Introduktion til fiberoptiske sensorer og deres typer med applikationer

Introduktion til fiberoptiske sensorer og deres typer med applikationer

I år 1960 blev laserlys opfundet, og efter opfindelsen af ​​lasere havde forskere vist interesse for at undersøge anvendelserne af optiske fiberkommunikationssystemer til sensing, datakommunikation og mange andre applikationer. Derefter blev fiberoptisk kommunikationssystem er blevet det ultimative valg for gigabits og ud over gigabits transmission af data. Denne type fiberoptisk kommunikation bruges til at overføre data, tale, telemetri og video over langdistancekommunikation eller computernetværk eller LAN. Denne teknologi bruger en lysbølge til at overføre dataene over en fiber ved at ændre elektroniske signaler til lys. Nogle af de fremragende karakteristiske træk ved denne teknologi inkluderer letvægt, lav dæmpning, mindre diameter, langdistance signal transmission, transmissionssikkerhed osv.



Fiberoptiske sensorer

Fiberoptiske sensorer

Det er vigtigt, at telekommunikationsteknologi har ændret de seneste fremskridt inden for fiberoptisk teknologi. Den sidste revolution dukkede op som designere for at kombinere de produktive resultater af optoelektroniske enheder med fiberoptiske telekommunikationsenheder til at skabe fiberoptiske sensorer. Mange af de komponenter, der er forbundet med disse enheder, udvikles ofte til fiberoptiske sensorapplikationer. Fiberoptiske sensorers evne er steget i stedet for traditionel sensor.






Fiberoptiske sensorer

De fiberoptiske sensorer kaldes også som optiske fiber sensorer bruger optisk fiber eller sensorelement. Disse sensorer bruges til at registrere nogle størrelser som temperatur, tryk, vibrationer, forskydninger, rotationer eller koncentration af kemiske arter. Fibre har så mange anvendelser inden for fjernmåling, fordi de ikke har brug for elektrisk strøm på det fjerne sted, og de har en lille størrelse.

Fiberoptiske sensorer er ypperste til ufølsomme forhold, herunder støj, høj vibration, ekstrem varme, våde og ustabile omgivelser. Disse sensorer kan let passe i små områder og kan placeres korrekt, hvor der er behov for fleksible fibre. Bølgelængdeforskydningen kan beregnes ved hjælp af en enhed, optisk frekvensdomæne-reflektrometri. Tidsforsinkelsen af ​​de fiberoptiske sensorer kan bestemmes ved hjælp af en enhed såsom et optisk tidsdomæne-reflektometer.



Blokdiagram over fiberoptisk sensor

Blokdiagram over fiberoptisk sensor

Det generelle blokdiagram for fiberoptisk sensor er vist ovenfor. Blokdiagrammet består af optisk kilde ( Lysdiode , LASER og laserdiode), optisk fiber, sensorelement, optisk detektor og slutbehandlingsanordninger (optisk spektrumanalysator, oscilloskop). Disse sensorer er klassificeret i tre kategorier baseret på driftsprincipper, sensorplacering og anvendelse.

Typer af fiberoptiske sensorsystemer

Disse sensorer kan klassificeres og forklares på følgende måde:


1. Baseret på sensorplaceringen klassificeres de fiberoptiske sensorer i to typer:

  • Iboende fiberoptiske sensorer
  • Ekstrinsisk fiberoptisk sensor

Fiberoptiske sensorer med iboende type

I denne type sensorer finder sensing sted i selve fiberen. Sensorerne afhænger af egenskaberne af selve den optiske fiber for at konvertere en miljømæssig handling til en modulering af lysstrålen, der passerer gennem den. Her kan en af ​​de fysiske egenskaber ved lyssignal være i form af frekvens, fase, polarisationsintensitet. Den mest nyttige egenskab ved den iboende fiberoptiske sensor er, at den giver distribueret sensing over lange afstande. Grundkonceptet med den iboende fiberoptiske sensor er vist i den følgende figur.

Fiberoptiske sensorer med iboende type

Fiberoptiske sensorer med iboende type

Ekstrinsiske fiberoptiske sensorer

I fiberoptiske sensorer af ydre type kan fiberen bruges som informationsbærere, der viser vejen til en sort boks. Det genererer et lyssignal afhængigt af de oplysninger, der ankom til den sorte boks. Den sorte kasse kan være lavet af spejle,gas eller andre mekanismer, der genererer et optisk signal. Disse sensorer bruges til at måle rotation, vibrationshastighed, forskydning, vridning, drejningsmoment og acceleration. Majoren fordel af disse sensorer er deres evne til at nå steder, der ellers ikke kan nås.

Ekstrinsiske fiberoptiske sensorer

Ekstrinsiske fiberoptiske sensorer

Det bedste eksempel på denne sensor er den indvendige temperaturmåling af flyjetmotoren, der bruger en fiber til at overføre en stråling til et strålingspyrometer, som er placeret uden for motoren. På samme måde kan disse sensorer også bruges til at måle den indre temperatur i transformere . Disse sensorer giver fremragende beskyttelse af målesignaler mod støjkorruption. Følgende figur viser det grundlæggende koncept for den eksterne fiberoptiske sensor.

2. Baseret på driftsprincipper klassificeres fiberoptiske sensorer i tre typer:

  • Intensitetsbaseret
  • Fasebaseret
  • Polarisationsbaseret

Intensitetsbaseret fiberoptisk sensor

Intensitetsbaserede fiberoptiske sensorer kræver mere lys, og disse sensorer bruger en multi-mode-stor kernefiber. Den viste figur giver en idé om, hvordan lysintensiteten fungerer som en sensingparameter, samt hvordan dette arrangement får fiberen til at fungere som en vibrationssensor. Når der er en vibration, vil der være en ændring i lys indsat fra den ene ende til den anden ende, og dette vil gøre intelligensen til måling af vibrationsamplituden.

Intensitetsbaseret fiberoptisk sensor

Intensitetsbaseret fiberoptisk sensor

I figuren afhænger den tættere fiberoptiske og vibrationssensor af lysintensiteten i senere dele. Disse sensorer har mange begrænsninger på grund af variable tab i systemet, der ikke opstår i miljøet. Disse variable tab inkluderer tab på grund af splejsning, mikro- og makrobøjningstab, tabt på grund af forbindelser ved samlinger osv. Eksemplerne inkluderer intensitetsbaserede sensorer eller mikrobøjningssensor og svingende bølgesensor.

Fordelene ved disse fiberoptiske sensorer inkluderer lave omkostninger, evne til at udføre som ægte distribuerede sensorer, meget enkle at implementere, muligheden for at blive multiplekset osv. Ulemperne inkluderer variationer i lysintensiteten og relative målinger osv.

Polarisationsbaseret fiberoptisk sensor

Polarisationsbaserede optiske fibre er vigtige for en bestemt klasse af sensorer. Denne egenskab kan simpelthen ændres af forskellige eksterne variabler og dermed disse typer sensorer kan bruges til måling af en række parametre.Specielle fibre og andre komponenter er udviklet med nøjagtige polarisationsfunktioner. Generelt anvendes disse i en række forskellige målinger, kommunikations- og signalbehandlingsapplikationer.

Polarisationsbaseret fiberoptisk sensor

Polarisationsbaseret fiberoptisk sensor

Den optiske opsætning til en polariseringsbaseret fiberoptisk sensor er vist ovenfor. Det er formet ved at polarisere lyset fra lyskilden gennem en polarisator. Det polariserede lys startes ved 45o til de valgte akser med en længde af dobbeltbrydende polarisationsbeskyttende fiber. Denne sektion af fiberen serveres som sensorfiber. Derefter ændres faseforskellen mellem de to polariseringstilstande under eventuelle eksterne forstyrrelser såsom stress eller belastning. I overensstemmelse med de eksterne forstyrrelser ændres outputpolarisationen. Ved at overveje outputpolariseringstilstanden i den næste ende af fiberen kan de eksterne forstyrrelser detekteres.

Fasebaseret fiberoptisk sensor

Disse typer sensorer bruges til at ændre emitterlys på informationssignal, hvor signalet observeres af den fasebaserede fiberoptiske sensor. Når en lysstråle føres gennem interferometeret, adskilles lyset i to stråler, hvor den ene stråle udsættes for det følende miljø, og den anden stråle isoleres fra det følende miljø, der bruges som reference. Når de to adskilte bjælker er rekombineret, kommer de i vejen for hinanden. De mest almindeligt anvendte interferometre er Michelson, Mach Zehnder, Sagnac, gitter og polarimetriske interferometre. Her vises Mach Zehnder og Michelson interferometre nedenfor.

Fasebaseret fiberoptisk sensor

Fasebaseret fiberoptisk sensor

her er forskelle og ligheder mellem de to interferometre. Med hensyn til ligheder anses Michelson Interferometer ofte for at være foldet Mach Zehnder interferometer. Konfigurationen af ​​Michelson-interferometeret kræver kun en optisk fiberkobling. Da lyset passerer to gange gennem sensor- og referencefibrene, fordobles den optiske faseforskydning pr. Fiberlængde. Således kan Michelson væsentligt have bedre følsomhed. En anden klar fordel ved Michelson er, at sensoren kun kan afhøres med en enkelt fiber mellem kilde- og kildedetektormodulet. Men der kræves et refleksionsspejl af god kvalitet til Michelson-interferometeret

3. Baseret på anvendelse klassificeres fiberoptiske sensorer i tre typer såsom

  • Kemisk sensor
  • Fysisk sensor
  • Biomedicinsk sensor

Kemisk sensor

En kemisk sensor er en enhed, der bruges til at transformere kemisk information i form af et målbart fysisk signal, der er forbundet med koncentrationen af ​​en bestemt kemisk art. Den kemiske sensor er en vigtig komponent i en analysator og kan omfatte nogle enheder, der udfører følgende funktioner: signalbehandling, sampling og databehandling. En analysator kan være en vigtig del af et automatiseret system.

Kemisk sensor

Kemisk sensor

Analysatorens arbejde i henhold til en prøveudtagningsplan som en funktion af tiden fungerer som en monitor. Disse sensorer inkluderer to funktionelle enheder: en receptor og en transducer. I receptordelen omdannes den kemiske information til en energi, der kan måles af transduceren. I transducerdelen omdannes den kemiske information til et analytisk signal, og det viser ikke følsomhed.

Fysisk sensor

En fysisk sensor er en enhed, der er lavet i henhold til den fysiske effekt og natur. Disse sensorer bruges til at give information om en fysisk egenskab ved systemet. Denne type sensorer er for det meste betegnet med sensorer såsom fotoelektriske sensorer, piezoelektriske sensorer , metalmodstandssensorer og halvleder piezo-resistive sensorer.

Biomedicinsk sensor

Biomedicinsk sensor er en elektronisk enhed, der bruges til at overføre forskellige ikke-elektriske mængder i biomedicinske felter til let detekterbare elektriske størrelser. Af denne grund er disse sensorer inkluderet i sundhedsanalyser. Denne sensorteknologi er nøglen til at indsamle menneskelig patologisk og fysiologisk information.

Biomedicinsk sensor

Biomedicinsk sensor

Anvendelser af fiberoptiske sensorer

Fiberoptiske sensorer bruges i en række forskellige applikationer såsom

  • Måling af fysiske egenskaber såsom temperatur, forskydning,hastighed, belastning i strukturer af enhver størrelse eller enhver form.
  • I realtid overvåger den fysiske sundhedsstruktur.
  • Bygninger og broer, tunneler,Dæmninger, kulturarvstrukturer.
  • Nattesyn kamera, elektroniske sikkerhedssystemer , Delvis udladningsdetektion og måling af hjulbelastninger på køretøjer

Således en oversigt over fiberoptiske sensorer og applikationer er blevet drøftet. Der er mange fordele ved at bruge fiberoptiske sensorer til langdistancekommunikation, der inkluderer lille størrelse, let i vægt, kompakthed, høj følsomhed, bred båndbredde osv. Alle disse egenskaber udnytter fiberoptik bedst som sensor. Bortset fra dette, for enhver hjælp til dette emne eller sensorbaserede projektidéer , kan du kontakte os ved at kommentere i kommentarfeltet nedenfor.

Fotokreditter: