Prinsip dan karakteristik sensor kisi serat optik-INNO

Dalam beberapa tahun terakhir, dengan pesatnya perkembangan teknologi serat optik, sejumlah besar jenis serat dan perangkat serat optik baru telah bermunculan. Pada saat yang sama, dengan penggunaan berbagai sumber cahaya baru dan detektor serat optik, teknologi penginderaan serat optik telah membuat kemajuan terobosan dalam pengembangan teknologi dan aplikasi praktis.

Sensor serat optik, sebagai aplikasi penting dari serat optik, semakin mendapat perhatian karena ukurannya yang kecil, ringan, dan sensitivitas tinggi. Mereka memiliki keunggulan yang tak tertandingi dalam mencegah interferensi medan magnet, korosi, kedap air, dan ketahanan suhu dan tekanan tinggi dibandingkan dengan sensor elektronik tradisional.
Teknologi penginderaan kisi serat optik merupakan cabang penting dari bidang teknologi penginderaan serat optik. Prinsip penginderaannya adalah panjang gelombang tengah kisi serat optik bergeser karena perubahan parameter fisik eksternal. Dengan memantau ukuran panjang gelombang tengah kisi serat optik, informasi spesifik dari parameter fisik diperoleh, sehingga mencapai penginderaan. Sensor kisi serat optik adalah sensor serat optik termodulasi panjang gelombang yang, selain karakteristik sensor serat optik biasa, memiliki akurasi pengukuran yang lebih tinggi, resolusi yang lebih baik, dan lebih cocok untuk pengukuran terdistribusi.

Prinsip dan Karakteristik Aplikasi Sensor Kisi Fiber Bragg

Karena efek cahaya yang ditimbulkan, efek kisi dapat dihasilkan pada serat yang didoping germanium, sehingga menghasilkan keberhasilan produksi kisi-kisi serat pertama di dunia. Sejak itu, prinsip-prinsip dasar, metode fabrikasi, dan aplikasi praktis kisi-kisi serat Bragg telah dipelajari secara ekstensif oleh banyak peneliti.
Bahan utama serat optik adalah kuarsa, yang terdiri dari lapisan inti dan lapisan kelongsong, dan lapisan luar dilindungi oleh lapisan pelapis. Dengan melakukan doping pada lapisan inti, indeks bias (n1) lapisan inti lebih besar dibandingkan dengan lapisan cladding (n2), membentuk pandu gelombang optik di mana cahaya dapat merambat di dalam lapisan inti. Ketika serat optik dimodulasi oleh faktor eksternal, indeks bias lapisan inti mengalami perubahan secara berkala, membentuk kisi serat. Metode masker fase saat ini merupakan metode yang paling mudah dan efektif untuk memproduksi kisi-kisi serat Bragg, menyederhanakan proses produksi dan mengurangi biaya produksi. Ada berbagai jenis kisi-kisi serat Bragg, diantaranya yang khas adalah fiber bragg grating (FBG), yang juga merupakan salah satu kisi-kisi serat Bragg yang paling awal dikembangkan dan paling banyak digunakan.

Prinsip Penginderaan Dasar Kisi Fiber Bragg

Dengan membentuk kisi fase spasial pada inti serat optik dengan cara tertentu, ketika cahaya melewati kisi serat optik, kopling mode terjadi antara transmisi maju dan mundur dari mode inti serat optik, menyebabkan transmisi maju mode inti serat optik berpindah ke transmisi mundur mode inti serat optik. Yaitu, cahaya datang dengan panjang gelombang yang dipantulkan di tengah kisi serat optik (aku B) tercermin, dan panjang gelombang pantulan pusat kisi serat optik dipengaruhi oleh regangan dan suhu. Dengan memantau besarnya panjang gelombang pantulan pusat kisi serat optik, regangan yang sesuai dan penginderaan suhu dapat dicapai. Parameter fisik lainnya seperti tekanan, pemindahan, dll.. dapat diubah menjadi faktor seperti suhu atau tekanan yang secara langsung mempengaruhi kisi serat optik
Dengan melakukan hal tersebut, kisi-kisi serat Bragg dapat digunakan untuk mencapai penginderaan berbagai parameter fisik.

Karakteristik aplikasi kisi-kisi serat optik

Berdasarkan bahan dan karakteristik struktur kisi-kisi serat Bragg, serta prinsip penginderaan mereka, mereka memiliki banyak keuntungan signifikan.

(1) Ukuran kecil, ringan, struktur sederhana, dan penampilan yang bervariasi.

Biasanya, kisi-kisi fiber Bragg saja 3-5 panjangnya cm dan mempunyai serat yang ringan. Kepala penginderaan kisi serat Bragg berukuran kecil, fleksibel, dan perangkat portabel yang dapat dikemas sesuai dengan penggunaan aktual sensor kisi serat Bragg untuk memenuhi kebutuhan penginderaan yang berbeda.

(2) Stabilitas kimia yang baik.

Bahan komponen utama kisi serat optik adalah silikon dioksida, yang mempunyai kestabilan kimia yang baik. Karena itu, sensor kisi serat optik memiliki ketahanan korosi yang kuat dan cocok untuk lingkungan yang keras dengan korosi kimia, serta berbagai lingkungan biologis.

(3) Stabilitas fisik yang baik.

Bahan komponen utama kisi-kisi serat optik adalah silikon dioksida, jadi kisi-kisi serat optik bersifat isolasi listrik, tahan air, dan tahan terhadap suhu tinggi dan tekanan tinggi.

(4) Tidak terpengaruh oleh interferensi elektromagnetik.

Karena prinsip kerja kisi-kisi serat optik, mereka memiliki karakteristik kebal terhadap interferensi elektromagnetik dan sangat cocok untuk lingkungan yang keras dengan intensitas radiasi tinggi, seperti deteksi medis di lingkungan khusus seperti pengujian magnet nuklir.

(5) Sensitivitas penginderaan tinggi.

Fiber Bragg Grating mencapai penginderaan dengan memantau perubahan panjang gelombang yang dipantulkan dari pusat, menghasilkan sensitivitas pengukuran yang tinggi. Karena perubahan yang sangat kecil dalam banyak deteksi medis, beberapa sensor biasa tidak dapat mengukur perubahan. Karena itu, karakteristik kisi serat Bragg ini memastikan penerapannya di bidang penginderaan perangkat medis.

(6) Akurasi pengukuran tinggi.

Berdasarkan prinsip penginderaan kisi serat optik, itu tidak dipengaruhi oleh faktor lain seperti sumber cahaya, dan akurasi pengukurannya tinggi. Namun, sensor medis memiliki persyaratan tinggi untuk akurasi pengukuran, yang menjadikan karakteristik kisi serat optik lebih memenuhi persyaratan akurasi pengukuran sensor medis.

(7) Pengukuran real-time terdistribusi.

Teknik multipleks ganda dapat digunakan untuk menghubungkan beberapa kisi serat Bragg secara seri, membentuk jaringan penginderaan terdistribusi untuk mengukur kuantitas fisik beberapa titik. Data pengukuran ditransmisikan secara real-time ke detektor melalui serat optik, pada akhirnya mencapai deteksi real-time dari beberapa kuantitas fisik. Fitur ini dapat memenuhi persyaratan pengukuran multi parameter untuk sensor medis.

(8) Rentang pengukuran yang luas.

Dengan merancang struktur dan kemasan kisi-kisi fiber Bragg, berbagai parameter fisik seperti regangan, suhu, tekanan, kecepatan rotasi, nilai pH, dan kelembaban dapat diukur.