Karakteristik dan keunggulan sensor serat optik-INNO

Dalam aplikasi teknik dan penelitian ilmiah, suhu adalah besaran referensi yang sangat penting, menduduki posisi penting. Sensor suhu tradisional sebagian besar terdiri dari termokopel, semikonduktor, dan paduan platina, yang memiliki prinsip pengukuran sederhana dan biaya rendah. Karena itu, mereka banyak digunakan dalam aplikasi praktis. Dibandingkan dengan sensor suhu tradisional, sensor suhu serat optik memanfaatkan spektrum penyerapan beberapa zat untuk berubah seiring suhu, dan kemudian menganalisis spektrum yang ditransmisikan oleh serat optik untuk mengukur perubahan suhu secara real time. Akurasi pengukurannya lebih tinggi dan sensitivitasnya dapat disesuaikan secara real time.

Sensor fiber optic mempunyai karakteristik berukuran kecil, ringan, sensitivitas tinggi, tidak ada interferensi elektromagnetik, dan ketahanan korosi dibandingkan dengan sensor lainnya, membuat jangkauan aplikasinya luas, melibatkan pertahanan negara, perekonomian nasional, dan kehidupan sehari-hari masyarakat. Ada banyak jenis sensor suhu serat optik, terutama termasuk sensor suhu kisi serat optik, sensor suhu interferometri serat optik FabryPerot, sensor suhu fluoresensi serat optik, Sensor suhu serat optik Raman, dll..

Karakteristik dan keunggulan sensor serat optik

Sensor serat optik adalah perangkat berbasis serat optik yang digunakan untuk mendeteksi kuantitas, biasanya suhu atau tekanan mekanis, tapi terkadang juga mencakup perpindahan, getaran, tekanan, percepatan, rotasi (diukur menggunakan giroskop optik berdasarkan efek Sagnac), atau konsentrasi zat kimia. Prinsip umum perangkat ini adalah cahaya dari laser (biasanya laser serat frekuensi tunggal) atau dari sumber superlight dikirim melalui serat, mengalami perubahan halus dalam parameternya pada serat atau satu atau lebih serat kisi Bragg, dan kemudian mencapai perangkat detektor untuk mengukur perubahan ini.

Sensor yang membedakan antara faktor internal dan eksternal. Sensor yang melekat adalah serat optik itu sendiri (yang mungkin merupakan bentuk modifikasi, seperti mengandung kisi Bragg) sebagai sensornya. Sensor eksternal hanya menggunakan serat optik untuk mengirimkan cahaya ke atau dari sensor sebenarnya.

Banyak sensor serat optik didasarkan pada satu serat, sedangkan sensor serat optik lainnya dibuat menggunakan bundel serat. Misalnya, ada sensor eksternal di mana beberapa cahaya iluminasi dikirim ke sampel melalui beberapa serat optik dari berkas tersebut, dan cahaya yang dipantulkan atau fluoresensi yang digunakan dikirim kembali melalui serat optik lainnya.

Dibandingkan dengan jenis sensor lainnya, sensor serat optik memiliki banyak keunggulan:

They are composed of electrical insulation materials (without the need for cables), which makes them suitable for use in high voltage environments, Misalnya.
They can be safely used in explosive environments because there is no risk of electric sparks even in the event of defects.
They are not affected by electromagnetic interference (EMI), and even nearby lightning strikes will not cause electrical shock to other devices.
Their materials can be chemically passive, meaning they do not pollute their surrounding environment and are not subject to corrosion.
They have a very wide operating temperature range (much wider than many electronic devices may have).
They have multiplexing function: multiple sensors in a single fiber optic line can be queried through a single light source.
sensor kisi fiber bragg

Sensor serat optik biasanya didasarkan pada kisi-kisi serat Bragg. Prinsip dasar dari banyak sensor serat optik adalah panjang gelombang Bragg (yaitu. panjang gelombang refleksi maksimum) dari serat kisi Bragg tidak hanya bergantung pada periode kisi Bragg, tetapi juga pada suhu dan ketegangan mekanis.

Untuk sensor regangan optik berdasarkan serat silika, respon fraksional panjang gelombang Bragg terhadap regangan adalah sekitar 20% lebih kecil dari strain itu sendiri, karena efek langsung dari regangan dikurangi sampai batas tertentu dengan penurunan indeks bias. Efek suhu mendekati efek suhu yang diharapkan dari ekspansi termal individu. Pengaruh regangan dan suhu dapat dibedakan melalui berbagai teknik (such as using reference gratings that are not affected by strain, or combining different types of fiber Bragg gratings) to obtain both quantities simultaneously.

What can be the resolution for pure strain sensing μ The range of s (yaitu, the relative length variation is several times 10-6), and the accuracy may not be much lower. For dynamic measurements (such as acoustic phenomena), it is possible to achieve better performance than 1n within a 1Hz bandwidth ε Sensitivity of.

There is also a Bragg grating laser sensor, which implements a fiber laser consisting of two gratings and a rare earth doped fiber between them. Sebagai alternatif, there can be an FBG and a broadband reflector on the other side. When pump light is provided, this device produces an output with a wavelength close to the Bragg wavelength.

Penginderaan semu terdistribusi

Sebuah serat optik dapat berisi banyak sensor kisi yang terhubung secara seri (lihat di atas) untuk memantau distribusi suhu dan regangan di seluruh serat optik. Ini disebut penginderaan kuasi terdistribusi. Ada beberapa teknik berbeda untuk menyelesaikan kisi-kisi individual (serta posisi tertentu di sepanjang serat):

Dalam teknik yang disebut multiplexing pembagian panjang gelombang (WDM) atau reflektometer domain frekuensi optik (OFDR), kisi-kisi memiliki panjang gelombang Bragg yang sedikit berbeda. Unit interogator dalam laser yang dapat disetel dengan panjang gelombang dapat disetel ke panjang gelombang kisi tertentu, dan reflektifitas panjang gelombang maksimum mewakili pengaruh regangan atau suhu, Misalnya. Sebagai alternatif, sumber cahaya broadband (seperti superemitor) dapat digunakan bersama dengan fotodetektor pemindaian panjang gelombang (seperti serat optik berbasis Fabry Pé rot) atau spektrometer berbasis CCD.. Bagaimanapun, jumlah maksimum kisi biasanya antara 10 Dan 50, dibatasi oleh rentang penyetelan atau bandwidth sumber cahaya dan interval panjang gelombang yang diperlukan untuk setiap kisi serat.
Teknik lain disebut Time Division Multiplexing (TDM) menggunakan kisi refleksi lemah yang sama untuk menginterogasi dengan pulsa cahaya pendek. Kemudian, pantulan dari kisi-kisi yang berbeda dibedakan berdasarkan waktu tibanya. Multiplexing pembagian waktu biasanya dikombinasikan dengan multiplexing pembagian panjang gelombang untuk mengalikan jumlah saluran yang berbeda hingga ratusan atau bahkan ribuan.
Sakelar optik memungkinkan orang untuk memilih di antara sirkuit serat optik yang berbeda, semakin meningkatkan jumlah sensor yang mungkin.
Penginderaan terdistribusi

Sensor serat optik lainnya tidak menggunakan kisi serat Bragg sebagai sensor, tapi malah menggunakan serat itu sendiri. Kemudian, prinsip penginderaan dapat didasarkan pada hamburan Rayleigh, Raman berhamburan, atau hamburan Brillouin. Misalnya, reflektometer domain waktu optik adalah metode yang menggunakan sinyal pendeteksi pulsa untuk menemukan pantulan lemah. Misalnya, ketergantungan suhu atau regangan pergeseran frekuensi Brillouin juga dapat dimanfaatkan.

Dalam beberapa kasus, kuantitas yang diukur adalah rata-rata dari seluruh panjang serat. Hal yang sama berlaku untuk beberapa sensor suhu, tetapi juga interferometer Sagnac yang digunakan sebagai giroskop. Dalam kasus lain, mengukur besaran yang berhubungan dengan posisi (seperti suhu atau regangan). Ini disebut penginderaan terdistribusi.

Untuk informasi lebih detail, silakan merujuk ke artikel tentang sensor suhu optik dan sensor regangan optik

Metode lain

Selain cara-cara di atas, ada banyak teknologi alternatif. Beberapa contohnya adalah:

Kisi-kisi Fiber Bragg dapat digunakan untuk sensor serat optik interferometri, di mana mereka hanya digunakan sebagai reflektor dan pergeseran fasa yang diukur dihasilkan oleh rentang serat di antara mereka.
Ada sensor laser kisi Bragg, dimana kisi sensor membentuk cermin ujung resonator laser serat, yang mencakup, Misalnya, beberapa serat yang didoping erbium yang menerima cahaya pompa 980nm melalui jalur serat. Panjang gelombang Bragg bergantung pada faktor-faktor seperti suhu atau regangan, menentukan panjang gelombang emisi laser. Metode ini memiliki banyak perubahan lebih lanjut, karena lebar garis yang kecil dari laser serat ini, ia memiliki resolusi sangat tinggi dan sensitivitas tinggi.
Dalam beberapa kasus, kisi-kisi Bragg berpasangan digunakan sebagai interferometer serat optik Fabry Perot, yang dapat bereaksi sangat sensitif terhadap pengaruh eksternal. Interferometer Fabry Perot juga dapat diproduksi dengan menggunakan metode lain, seperti memiliki celah udara yang bervariasi pada serat optik.
Kisi-kisi serat Bragg jangka panjang sangat berguna untuk penginderaan multi parameter, seperti suhu dan regangan, dan juga untuk penginderaan regangan dengan sensitivitas yang sangat rendah terhadap perubahan suhu.
aplikasi

Bahkan setelah bertahun-tahun pembangunan, sensor serat optik belum mencapai kesuksesan komersial yang signifikan karena walaupun dengan keterbatasan tertentu, mereka sulit untuk menggantikan teknologi yang sudah matang. Namun, untuk area aplikasi tertentu, sensor serat optik semakin dikenal sebagai teknologi dengan kemungkinan yang sangat menarik. Ini sangat cocok untuk lingkungan yang keras, seperti penginderaan pada mesin bertekanan tinggi dan berdaya tinggi atau oven microwave. Sensor kisi Bragg juga dapat digunakan untuk memantau kondisi di sayap pesawat, turbin angin, jembatan, bendungan besar, sumur minyak, dan jaringan pipa. Bangunan dengan sensor serat optik terintegrasi kadang-kadang disebut sebagai “struktur cerdas”;