광섬유 센서의 분류 원리 및 특성

광섬유 센서 전자기 간섭 방지의 장점이 있습니다., 강한 사고 저항, 소형화, 그리고 높은 정확도. 더 많은 산업 분야에서 광섬유 센서의 적용을 촉진합니다., 광섬유 센서의 연구 진행 상황을 요약했습니다.. FJINO는 광섬유 센서의 기본 구성 요소와 원리를 소개했습니다., 광섬유 센서의 분류 특성을 정리하였다.. 센서에서 광섬유의 역할에 따라, 기능성으로 나눌 수 있어요 (모든 섬유) 광섬유 센서, 투과형 광섬유 센서, 및 픽업형 광섬유 센서. 광파의 변조 방식에 따라, 강도 변조형 광섬유 센서로 나눌 수 있습니다., 주파수 변조형 광섬유 센서, 파장 변조형 광섬유 센서, 위상 변조형 광섬유 센서, 및 편광 변조형 광섬유 센서. 센서 대상의 분포에 따라, 포인트형 광섬유 센서로 나눌 수 있습니다., 준 분산 광섬유 센서, 분산형 광섬유 센서. 광섬유 센서는 온도에 따라 폭넓게 적용됩니다., 배수량, 및 가스 측정, 광섬유 센서의 향후 개발 추세는 강력한 방향을 보여줍니다..

센서는 사람들의 일상생활에 널리 사용되었습니다.. 차세대 전송 매체 광섬유의 출현으로, 센서가 더욱 발전하고 광섬유 센서가 등장했습니다.. 광섬유 센서의 급속한 발전은 1977 그리고 오늘날에 이르기까지 점점 더 성숙해졌습니다.. 이 신기술의 영향은 현재 매우 분명하며 인류 정보화 과정의 중요한 징후 중 하나입니다.. 광섬유는 원격 전송에 적합하고 모니터링 범위가 넓은 우수한 감도의 부품입니다.; 둘째, 광섬유는 부피가 작습니다., 가벼운 무게, 광 신호 전송 시 전자기 간섭 및 방사선에 저항할 수 있습니다., 인화성 물질과 같은 열악한 환경에서의 모니터링에 적합합니다., 폭발물, 전자기 간섭. 그러므로, 광섬유 센서는 다양한 분야에서 연구 및 적용되어 왔습니다., 센서산업의 선두주자가 되다.

이 기사에서는 주로 광섬유 센서의 기본 구성 요소와 원리를 소개합니다., 다양한 분류 방법에 따라 광섬유 센서의 분류를 자세히 설명합니다., 온도에서의 적용뿐만 아니라, 배수량, 그리고 가스. 마지막으로, 광섬유 센서의 향후 개발 동향에 대해 논의합니다..

광섬유 센서의 원리

광섬유 센서는 측정된 정보를 측정 가능한 광학 신호로 변환하는 데 사용됩니다., 기본 구조는 광원으로 구성됩니다., 민감한 구성 요소, 광섬유 및 광검출기, 신호 처리 시스템. 광섬유 센서에는 정보 변조 및 복조 기능이 있습니다.. 광섬유 센서의 광학 매개변수가 변조되는 부분을 변조 영역이라고 합니다., 광검출기와 신호 처리 부분을 복조 구역이라고 합니다.. 광원에서 방출된 빛이 광섬유에 결합되어 광섬유를 거쳐 변조영역으로 들어오게 되면, 광학적 성질이 변한다 (강도와 같은, 빈도, 파장, 단계, 편광 상태, 등.) 변조 영역에서 측정된 빛의 영향으로 인해, 변조된 신호등이 됨. 광섬유를 통해 광검출기로 전송된 후, 광검출기는 들어오는 광신호를 수신하고 광전 변환을 수행하여 전기 신호를 출력합니다.. 마지막으로, 신호 처리 시스템은 전기 신호를 처리하여 측정되는 관련 매개변수를 얻습니다., 이것은 복조이다.

광섬유 센서의 분류

센서에서 광섬유의 역할에 따라 분류

센서에서 광섬유의 역할에 따라, 광섬유 센서는 기능성 광섬유 센서로 나눌 수 있습니다., 전송 광섬유 센서, 및 픽업 광섬유 센서.

① 기능성 광섬유 센서.

기능성 광섬유 센서, 모든 광섬유 센서라고도 함, 광원의 방출 섬유와 광 검출기의 수신 섬유를 연결하는 연속 광섬유로 구성됩니다.. 그들은 두 가지 기능을 가지고 있습니다: 전송 및 감지. 측정된 매개변수는 광섬유의 특정 전송 특성 매개변수를 직접 변경하여 변조됩니다.. 이 유형의 센서는 구조가 콤팩트하고 감도가 높습니다., 하지만 특수 광섬유와 고급 감지 기술을 사용해야 합니다., 광섬유 자이로스코프와 같은, 광섬유 수중청음기, 등.

② 빛을 전달하는 광섬유 센서.

투과형 광섬유 센서의 광섬유는 광파를 전달하는 역할만 합니다., 변조 영역은 광섬유 외부에 있습니다.. 전송 섬유와 수신 섬유에는 연속성이 없습니다.. 원리는 빛이 외부 변조 장치에 조사되면 측정된 매개 변수에 의해 변조되는 것입니다. (민감한 요소). 이 유형의 센서의 장점은 간단한 구조입니다., 저렴한 비용, 그리고 쉬운 구현, 그러나 그 감도는 기능성 광섬유 센서의 감도보다 낮습니다.. 현재 시중에서 판매되는 광섬유 센서의 대부분은 투과형 광섬유 센서에 속합니다..

③ 픽업형 광섬유 센서.

픽업형 광섬유 센서는 광섬유를 프로브로 사용하여 피측정물에서 방출되는 빛이나 피측정물에서 반사 또는 산란되는 빛을 수신하여 광검출기에 전달하는 방식입니다.. 신호 처리 후, 측정된 매개변수를 얻습니다.. 파이버 레이저 도플러 속도계는 일반적인 픽업형 파이버 센서입니다.. 측정할 수 있는 유체의 탁도는 최소한 5 이전에 측정된 유체보다 몇 배 더 높음, 불투명 유체의 국소 속도 측정 달성. 게다가, 도플러 속도계는 열차의 속도를 측정하는 데에도 사용됩니다.. 반사형 광섬유 온도 센서도 픽업형 광섬유 센서의 대표적인 제품 중 하나입니다..

광파변조방식으로 분류

외부신호에 의해 변조된 광파의 물리적 특성변수의 변화에 ​​따라, 광섬유 센서는 다섯 가지 유형으로 나눌 수 있습니다: 강도 변조 광섬유 센서, 위상 변조 광섬유 센서, 주파수 변조 광섬유 센서, 파장 변조 광섬유 센서, 및 편광 변조 광섬유 센서.

① 강도 변조 광섬유 센서.

강도 변조는 광섬유 감지에서 상대적으로 간단하고 널리 사용되는 변조 방법입니다.. 기본 원리는 측정된 매개변수가 광섬유의 전송된 빛을 변조하여 빛의 강도를 변경한다는 것입니다., 그런 다음 빛의 세기 변화를 감지하여 측정된 매개변수를 측정합니다. (즉. 복조). 대부분의 강도 변조 광섬유 센서는 반사 강도 변조를 기반으로 합니다.. 이 유형의 센서는 구조가 간단합니다., 저렴한 비용, 구현하기 쉽습니다, 그러나 광원 강도의 변동에 취약합니다.. 강도 변조 광섬유 센서의 개발 및 적용이 일찍 시작되었습니다., 그리고 최근 몇 년 동안, 연구는 끊임없이 돌파하고 혁신해 왔습니다..

② 주파수 변조 광섬유 센서.

광주파수 변조는 측정된 매개변수에 의해 광섬유에서 전송된 빛의 주파수를 변조하는 것을 말합니다., 주파수 오프셋을 통해 측정된 매개변수를 검출합니다.. 현재, 주파수 변조 광섬유 센서는 주로 변위와 속도를 측정하는 데 사용됩니다..

③ 파장 변조 광섬유 센서.

측정된 신호는 주파수 선택을 통해 투과광의 파장을 변경합니다., 필터링, 및 기타 방법, 이를 광파장 변조라고 합니다.. 기존의 광파장 변조 광섬유 센서에는 커서 효과를 기반으로 한 계단식 광섬유 간섭계 온도 센서가 포함되어 있습니다.. 이 센서의 온도 측정 범위는 작지만, 엄청난 감도로 특정 특수 요구 사항을 충족할 수 있습니다., 정밀한 온도 제어가 필요한 과학 장비 등. 광원 및 스펙트럼 분석기의 성능은 광섬유 파장 검출 기술에 큰 영향을 미칩니다.. 최근 몇 년간 광섬유 브래그 격자 센서의 급속한 발전으로 기능성 광파장 변조 센서의 적용 범위가 확장되었습니다..

④ 위상 변조 광섬유 센서.

위상 변조 광섬유 센서의 기본 원리는 측정된 매개변수가 민감한 요소에 작용한다는 것입니다., 민감한 요소의 굴절률 또는 전파 상수가 변경됩니다., 투과된 빛의 위상 변화를 일으키는 원인. 그 다음에, 측정된 매개변수를 얻기 위해 간섭계를 사용하여 이 위상 변화를 감지합니다.. 이러한 유형의 센서는 감도가 높다는 장점이 있습니다., 빠른 응답, 넓은 동적 측정 범위, 하지만 광원과 감지 시스템에 높은 정밀도가 필요합니다..

⑤ 편파 변조형 광섬유 센서.

편광 변조 광섬유 센서는 광원 강도의 영향을 받지 않습니다., 단순한 구조를 갖고 있다, 그리고 높은 감도. 패러데이 효과를 활용한 전류 센서는 주요 응용 분야 중 하나입니다..

대상 분포별로 분류

탐지 대상 분포에 따라, 센서는 포인트형 광섬유 센서로 나눌 수 있습니다., 준분산 광섬유 센서, 분산형 광섬유 센서.

① 포인트형 광섬유 센서.

포인트형 광섬유 센서는 특정 지점의 물리량만 감지할 수 있습니다., 매우 작은 민감한 요소 하나만 광섬유 센서에 연결됩니다., 일반적으로 투과형 광섬유 센서. 이러한 유형의 센서의 장점과 단점은 명백합니다., 높은 검출 성능으로, 하지만 테스트 중인 개체에 대해서는 다중 지점 분포 감지를 수행할 수 없습니다..

② 준분산 광섬유 센서.

유사 분산 광섬유 센서는 대상에 대해 동시에 다중 지점 감지를 수행할 수 있습니다., 광섬유 케이블에 연결된 다중 포인트형 광섬유 센서 포함. 준분산 광섬유 센서의 일반적인 적용 사례에는 광섬유 수중청음기 어레이가 포함됩니다. [24] 및 광섬유 격자 어레이 센서.

준분산 광섬유 센서의 장점은 동시 다중 지점 감지를 수행할 수 있다는 것입니다., 이는 광섬유 감지의 중요한 개발 추세입니다.. 하지만, 현재 준분산 광섬유 센서가 동시에 감지할 수 있는 지점의 수는 제한되어 있습니다..

③ 분산형 광섬유 센서.

분산 광섬유 센서의 전체 광섬유 케이블은 민감한 구성 요소입니다.. 광섬유 케이블은 센서이자 신호 전송 매체입니다., 구조물의 변형률 분포를 감지하는 데 적합합니다.. 예를 들어, 토목공학에 적용되는 대형 구조물, 변위와 같은 중요한 매개변수, 구조물의 내부 또는 표면 응력을 비파괴적으로 신속하게 측정할 수 있습니다.. 광섬유 케이블을 따라 광파 매개변수의 분포를 기반으로 합니다., 감지 섬유 영역에서 시간과 공간에 따라 변화하는 측정 신호의 분포 정보를 동시에 획득함으로써, 넓은 범위에 걸쳐 지속적인 감지, 장거리, 그리고 오랜 시간이 달성될 수 있습니다.

현재, 분산 광섬유 센서의 주요 유형에는 간섭계 광섬유 센서가 포함됩니다., 광섬유 브래그 격자 센서, 등. 엔지니어링 응용 분야, 분산 광섬유 감지 기술은 중단 없이 대상 물체의 힘 변화를 지속적이고 동적으로 모니터링할 수 있습니다., 결과 모니터링에 있어 높은 정확성과 강력한 간섭 방지 능력을 갖추고 있습니다..

광섬유 센서의 응용

광섬유 센서는 광범위한 감지 물리량을 달성할 수 있으며 다양한 외부 매개변수를 측정할 수 있습니다.. 그 중, 온도 측정 애플리케이션, 배수량, 가스는 특히 눈에 띄고 다양한 산업 분야에서 널리 사용됩니다., 매우 넓은 시장과 전망을 가진.

1. 광섬유 온도 센서

2. 광섬유 변위 센서.

3. 광섬유 가스 센서.

지난 20년 동안, 기술시설의 발달로, 광섬유 고유의 특성을 기반으로 한 광섬유 센서가 널리 사용되고 있습니다.. 광섬유 센서는 계속해서 발전할 것입니다., 사회 발전과 사람들의 삶의 다양한 측면에 영향을 미칩니다.. 게다가, 특수 분야의 광섬유 센서의 핵심 기술과 응용에 주목해야 합니다.. 1990년대, 외국에서는 원자력 발전소에 광섬유 센서를 적용하는 연구를 진행했습니다.. 광섬유 센서는 원자력 발전소의 다양한 매개변수 측정을 포괄할 수 있습니다.. 이론적으로는, 광섬유 센서의 장점을 최대한 활용하기 위해 전체 광섬유 감지 시스템을 구성할 수 있습니다., 높은 정확도와 같은, 소형화, 분산 전자기 간섭 방지, 그리고 본질적인 안전. 미래에, 자동화 애플리케이션의 요구 사항을 충족하기 위해, 광섬유 무선 센서 네트워크 기술은 자동화 달성의 핵심입니다. 실시간 모니터링을 달성할 수 있습니다., 자동화된 생산을 달성하는 데 도움이 되는 것입니다.. 광섬유 무선 센서는 광범위한 응용 가능성을 갖습니다..

광섬유 온도 센서, 지능형 모니터링 시스템, 중국의 분산광섬유 제조업체