Classificatieprincipe en kenmerken van glasvezelsensoren-INNO

Glasvezelsensoren hebben de voordelen van anti-elektromagnetische interferentie, sterke ongevallenbestendigheid, miniaturisatie, en hoge nauwkeurigheid. Om de toepassing van glasvezelsensoren in meer industrieën te bevorderen, de onderzoeksvoortgang van glasvezelsensoren is samengevat. FJINO introduceerde de basiscomponenten en principes van glasvezelsensoren, en vatte de classificatiekenmerken van glasvezelsensoren samen. Volgens de rol van optische vezels in sensoren, ze kunnen worden onderverdeeld in functioneel (allemaal vezels) optische vezelsensoren, transmissietype optische vezelsensoren, en optische vezelsensoren van het pick-uptype. Volgens de modulatiemethode van lichtgolven, het kan worden onderverdeeld in glasvezelsensoren van het intensiteitsmodulatietype, glasvezelsensoren van het frequentiemodulatietype, glasvezelsensoren van het type golflengtemodulatie, glasvezelsensoren van het fasemodulatietype, en glasvezelsensoren van het polarisatiemodulatietype. Volgens de verdeling van sensordoelen, het kan worden onderverdeeld in punttype glasvezelsensoren, quasi gedistribueerde glasvezel sensoren, en gedistribueerde glasvezelsensoren. Glasvezelsensoren hebben een breed scala aan toepassingen op het gebied van temperatuur, verplaatsing, en gasmeting, en de toekomstige ontwikkelingstrend van glasvezelsensoren vertoont een sterke richting.

Sensoren worden op grote schaal gebruikt in het dagelijks leven van mensen. Met de opkomst van een nieuwe generatie optische vezels voor transmissiemedia, sensoren zijn verder ontwikkeld en glasvezelsensoren zijn ontstaan. De snelle ontwikkeling van glasvezelsensoren begon in 1977 en is tot op de dag van vandaag steeds volwassener geworden. De impact van deze nieuwe technologie is momenteel zeer duidelijk en is een van de belangrijke tekenen van het menselijke informatiseringsproces. Glasvezel is een uitstekend gevoelig onderdeel dat geschikt is voor transmissie op afstand en een breed monitoringbereik heeft; Ten tweede, optische vezels hebben een klein volume, lichtgewicht, en is bestand tegen elektromagnetische interferentie en straling bij optische signaaloverdracht, waardoor ze geschikt zijn voor monitoring in zware omgevingen, zoals ontvlambare omgevingen, explosief, en elektromagnetische interferentie. Daarom, glasvezelsensoren zijn op verschillende gebieden onderzocht en toegepast, een leider worden in de sensorindustrie.

Dit artikel introduceert voornamelijk de basiscomponenten en principes van glasvezelsensoren, en beschrijft de classificatie van glasvezelsensoren volgens verschillende classificatiemethoden, evenals hun toepassingen in temperatuur, verplaatsing, en gas. Eindelijk, de toekomstige ontwikkelingstrends van glasvezelsensoren worden besproken.

Principe van glasvezelsensor

Glasvezel sensoren worden gebruikt om gemeten informatie om te zetten in meetbare optische signalen, en hun basisstructuur bestaat uit een lichtbron, gevoelige componenten, glasvezel en fotodetector, en signaalverwerkingssysteem. Glasvezelsensoren hebben informatiemodulatie- en demodulatiefuncties. Het deel waar de optische parameters in de glasvezelsensor worden gemoduleerd, wordt de modulatiezone genoemd, en de fotodetector en het signaalverwerkingsgedeelte worden de demodulatiezone genoemd. Wanneer het door de lichtbron uitgezonden licht in de optische vezel wordt gekoppeld en via de vezel de modulatiezone binnengaat, de optische eigenschappen veranderen (zoals intensiteit, frequentie, golflengte, fase, polarisatie staat, enz.) door de invloed van het gemeten licht in de modulatiezone, het gemoduleerde signaallicht worden. Nadat het via optische vezels naar de fotodetector is verzonden, de fotodetector ontvangt het binnenkomende optische signaal en voert een foto-elektrische conversie uit om een elektrisch signaal uit te voeren. Eindelijk, het signaalverwerkingssysteem verwerkt het elektrische signaal om de relevante gemeten parameters te verkrijgen, dat is demodulatie.

Classificatie van glasvezelsensoren

Ingedeeld op basis van de rol van optische vezels in sensoren

Volgens de rol van glasvezel in sensoren, glasvezelsensoren kunnen worden onderverdeeld in functionele glasvezelsensoren, transmissie glasvezelsensoren, en optische glasvezelsensoren.

① Functionele glasvezelsensor.

Functionele glasvezelsensoren, ook wel bekend als alle glasvezelsensoren, bestaan uit een continue optische vezel die de emitterende vezel van de lichtbron en de ontvangende vezel van de lichtdetector koppelt. Ze hebben twee functies: transmissie en detectie. De gemeten parameters worden gemoduleerd door bepaalde transmissiekarakteristieke parameters van de optische vezel direct te veranderen. Dit type sensor heeft een compacte structuur en een hoge gevoeligheid, maar vereist het gebruik van speciale optische vezels en geavanceerde detectietechnologieën, zoals glasvezelgyroscopen, glasvezel hydrofoons, enz.

② Optische vezelsensor voor het verzenden van licht.

De optische vezel van de glasvezelsensor van het transmissietype speelt alleen de rol van het verzenden van lichtgolven, en het modulatiegebied ervan ligt buiten de optische vezel. De zendende vezel en de ontvangende vezel hebben geen continuïteit. Het principe is dat het licht wordt gemoduleerd door de gemeten parameter wanneer het op het externe modulatieapparaat wordt bestraald (gevoelig element). De voordelen van dit type sensor zijn de eenvoudige structuur, lage kosten, en eenvoudige implementatie, maar de gevoeligheid ervan is lager dan die van functionele glasvezelsensoren. De meeste in de handel verkrijgbare glasvezelsensoren behoren momenteel tot de glasvezelsensoren van het transmissietype.

③ Neem het type glasvezelsensor op.

De glasvezelsensor van het pick-uptype gebruikt optische vezels als sondes om licht te ontvangen dat wordt uitgestraald door het gemeten object of licht dat erdoor wordt gereflecteerd of verstrooid, en dit door te geven aan de fotodetector. Na signaalverwerking, de gemeten parameter wordt verkregen. Vezellaser Doppler-snelheidsmeter is een typische vezelsensor van het pickup-type. De troebelheid van de vloeistof die het kan meten is minimaal 5 keer hoger dan die van eerder gemeten vloeistoffen, het bereiken van de meting van de lokale snelheid van ondoorzichtige vloeistoffen. In aanvulling, Dopplersnelheidsmeters worden ook gebruikt voor het meten van de snelheid van treinen. Reflecterende glasvezeltemperatuursensoren zijn ook een van de vertegenwoordigers van glasvezelsensoren van het pick-uptype.

Geclassificeerd volgens de lichtgolfmodulatiemethode

Volgens de veranderingen in de fysieke karakteristieke parameters van lichtgolven gemoduleerd door externe signalen, glasvezelsensoren kunnen worden onderverdeeld in vijf typen: intensiteitsmodulatie glasvezelsensoren, fasemodulatie glasvezelsensoren, frequentiemodulatie glasvezelsensoren, golflengtemodulatie glasvezelsensoren, en polarisatiemodulatie glasvezelsensoren.

① Intensiteitsgemoduleerde glasvezelsensor.

Intensiteitsmodulatie is een relatief eenvoudige en veelgebruikte modulatiemethode bij glasvezeldetectie. Het basisprincipe is dat de gemeten parameter het doorgelaten licht in de optische vezel moduleert om de lichtintensiteit te veranderen, en meet vervolgens de gemeten parameter door de verandering in lichtintensiteit te detecteren (d.w.z. demodulatie). De meeste intensiteitsgemoduleerde glasvezelsensoren zijn gebaseerd op reflectieve intensiteitsmodulatie. Dit type sensor heeft een eenvoudige structuur, lage kosten, en is eenvoudig te implementeren, maar het is gevoelig voor schommelingen in de intensiteit van de lichtbron. De ontwikkeling en toepassing van intensiteitsgemoduleerde glasvezelsensoren begon al eerder, en de afgelopen jaren, onderzoek is voortdurend aan het doorbreken en innoveren.

② Frequentiegemoduleerde glasvezelsensor.

Optische frequentiemodulatie verwijst naar de modulatie van de frequentie van het doorgelaten licht in een optische vezel door de gemeten parameter, en de detectie van de gemeten parameter via frequentie-offset. Momenteel, Frequentiegemoduleerde glasvezelsensoren worden meestal gebruikt om verplaatsing en snelheid te meten.

③ Golflengtegemoduleerde glasvezelsensor.

Het gemeten signaal verandert de golflengte van het doorgelaten licht door middel van frequentieselectie, filteren, en andere methoden, wat optische golflengtemodulatie wordt genoemd. Traditionele vezelsensoren met optische golflengtemodulatie omvatten gecascadeerde vezelinterferometer-temperatuursensoren op basis van het cursoreffect. Hoewel het temperatuurmeetbereik van deze sensor klein is, door zijn enorme gevoeligheid kan hij aan bepaalde bijzondere eisen voldoen, zoals wetenschappelijke instrumenten die nauwkeurige temperatuurregeling vereisen. De prestaties van lichtbronnen en spectrumanalysatoren hebben een grote invloed op de golflengtedetectietechnologie van glasvezel. De snelle ontwikkeling van glasvezel-Bragg-roostersensoren in de afgelopen jaren heeft het toepassingsbereik van functionele optische golflengtemodulatiesensoren uitgebreid.

④ Fasegemoduleerde glasvezelsensor.

Het basisprincipe van fasemodulatie glasvezelsensoren is dat onder invloed van de gemeten parameter op het gevoelige element, de brekingsindex of voortplantingsconstante van het gevoelige element verandert, waardoor een verandering in de fase van het doorgelaten licht ontstaat. Dan, een interferometer wordt gebruikt om deze faseverandering te detecteren om de gemeten parameter te verkrijgen. Dit type sensor heeft de voordelen van een hoge gevoeligheid, snelle reactie, en groot dynamisch meetbereik, maar het vereist een hoge nauwkeurigheid van de lichtbron en het detectiesysteem.

⑤ Glasvezelsensor van het polarisatiemodulatietype.

Polarisatiemodulatie glasvezelsensoren worden niet beïnvloed door de intensiteit van de lichtbron, hebben een eenvoudige structuur, en hoge gevoeligheid. De stroomsensor die gebruik maakt van het Faraday-effect is een van de belangrijkste toepassingsgebieden.

Classificeer op doelverdeling

Volgens de verdeling van detectiedoelen, sensoren kunnen worden onderverdeeld in punttype glasvezelsensoren, quasi gedistribueerde glasvezelsensoren, en gedistribueerde glasvezelsensoren.

① Punttype glasvezelsensor.

Punttype glasvezelsensoren kunnen alleen op een bepaald punt fysieke grootheden waarnemen, en er is slechts één extreem klein gevoelig element verbonden met de glasvezelsensor, meestal een glasvezelsensor van het transmissietype. De voor- en nadelen van dit type sensor liggen voor de hand, met hoge detectieprestaties, maar het kan geen multi-point distributiedetectie uitvoeren op het object dat wordt getest.

② Quasi gedistribueerde glasvezelsensor.

Quasi gedistribueerde glasvezelsensoren kunnen tegelijkertijd meerpuntsdetectie op doelen uitvoeren, met meerdere punttype glasvezelsensoren aangesloten op de glasvezelkabel. Typische toepassingsgevallen van quasi gedistribueerde glasvezelsensoren omvatten glasvezelhydrofoonarrays [24] en glasvezelrooster-arraysensoren.

Het voordeel van quasi gedistribueerde glasvezelsensoren is de mogelijkheid om gelijktijdige meerpuntsdetectie uit te voeren, wat een belangrijke ontwikkelingstrend is op het gebied van glasvezeldetectie. Echter, het aantal punten dat gelijktijdig kan worden waargenomen door de huidige quasi gedistribueerde glasvezelsensoren is beperkt.

③ Gedistribueerde glasvezelsensoren.

De gehele glasvezelkabel van een gedistribueerde glasvezelsensor is een gevoelig onderdeel. De glasvezelkabel is zowel een sensor als een medium voor het verzenden van signalen, en is geschikt voor het detecteren van de spanningsverdeling van constructies. Bijvoorbeeld, in grote constructies toegepast in de civiele techniek, belangrijke parameters zoals verplaatsing, interne of oppervlaktespanning van de constructie kan snel en niet-destructief worden gemeten. Gebaseerd op de verdeling van optische golfparameters langs de glasvezelkabel, en door gelijktijdig de distributie-informatie te verkrijgen van het gemeten signaal dat varieert met tijd en ruimte in het detectievezelgebied, continue detectie over een groot bereik, lange afstand, en lange tijd kan worden bereikt.

Momenteel, De belangrijkste typen gedistribueerde glasvezelsensoren omvatten interferometrische glasvezelsensoren, glasvezel Bragg-roostersensoren, enz. In technische toepassingen, gedistribueerde glasvezeldetectietechnologie kan continu en dynamisch de krachtveranderingen van doelobjecten zonder onderbreking monitoren, met hoge nauwkeurigheid en sterk anti-interferentievermogen bij het monitoren van resultaten.

Toepassing van glasvezelsensoren

Glasvezelsensoren kunnen een breed scala aan fysieke detectiegrootheden bereiken en kunnen veel externe parameters meten. Onder hen, de meettoepassingen voor temperatuur, verplaatsing, en gas zijn bijzonder prominent aanwezig en worden veel gebruikt in verschillende industrieën, met een zeer brede markt en vooruitzichten.

1. Glasvezel temperatuursensor

2. Glasvezel verplaatsingssensor.

3. Glasvezel gassensor.

In de afgelopen twee decennia, met de ontwikkeling van technologische faciliteiten, glasvezelsensoren gebaseerd op de inherente kenmerken van optische vezels worden op grote schaal gebruikt. Glasvezelsensoren zullen zich blijven ontwikkelen, die de sociale ontwikkeling en verschillende aspecten van het leven van mensen beïnvloeden. In aanvulling, Er moet aandacht worden besteed aan de sleuteltechnologieën en toepassingen van glasvezelsensoren op speciale gebieden. In de jaren negentig, Het buitenland deed onderzoek naar de toepassing van glasvezelsensoren in kerncentrales. Glasvezelsensoren kunnen de meting van verschillende parameters in kerncentrales bestrijken. In theorie, Er kan een volledig glasvezeldetectiesysteem worden geconstrueerd om de voordelen van glasvezelsensoren volledig te benutten, zoals hoge nauwkeurigheid, miniaturisatie, gedistribueerde anti-elektromagnetische interferentie, en intrinsieke veiligheid. In de toekomst, om te voldoen aan de eisen van automatiseringstoepassingen, glasvezel draadloze sensornetwerktechnologie is de sleutel tot automatisering. Het kan realtime monitoring realiseren, wat bevorderlijk is voor het bereiken van geautomatiseerde productie. Draadloze glasvezelsensoren zullen brede toepassingsmogelijkheden hebben.