انواع, اصول کار, و ویژگی های سنسورهای فیبر نوری

الف چیست سنسور فیبر نوری

سنسورهای فیبر نوری از ماژول هایی مانند منابع نور تشکیل شده اند, فیبرهای انتقال, اجزای حسگر یا مناطق مدولاسیون, آشکارسازهای نوری, و اجزای دیگر برای تشکیل حسگر فیبر نوری. الگوهای شدت, طول موج, دامنه, فاز, قطبی شدن, و پارامترهای توزیع را می توان تحت تأثیر عوامل خارجی مانند دما قرار داد, فشار, شتاب, ولتاژ, جاری, جابجایی, ارتعاش, چرخش, خم شدن, کرنش, و همچنین اثرات شیمیایی و بیوشیمیایی در مسیر نوری, منجر به تغییرات متناظر در این پارامترها در طول انتقال فیبر نوری می شود. حسگرهای فیبر نوری برای تشخیص مقدار کمیت های فیزیکی متناظر بر اساس رابطه بین این پارامترها و تغییرات در عوامل خارجی استفاده می شوند..

ویژگی های سنسورهای فیبر نوری

برخلاف سنسورهای سنتی, سنسورهای فیبر نوری دارای فیزیکی عالی هستند, شیمیایی, مکانیکی, و عملکرد انتقال, آنها را در اندازه کوچک می کند, سبک وزن, مقاوم در برابر تداخل الکترومغناطیسی, خوردگی, با حساسیت بالا, پهنای باند اندازه گیری گسترده, و از راه دور. تشخیص دستگاه ها و حسگرهای الکترونیکی, و یک شبکه حسگر تشکیل دهند.
حساسیت سنسورهای فیبر نوری پیشرفته چندین مرتبه بیشتر از سنسورهای سنتی است., و می تواند اندازه گیری کند 70 مقادیر فیزیکی.

مزایای سنسورهای فیبر نوری

1. از مزایای دقت بالا برخوردار است, سرعت پاسخگویی سریع, محدوده ویژگی خطی گسترده, تکرارپذیری خوب, و نسبت سیگنال به نویز بالا به دلیل مقدار زیاد و قیمت پایین فیبرهای نوری, آنها می توانند به طور گسترده مورد استفاده قرار گیرند
فیبر نوری از مواد دی الکتریک مانند کوارتز برای انتقال سیگنال الکتریکی و نوری ساخته شده است., تضمین ایمنی, قابلیت اطمینان, و مقاومت قوی در برابر تداخل الکترومغناطیسی. می تواند با شرایط کار در برق سازگار شود, نفت, شیمی, متالورژی, و سایر محیط های قابل اشتعال یا سمی.
2. مقاوم در برابر خوردگی, توانایی ضد آلودگی قوی, می توان در مکان هایی با اختلاف دمای زیاد استفاده کرد, به موقع بودن خوب, و عمر طولانی.
3. در اندازه کوچک, سبک وزن, آسان برای نصب, و سازگار با محیط اصلی.
4. فیبر نوری یک دستگاه غیرفعال با استقلال خوب است و به حالت اندازه گیری آسیب نمی رساند.
5. اندازه گیری گسترده اشیاء. در حال حاضر, اندازه گیری های مختلف عملکرد دما, فشار, جابجایی, سرعت, سطح, تشعشع, و دیگر فیزیکی, شیمیایی, زیست توده, و سایر سنسورهای فیبر نوری در دسترس هستند.
6. مالتی پلکس چند نقطه ای راحت است و تلفات انتقال کمی دارد. مناسب برای تشکیل شبکه های اندازه گیری و دستیابی به تله متری هوشمند چند نقطه ای.
حسگرها در حال تبدیل شدن به حساس هستند, دقیق, سازگار, فشرده, و سنسورهای هوشمند. در این فرآیند, سنسورهای فیبر نوری, عضو جدیدی از خانواده حسگرها, مورد پسند قرار می گیرند.

اصل کار سنسورهای فیبر نوری

سنسور فیبر نوری یک حسگر مبتنی بر تبدیل کمیت نوری است, که از سیگنال های نوری به عنوان حامل برای انتقال و تبدیل استفاده می کند, و سیگنال های نوری را از طریق فیبرهای نوری منتقل می کند. سنسورهای فیبر نوری عمدتاً از منابع نوری تشکیل شده اند, فیبرهای نوری (به عنوان الیاف نامیده می شود), آشکارسازهای نوری, و دستگاه های اضافی. انواع مختلفی از منابع نور وجود دارد, مانند لامپ های رشته ای تنگستن, لیزرها, و دیودهای ساطع کننده نور. فیبر نوری بسیار نازک است, نرم, و قابل انعطاف, آن را به یک فیبر شفاف تبدیل می کند که می تواند نور را هدایت کند.
وضعیت توسعه سنسورهای فیبر نوری
توسعه فناوری سنجش فیبر نوری جهانی در آغاز شد 1977. در سالهای اخیر, در زمینه هایی مانند مکانیکی توسعه و ترویج شده است, ابزار دقیق الکترونیکی, هوافضا, نفت, شیمیایی, و اتوماسیون فرآیند تولید ایمنی مواد غذایی, تشخیص آنلاین, و تشخیص عیب.
برخلاف محصولات ارتباطی فیبر نوری, محصولات حسگر فیبر نوری دارای ویژگی های اندازه دسته کوچک هستند, انواع متعدد, و توزیع در بازارهای مختلف تقسیم شده است. هیچ شرکت خارجی بزرگی وجود ندارد که در زمینه سنجش فیبر نوری تخصص داشته باشد, اما بسیاری از غول‌های نفتی خارجی و شرکت‌های بزرگ تجهیزات برق مانند ABB و زیمنس کسب‌وکار سنجش فیبر نوری خود را دارند.. اما درک توسعه این شرکت ها برای دنیای خارج دشوار است. در برخی زمینه های نوظهور مانند سنجش توزیع شده, همچنین بسیاری از شرکت های حرفه ای کوچک و متوسط ​​وجود دارد.

نوع سنسور فیبر نوری

در حال حاضر, محصولات با کاربردهای بالغ و مقبولیت بالای بازار شامل: سنسورهای دما/فشار/کرنش توری فیبر نوری; نوع نقطه سنسور دمای فیبر نوری فلورسنت محصولات; محصولات سنجش فشار/دما/ارتعاش فیبر نوری نوع نقطه ای f-p; محصولات سنجش جریان فیبر نوری; محصولات ژیروسکوپ فیبر نوری; سیستم اندازه گیری درجه حرارت رامان فیبر توزیع شده; سیستم نظارت بر نفوذ تداخل فیبر نوری.
اگرچه فناوری سنجش فیبر نوری کاربردهای خاصی را در تشخیص عملی به دست آورده است, هنوز برخی مشکلات وجود دارد, مانند مشکلات فرآیند سازه های تعبیه شده فیبر نوری. اگرچه روش های نصب را می توان بهبود بخشید, همچنین می تواند منجر به انتقال کرنش از طریق فلز شود, و سپس به طور غیر مستقیم از طریق فیبر نوری القا می شود. بنابراین, اصلاحات تجربی برای اندازه گیری دقیق مورد نیاز است. در عین حال, سیگنال خروجی سنسورهای فیبر نوری تحت تأثیر عواملی مانند نوسانات منبع نور است., تغییرات در افت انتقال فیبر نوری, و پیری آشکارساز, در نتیجه دقت اندازه گیری سنسورهای فیبر نوری کاهش می یابد. علاوه بر این, عملی بودن حسگرهای فیبر نوری هنوز نیاز به توسعه دارد, و هزینه های ساخت آنها نیز بسیار گران است. در حال حاضر, تعداد زیادی از حسگرهای فیبر نوری هنوز در مرحله آزمایشگاهی هستند و باید در اسرع وقت مورد استفاده قرار گیرند..
با پیشرفت علم و فناوری روز, کسب اطلاعات اهمیت فزاینده ای پیدا کرده است. این یک وسیله فنی مهم برای حسگرها است, تشخیص, نظارت, و تبدیل اطلاعات. این دومین حسگر فیبر نوری است, و الکترونیک یکی از سنسورهای جدید است.

شرح سنسور فیبر نوری

سنسورهای فیبر نوری سنسورهایی هستند که از ویژگی های انتقال نوری استفاده می کنند فیبرهای نوری برای تبدیل اندازه گیری داده ها به تغییرات در ویژگی های نوری (شدت, فاز, قطبی شدن, فرکانس, طول موج). نور را از طریق فیبرهای نوری از منبع نور به مدولاتور منتقل می کند, باعث ایجاد خواص نوری نور می شود (مانند شدت, طول موج, فرکانس, فاز, چولگی, و غیره) پس از اندازه گیری پارامترها و برهمکنش بین نور ورودی به ناحیه مدولاسیون تغییر کند. به آن چراغ سیگنال مدولاسیون می گویند. پس از اینکه فیبر نوری وارد ردیاب نوری شد, آن دمودوله شده است. پارامترهای اندازه گیری به دست آمده.

برخلاف سنسورهای قبلی, سنسورهای فیبر نوری وضعیت سیگنال اندازه گیری شده را به عنوان سیگنال نوری حذف می کنند. سیگنال های نوری نه تنها می توانند مستقیماً توسط انسان درک شوند, اما می تواند با دیودهای نیمه هادی نیز استفاده شود, مانند فتودیودها. همچنین می توان از اجزای کوچک و ساده برای تبدیل فوتوالکتریک و الکترواپتیک استفاده کرد, تطبیق آن با برخی از قطعات الکترونیکی را آسان می کند; علاوه بر این, فیبر نوری تنها یک جزء حساس نیست, بلکه یک خط انتقال کم تلفات عالی است. بنابراین, سنسورهای فیبر نوری همچنین می توانند برای اندازه گیری از راه دور استفاده شوند که برای سنسورهای سنتی مناسب نیستند.

سنجش فیبر نوری شامل دو عملکرد است: تشخیص و انتقال سیگنال های خارجی. به اصطلاح ادراک به پارامترهای مشخصه فیزیکی امواج نور منتقل شده در فیبرهای نوری اشاره دارد., مانند شدت نور (قدرت), طول موج, فرکانس, فاز, و حالت قطبی شدن, که با توجه به تغییر قوانین سیگنال های خارجی تغییر می کنند. تغییر در پارامترهای نوری درک تغییرات در سیگنال های خارجی است. اساسا, این درک از طریق مدولاسیون امواج نور منتشر شده از طریق سیگنال های خارجی در فیبرهای نوری به دست می آید. به اصطلاح انتقال به فیبر نوری اطلاق می شود که امواج نور را توسط سیگنال های خارجی مدوله می کند تا آشکارسازهای نوری را تشخیص دهند., استخراج سیگنال های خارجی از امواج نور, و پردازش داده ها در صورت نیاز, یعنی, دمدولاسیون.
بنابراین, این دو فناوری شامل فناوری سنجش فیبر نوری برای مدولاسیون و دمودولاسیون است, یعنی, نحوه تعدیل پارامترهای سیگنال خارجی (اندازه گیری شود) در مدولاسیون فیبر موج نوری (یا تکنولوژی بارگیری) و نحوه استخراج سیگنال خارجی که مدوله شده است (اندازه گیری شد) در فناوری امواج نوری برای دمودولاسیون (یا تشخیص).

اصل اساسی سنسورهای فیبر نوری

فیبر نوری مخفف فیبر نوری است. جزء اصلی فیبر نوری دی اکسید سیلیکون است, که از یک هسته با ضریب شکست بالا تشکیل شده است, روکش با ضریب شکست کم, و یک لایه محافظ. فیتیله یک رشته شیشه ای نازک با قطر تقریبی است 0.1 میلی متر, که در آن نور احاطه شده و در امتداد محور منتشر می شود. کشف حسگرهای فیبر نوری ناشی از عمل تشخیص تداخل خارجی در فیبرهای نوری است.. در عمل, مشخص شده است که تغییرات در محیط خارجی می تواند باعث تغییر در پارامترهای انتقال داخلی فیبرهای نوری شود.. این تغییرات همه ناشی از تأثیر عوامل خارجی است, که منجر به توسعه فناوری سنجش فیبر نوری شده است.

فیبر نوری دارای پارامترهای خارجی زیادی با حساسیت خاصی است. اصل سنجش فیبر نوری این است که چگونه این فیبرها را تحت تأثیر قرار می دهند, مدولاسیون نور, و منطقه برهمکنش خارجی پارامترهای اندازه‌گیری شده به عملکرد “انتقال”, و خارجی از پارامترهای اندازه گیری شده است, که مطالعه از “احساس” هسته های سنسور فیبر نوری.

در سیستم های ارتباط نوری, فیبر نوری به عنوان وسیله ای برای انتقال سیگنال های امواج نوری از راه دور استفاده می شود. بدیهی است, در این نرم افزار, هر چه تداخل خارجی کمتر باشد, سیگنال نوری ارسال شده توسط فیبر نوری بهتر است. با این حال, در فرآیند واقعی انتقال نوری, فیبرهای نوری به راحتی تحت تأثیر عوامل محیطی خارجی قرار می گیرند, مانند دما, فشار, میدان های الکترومغناطیسی, و سایر شرایط خارجی, که منجر به تغییر در پارامترهای امواج نوری خواهد شد, مانند شدت نور, فاز, فرکانس, قطبی شدن, طول موج, و غیره. بنابراین, مشاهده می شود که اگر تغییرات در پارامترهای موج نوری قابل اندازه گیری باشد, ما می توانیم مقدار کمیت های فیزیکی مختلف را که باعث تغییر در پارامترهای امواج نوری می شوند، بدانیم, بنابراین باعث ایجاد فناوری سنجش فیبر نوری می شود. فناوری سنجش فیبر نوری تکنیکی است که مقادیر فیزیکی خارجی را به سیگنال هایی تبدیل می کند که می توانند مستقیماً با استفاده از ویژگی های حساس فیبرهای نوری اندازه گیری شوند.. زیرا فیبرهای نوری نه تنها می توانند به عنوان رسانه انتشار امواج نور استفاده شوند, بلکه به عنوان پارامترهای مشخصه (دامنه, فاز, حالت قطبی شدن, طول موج, و غیره). امواج نور را می توان به طور مستقیم یا غیر مستقیم توسط عوامل خارجی مانند دما تغییر داد, فشار, کرنش, میدان مغناطیسی, میدان الکتریکی, جابجایی, چرخش, و غیره. بنابراین, فیبرهای نوری همچنین می توانند به عنوان عناصر حسگر برای تشخیص مقادیر مختلف فیزیکی استفاده شوند.

سنسور دمای فیبر نوری, سیستم مانیتورینگ هوشمند, تولید کننده فیبر نوری توزیع شده در چین