fiber spiller i den optiske fiberføler, kan den opdeles i to typer: sensortype og lystransmissionstype.
Den optiske fiber af sensortypen optisk fiber sensor transmitterer ikke kun lys, men fungerer også som en fotoelektrisk sensor. På grund af det eksterne miljøs indflydelse på selve den optiske fiber virker den fysiske størrelse, der skal måles, på sensoren gennem den optiske fiber, således at egenskaberne af den optiske bølgeleder (lysintensitet, fase, polariseringstilstand, bølgelængde osv. ) moduleres. Sensortypiske optiske fiberfølere er yderligere opdelt i lysfremmende type, fasemodulationstype, vibrationstilstandsmodulationstype og bølgelængdemodulationstype.
Foldet lystransmissionsfiber
Lyssensortypen optisk fiberføler indlæser det optiske signal moduleret af det målte objekt i den optiske fiber og udfører derefter målingen ved at behandle det optiske signal i udgangsenden. Denne type sensor har et andet lysfølsomt element, der er følsomt over for den fysiske størrelse, der skal måles, og den optiske fiber bruges kun som lystransmissionselementet skal fastgøres med et følsomt element, der er i stand til at modulere det lys, der transmitteres af den optiske fiber for at danne en sensor element. Fiberoptiske sensorer kan opdeles i tre typer: punktfiberoptiske sensorer, integrerede fiberoptiske sensorer og distribuerede fiberoptiske sensorer i henhold til deres måleområde. Blandt dem bruges distribuerede optiske fiberfølere til at detektere spændingsfordeling af store strukturer og kan hurtigt og ikke-destruktivt måle forskydning, intern eller overfladestress og andre vigtige parametre i strukturen. De typer fiberoptiske sensorer, der anvendes inden for civilingeniør, omfatter hovedsageligt Math-Zender interferometriske fiberoptiske sensorer, Fabry-pero hulrumsfiberoptiske sensorer og fiber Bragg gittersensorer.
Lysstyrken, holdbarheden og den langsigtede stabilitet af den optiske fiberføler gør det let at påføre den interne spændings- og belastningsdetektering af forskellige byggematerialer såsom bygning af stålkonstruktioner og beton. Realiseret sundhedsinspektion af bygningens struktur.
En anden vigtig kategori af fiberoptiske sensorer er brugen af fiberoptiske sensorer. Dens struktur er omtrent som følger: Sensoren er placeret i slutningen af den optiske fiber, og den optiske fiber er bare en transmissionslinje af lys, der konverterer den målte fysiske størrelse til lysets amplitude, fase eller amplitude. I dette sensorsystem kombineres den traditionelle sensor og den optiske fiber. Indførelsen af optisk fiber gør det muligt at realisere probe-baseret telemetri. Denne sensor til transmission af optiske fibre har et bredt anvendelsesområde og er nem at bruge, men dens nøjagtighed er lidt lavere end den første type sensor.
Optisk fiber er en stigende stjerne i sensorfamilien. Det er meget brugt på grund af den fremragende ydeevne af optisk fiber. Det er en slags sensor, der er værd at bemærke i produktionspraksis.
Fiberoptiske sensorer er blevet en stigende stjerne i sensorfamilien på grund af deres mange fordele og spiller deres egen unikke rolle i forskellige målinger og bliver et uundværligt medlem af sensorfamilien.
Ansøgning
Isoleret fra snavs, magnetisme, lyd, tryk, temperatur, acceleration, gyro, forskydning, væskeniveau, drejningsmoment, fotoakustisk, strøm, optisk fiber sensor kan bruges til forskydning, vibration, rotation, tryk, bøjning, belastning, hastighed, acceleration, strøm, magnetfelt, spænding, fugtighed, temperatur, lydfelt, flow, koncentration, PH-værdi og måling af stamme. Optiske fiberfølere har en bred vifte af applikationer, der involverer næsten alle vigtige områder af den nationale økonomi og det nationale forsvar og folks daglige liv. De kan bruges sikkert og effektivt i barske miljøer. De løser mange tekniske problemer, der har eksisteret i mange brancher i mange år. Markedsefterspørgsel. Fremhæves hovedsageligt i følgende applikationer:
Anvendelse af interferometriske gyroskoper og gitretrykfølere i broer, dæmninger, oliefelter osv. I bykonstruktion. Optiske fiberfølere kan indlejres i beton, kulfiberarmeret plast og forskellige kompositmaterialer for at teste spændingsafslapning, konstruktionsspænding og dynamisk belastningsspænding for at evaluere broens strukturelle ydeevne i den kortsigtede konstruktionsfase og den lange sigt driftstilstand.
I elsystemet er det nødvendigt at måle temperatur, strøm og andre parametre, såsom temperaturregistrering i stator og rotor på højspændingstransformatorer og store motorer. Da elektriske sensorer er modtagelige for elektromagnetisk feltinterferens, kan de ikke bruges ved sådanne lejligheder. Fiberoptisk sensor. Distribueret optisk fiber temperaturføler er en højteknologisk udviklet i de senere år til realtidsmåling af rumlig temperaturfeltfordeling. Distribueret optisk fiber temperaturfølersystem har ikke kun fordelene ved almindelige optiske fiber sensorer, men har også evnen til at måle temperaturen på forskellige punkter langs den optiske fiber. Med sin distribuerede sensorfunktion kan vi kontinuerligt måle temperaturen på forskellige punkter inden for få kilometer langs den optiske fiber i realtid. Positioneringsnøjagtigheden kan nå størrelsen på meter, og målenøjagtigheden kan nå niveauet 1 grad. Det er meget velegnet til måling af krydsetemperaturer i stor skala. Ansøgning lejligheder.
Derudover kan optiske fiberfølere også bruges til jernbaneovervågning, raketfremdrivningssystemer og detektion af oliebrønde.
Optisk fiber har de bemærkelsesværdige fordele ved bredbånd, stor kapacitet, langdistance transmission og multi-parameter, distribueret og lavt energiforbrugsregistrering. Optisk fibermåling kan fortsætte med at absorbere nye teknologier og enheder til optisk fiberkommunikation, og forskellige optiske fiberfølere forventes at blive udbredt i tingenes internet.
