مبدأ وخصائص أجهزة استشعار شبكية الألياف الضوئية

في السنوات الأخيرة, مع التطور السريع لتكنولوجيا الألياف الضوئية, وظهر عدد كبير من الأنواع الجديدة من الألياف وأجهزة الألياف الضوئية. في نفس الوقت, مع استخدام مصادر الضوء الجديدة المختلفة وكاشفات الألياف الضوئية, حققت تكنولوجيا استشعار الألياف الضوئية تقدما كبيرا في التطور التكنولوجي والتطبيقات العملية.

أجهزة استشعار الألياف الضوئية, كتطبيق مهم للألياف الضوئية, تحظى باهتمام متزايد بسبب صغر حجمها, خفيفة الوزن, وحساسية عالية. لديهم مزايا لا مثيل لها في منع تدخل المجال المغناطيسي, تآكل, العزل المائي, ومقاومة درجات الحرارة والضغط العالية مقارنة بأجهزة الاستشعار الإلكترونية التقليدية.
تعد تقنية استشعار شبكات الألياف الضوئية فرعًا مهمًا من مجال تكنولوجيا استشعار الألياف الضوئية. مبدأ الاستشعار الخاص به هو أن الطول الموجي المركزي لشبكة الألياف الضوئية يتغير بسبب التغيرات في المعلمات الفيزيائية الخارجية. من خلال مراقبة حجم الطول الموجي المركزي لشبكة الألياف الضوئية, يتم الحصول على معلومات محددة من المعلمات المادية, وبالتالي تحقيق الاستشعار. مستشعر صريف الألياف الضوئية هو مستشعر ألياف ضوئية معدل الطول الموجي, بالإضافة إلى خصائص حساسات الألياف الضوئية العادية, لديه دقة قياس أعلى, دقة أفضل, وهو أكثر ملاءمة للقياس الموزع.

خصائص المبدأ والتطبيق أجهزة استشعار شبكية من الألياف

بسبب تأثير الضوء الناجم, يمكن إنشاء تأثير مقضب في ألياف مخدرة بالجرمانيوم, مما أدى إلى نجاح إنتاج أول شبكة ألياف في العالم. منذ ذلك الحين, المبادئ الأساسية, طرق التصنيع, وقد تمت دراسة التطبيقات العملية لشبكات الألياف Bragg على نطاق واسع من قبل عدد كبير من الباحثين.
المادة الرئيسية للألياف الضوئية هي الكوارتز, والتي تتكون من طبقة أساسية وطبقة الكسوة, والطبقة الخارجية محمية بطبقة طلاء. عن طريق تطعيم الطبقة الأساسية, معامل الانكسار (ن1) الطبقة الأساسية أكبر من طبقة الكسوة (ن2), تشكيل دليل موجي بصري حيث يمكن للضوء أن ينتشر داخل الطبقة الأساسية. عندما يتم تعديل الألياف الضوئية بواسطة عوامل خارجية, يخضع معامل الانكسار للطبقة الأساسية لتغيرات دورية, تشكيل صريف الألياف. تعد طريقة قناع الطور حاليًا هي الطريقة الأكثر ملاءمة وفعالية لإنتاج شبكات الألياف Bragg, تبسيط عملية الإنتاج وخفض تكاليف الإنتاج. هناك أنواع مختلفة من شبكات الألياف Bragg, من بينها النموذج النموذجي هو صريف الألياف (FBG), وهي أيضًا واحدة من أقدم شبكات الألياف Bragg التي تم تطويرها والأكثر استخدامًا على نطاق واسع.

مبادئ الاستشعار الأساسية لشبكة الألياف Bragg

من خلال تشكيل مرحلة مكانية صريف على قلب الألياف الضوئية بطريقة معينة, عندما يمر الضوء عبر شبكة الألياف الضوئية, يحدث اقتران الوضع بين الإرسال الأمامي والخلفي لأوضاع الألياف الضوئية الأساسية, مما يتسبب في انتقال النقل الأمامي للوضع الأساسي للألياف الضوئية إلى الإرسال الخلفي للوضع الأساسي للألياف الضوئية. إنه, الضوء الساقط ذو الطول الموجي المنعكس في مركز شبكة الألياف الضوئية (رطل) ينعكس, والطول الموجي للانعكاس المركزي يتأثر صريف الألياف الضوئية بالإجهاد ودرجة الحرارة. من خلال مراقبة حجم الطول الموجي للانعكاس المركزي لشبكة الألياف الضوئية, يمكن تحقيق استشعار الضغط ودرجة الحرارة المقابلة. المعلمات الفيزيائية الأخرى مثل الضغط, النزوح, إلخ. يمكن تحويلها إلى عوامل مثل درجة الحرارة أو الضغط التي تؤثر بشكل مباشر على شبكة الألياف الضوئية
بالقيام بذلك, يمكن استخدام شبكات الألياف Bragg لتحقيق الاستشعار عن المعلمات الفيزيائية المختلفة.

خصائص تطبيق شبكات الألياف البصرية

استنادًا إلى الخصائص المادية والهيكلية لشبكات الألياف Bragg, وكذلك مبادئ الاستشعار الخاصة بهم, لديهم العديد من المزايا الهامة.

(1) حجم صغير, خفيفة الوزن, هيكل بسيط, والمظهر المتغير.

عادة, شبكات الألياف Bragg هي فقط 3-5 سم طويلة ولها ألياف خفيفة الوزن. رأس استشعار شبكة الألياف Bragg صغير الحجم, مرن, وجهاز محمول يمكن تعبئته وفقًا للاستخدام الفعلي لأجهزة استشعار شبكة الألياف Bragg لتلبية احتياجات الاستشعار المختلفة.

(2) الاستقرار الكيميائي الجيد.

المادة المكونة الرئيسية لشبكة الألياف الضوئية هي ثاني أكسيد السيليكون, التي لديها استقرار كيميائي جيد. لذلك, تتمتع أجهزة استشعار شبكات الألياف الضوئية بمقاومة قوية للتآكل ومناسبة للبيئات القاسية التي تعاني من التآكل الكيميائي, وكذلك البيئات البيولوجية المختلفة.

(3) الاستقرار الجسدي الجيد.

المادة المكونة الرئيسية لشبكات الألياف الضوئية هي ثاني أكسيد السيليكون, لذا فإن شبكات الألياف الضوئية عازلة كهربائيًا, ضد للماء, ومقاومة لدرجات الحرارة العالية والضغط العالي.

(4) لا تتأثر بالتداخل الكهرومغناطيسي.

بسبب مبدأ عمل شبكات الألياف الضوئية, they have the characteristic of being immune to electromagnetic interference and are particularly suitable for harsh environments with high radiation intensity, such as medical detection in special environments such as nuclear magnetic testing.

(5) High sensing sensitivity.

Fiber Bragg Grating achieves sensing by monitoring changes in the reflected wavelength of the center, resulting in high measurement sensitivity. Due to the extremely small changes in many medical detections, some ordinary sensors cannot measure the changes. لذلك, this characteristic of fiber Bragg grating ensures its applicability in the field of medical device sensing.

(6) دقة قياس عالية.

Based on the sensing principle of fiber optic grating, it is not affected by other factors such as light sources, and its measurement accuracy is high. لكن, medical sensors have high requirements for measurement accuracy, which makes the characteristic of fiber optic grating better meet the measurement accuracy requirements of medical sensors.

(7) Distributed real-time measurement.

Multiple multiplexing techniques can be used to connect multiple fiber Bragg gratings in series, forming a distributed sensing network to measure the physical quantities of multiple points. The measurement data is transmitted in real-time to the detector through optical fibers, ultimately achieving real-time detection of multiple physical quantities. This feature can meet the requirements of multi parameter measurement for medical sensors.

(8) نطاق قياس واسع.

By designing the structure and packaging of fiber Bragg gratings, various physical parameters such as strain, درجة حرارة, ضغط, rotational speed, pH value, and humidity can be measured.

مستشعر درجة حرارة الألياف الضوئية, نظام مراقبة ذكي, الشركة المصنعة للألياف الضوئية الموزعة في الصين