Fiber optik sensörlerin sınıflandırma prensibi ve özellikleri-INNO

Fiber optik sensörler anti elektromanyetik girişimin avantajlarına sahiptir, güçlü kaza direnci, minyatürleştirme, ve yüksek doğruluk. Fiber optik sensörlerin daha fazla endüstride uygulanmasını teşvik etmek, Fiber optik sensörlerin araştırma süreci özetlendi. FJINO, fiber optik sensörlerin temel bileşenlerini ve ilkelerini tanıttı, ve fiber optik sensörlerin sınıflandırma özelliklerini özetledi. Optik fiberlerin sensörlerdeki rolüne göre, işlevsel olarak ayrılabilirler (tüm elyaf) fiber optik sensörler, iletim tipi fiber optik sensörler, ve pikap tipi fiber optik sensörler. Işık dalgalarının modülasyon yöntemine göre, yoğunluk modülasyon tipi fiber optik sensörlere ayrılabilir, frekans modülasyonlu tip fiber optik sensörler, dalga boyu modülasyonlu tip fiber optik sensörler, faz modülasyonlu tip fiber optik sensörler, ve polarizasyon modülasyonlu tip fiber optik sensörler. Sensör hedeflerinin dağılımına göre, nokta tipi fiber optik sensörlere ayrılabilir, yarı dağıtılmış fiber optik sensörler, ve dağıtılmış fiber optik sensörler. Fiber optik sensörler sıcaklık alanında geniş bir uygulama alanına sahiptir., yer değiştirme, ve gaz ölçümü, ve fiber optik sensörlerin gelecekteki gelişim eğilimi güçlü bir yön göstermektedir.

Sensörler insanların günlük yaşamlarında yaygın olarak kullanılmaktadır.. Yeni nesil iletim ortamı optik fiberlerinin ortaya çıkmasıyla birlikte, sensörler daha da gelişti ve fiber optik sensörler ortaya çıktı. Fiber optik sensörlerin hızlı gelişimi 2000'lerde başladı. 1977 ve bu güne kadar giderek olgunlaştı. Bu yeni teknolojinin etkisi şu anda oldukça belirgindir ve insanlığın bilişimleşme sürecinin önemli işaretlerinden biridir.. Fiber optik, uzaktan iletim için uygun ve geniş bir izleme aralığına sahip mükemmel hassas bir bileşendir; ikinci olarak, optik fiberlerin hacmi küçüktür, hafif, ve optik sinyal iletiminde elektromanyetik girişime ve radyasyona direnebilir, yanıcı maddeler gibi zorlu ortamlarda izlemeye uygun hale getirir, patlayıcı, ve elektromanyetik girişim. Öyleyse, Fiber optik sensörler çeşitli alanlarda araştırılmış ve uygulanmıştır., sensör endüstrisinde lider olmak.

Bu makale esas olarak fiber optik sensörlerin temel bileşenlerini ve prensiplerini tanıtmaktadır., ve fiber optik sensörlerin farklı sınıflandırma yöntemlerine göre sınıflandırılmasını detaylandırıyor, ve bunların sıcaklıktaki uygulamaları, yer değiştirme, ve gaz. Nihayet, Fiber optik sensörlerin gelecekteki gelişim eğilimleri tartışılıyor.

Fiber Optik Sensör Prensibi

Fiber optik Sensörler ölçülen bilgiyi ölçülebilir optik sinyallere dönüştürmek için kullanılır, ve temel yapıları bir ışık kaynağından oluşur, hassas bileşenler, fiber optik ve fotodetektör, ve sinyal işleme sistemi. Fiber optik sensörler bilgi modülasyonu ve demodülasyon fonksiyonlarına sahiptir. Fiber optik sensördeki optik parametrelerin modüle edildiği kısma modülasyon bölgesi denir., ve fotodetektör ve sinyal işleme kısmına demodülasyon bölgesi adı verilir. Işık kaynağı tarafından yayılan ışık optik fibere bağlandığında ve fiber üzerinden modülasyon bölgesine girdiğinde, optik özellikleri değişir (yoğunluk gibi, sıklık, dalga boyu, faz, kutuplaşma durumu, vesaire.) modülasyon bölgesinde ölçülen ışığın etkisinden dolayı, modüle edilmiş sinyal ışığı haline geliyor. Optik fiberler aracılığıyla fotodedektöre iletildikten sonra, fotodetektör gelen optik sinyali alır ve bir elektrik sinyali çıkışı sağlamak için fotoelektrik dönüşüm gerçekleştirir. Nihayet, sinyal işleme sistemi, ölçülen ilgili parametreleri elde etmek için elektrik sinyalini işler, bu demodülasyondur.

Fiber Optik Sensörlerin Sınıflandırılması

Optik fiberlerin sensörlerdeki rolüne göre sınıflandırılır

Fiber optiğin sensörlerdeki rolüne göre, Fiber optik sensörler fonksiyonel fiber optik sensörlere ayrılabilir, iletim fiber optik sensörleri, ve pikap fiber optik sensörler.

① Fonksiyonel fiber optik sensör.

Fonksiyonel fiber optik sensörler, tüm fiber optik sensörler olarak da bilinir, ışık kaynağının verici fiberi ile ışık detektörünün alıcı fiberini birleştiren sürekli bir optik fiberden oluşur. İki işlevi var: iletim ve algılama. Ölçülen parametreler, optik fiberin belirli iletim karakteristik parametrelerinin doğrudan değiştirilmesiyle modüle edilir. Bu tip sensörler kompakt bir yapıya ve yüksek hassasiyete sahiptir., ancak özel optik fiberlerin ve gelişmiş algılama teknolojilerinin kullanılmasını gerektirir, fiber optik jiroskoplar gibi, fiber optik hidrofonlar, vesaire.

② Işığı iletmek için fiber optik sensör.

İletim tipi fiber optik sensörün optik fiberi yalnızca ışık dalgalarını iletme rolünü oynar, ve modülasyon bölgesi optik fiberin dışındadır. Verici fiber ve alıcı fiber sürekliliğe sahip değildir. Prensip, ışığın harici modülasyon cihazına ışınlandığında ölçülen parametre tarafından modüle edilmesidir. (hassas eleman). Bu tip sensörün avantajları basit yapısıdır., düşük maliyetli, ve kolay uygulama, ancak hassasiyeti fonksiyonel fiber optik sensörlerden daha düşüktür. Piyasada bulunan fiber optik sensörlerin çoğu şu anda iletim tipi fiber optik sensörlere aittir..

③ Pickup tipi fiber optik sensör.

Pikap tipi fiber optik sensör, ölçülen nesnenin yaydığı ışığı veya onun yansıttığı veya saçtığı ışığı almak ve bunu fotodetektöre iletmek için optik fiberleri prob olarak kullanır.. Sinyal işlemeden sonra, ölçülen parametre elde edilir. Fiber lazer Doppler hız ölçer, tipik bir pikap tipi fiber sensördür. Ölçebildiği akışkanın bulanıklığı en az 5 daha önce ölçülen sıvılardan kat kat daha yüksek, Opak sıvıların yerel hızının ölçülmesini sağlamak. Ek olarak, Doppler hız ölçerler trenlerin hızını ölçmek için de kullanılır. Yansıtıcı fiber optik sıcaklık sensörleri aynı zamanda pikap tipi fiber optik sensörlerin temsilcilerinden biridir..

Işık dalgası modülasyonu yöntemiyle sınıflandırılmıştır

Dış sinyallerle modüle edilen ışık dalgalarının fiziksel karakteristik parametrelerindeki değişikliklere göre, Fiber optik sensörler beş tipe ayrılabilir: yoğunluk modülasyonlu fiber optik sensörler, faz modülasyonlu fiber optik sensörler, frekans modülasyonlu fiber optik sensörler, dalga boyu modülasyonu fiber optik sensörler, ve polarizasyon modülasyonlu fiber optik sensörler.

① Yoğunluk modülasyonlu fiber optik sensör.

Yoğunluk modülasyonu, fiber optik algılamada nispeten basit ve yaygın olarak kullanılan bir modülasyon yöntemidir.. Temel prensip, ölçülen parametrenin, ışık yoğunluğunu değiştirmek için optik fiberde iletilen ışığı modüle etmesidir., ve ardından ışık yoğunluğundaki değişikliği tespit ederek ölçülen parametreyi ölçer (yani. demodülasyon). Yoğunluk modülasyonlu fiber optik sensörlerin çoğu, yansıtıcı yoğunluk modülasyonuna dayanmaktadır.. Bu tip sensörler basit bir yapıya sahiptir, düşük maliyetli, ve uygulaması kolaydır, ancak ışık kaynağı yoğunluğundaki dalgalanmalara karşı hassastır. Yoğunluk ayarlı fiber optik sensörlerin geliştirilmesi ve uygulanması daha erken başladı, ve son yıllarda, araştırma sürekli çığır açıcı ve yenilikçi olmuştur.

② Frekans modülasyonlu fiber optik sensör.

Optik frekans modülasyonu, bir optik fiberde iletilen ışığın frekansının ölçülen parametreye göre modülasyonunu ifade eder., ve ölçülen parametrenin frekans ofseti aracılığıyla tespiti. şu anda, Frekans modülasyonlu fiber optik sensörler çoğunlukla yer değiştirme ve hızı ölçmek için kullanılır.

③ Dalga boyu modülasyonlu fiber optik sensör.

Ölçülen sinyal, frekans seçimi yoluyla iletilen ışığın dalga boyunu değiştirir, filtreleme, ve diğer yöntemler, buna optik dalga boyu modülasyonu denir. Geleneksel optik dalga boyu modülasyonlu fiber sensörler, imleç efektine dayalı kademeli fiber interferometre sıcaklık sensörlerini içerir. Bu sensörün sıcaklık ölçüm aralığı küçük olmasına rağmen, muazzam hassasiyeti belirli özel gereksinimleri karşılamasını sağlar, hassas sıcaklık kontrolü gerektiren bilimsel aletler gibi. Işık kaynaklarının ve spektrum analizörlerinin performansı, fiber optik dalga boyu algılama teknolojisini büyük ölçüde etkiler. Son yıllarda fiber Bragg ızgara sensörlerinin hızlı gelişimi, fonksiyonel optik dalga boyu modülasyon sensörlerinin uygulama aralığını genişletti.

④ Faz modülasyonlu fiber optik sensör.

Faz modülasyonlu fiber optik sensörlerin temel prensibi, ölçülen parametrenin hassas eleman üzerindeki etkisi altında olmasıdır., hassas elemanın kırılma indisi veya yayılma sabiti değişir, İletilen ışığın fazında bir değişikliğe neden olmak. Daha sonra, Ölçülen parametreyi elde etmek amacıyla bu faz değişimini tespit etmek için bir interferometre kullanılır. Bu tip sensörler yüksek hassasiyet avantajlarına sahiptir., hızlı yanıt, ve geniş dinamik ölçüm aralığı, ancak ışık kaynağı ve algılama sistemi için yüksek hassasiyet gerektirir.

⑤ Polarizasyon modülasyon tipi fiber optik sensör.

Polarizasyon modülasyonlu fiber optik sensörler ışık kaynağı yoğunluğundan etkilenmez, basit bir yapıya sahip, ve yüksek hassasiyet. Faraday etkisini kullanan akım sensörü ana uygulama alanlarından biridir..

Hedef dağılıma göre sınıflandır

Tespit hedeflerinin dağılımına göre, sensörler nokta tipi fiber optik sensörlere ayrılabilir, yarı dağıtılmış fiber optik sensörler, ve dağıtılmış fiber optik sensörler.

① Nokta tipi fiber optik sensör.

Nokta tipi fiber optik sensörler yalnızca belirli bir noktadaki fiziksel büyüklükleri algılayabilir, ve fiber optik sensöre yalnızca son derece küçük bir hassas eleman bağlanmıştır, genellikle iletim tipi bir fiber optik sensör. Bu tip sensörün avantajları ve dezavantajları açıktır., yüksek algılama performansına sahip, ancak test edilen nesne üzerinde çok noktalı dağıtım algılaması gerçekleştiremez.

② Yarı dağıtılmış fiber optik sensör.

Yarı dağıtılmış fiber optik sensörler, hedefler üzerinde aynı anda çok noktalı algılama gerçekleştirebilir, fiber optik kabloya bağlı çok noktalı tip fiber optik sensörlerle. Yarı dağıtılmış fiber optik sensörlerin tipik uygulama durumları arasında fiber optik hidrofon dizileri bulunur [24] ve fiber optik ızgara dizisi sensörleri.

Yarı dağıtılmış fiber optik sensörlerin avantajı, eş zamanlı çok noktalı algılama gerçekleştirebilme yeteneğidir., Fiber optik algılamada önemli bir gelişme trendi olan bu. Fakat, mevcut yarı dağıtılmış fiber optik sensörler tarafından aynı anda algılanabilen noktaların sayısı sınırlıdır.

③ Dağıtılmış fiber optik sensörler.

Dağıtılmış bir fiber optik sensörün fiber optik kablosunun tamamı hassas bir bileşendir. Fiber optik kablo hem bir sensör hem de sinyallerin iletilmesi için bir ortamdır, ve yapıların gerinim dağılımını tespit etmek için uygundur. Örneğin, inşaat mühendisliğinde uygulanan büyük yapılarda, yer değiştirme gibi önemli parametreler, yapının iç veya yüzey gerilimi hızlı ve tahribatsız bir şekilde ölçülebilir. Optik dalga parametrelerinin fiber optik kablo boyunca dağılımına dayanır, ve eşzamanlı olarak algılayıcı fiber bölgesinde zamana ve mekana göre değişen ölçülen sinyalin dağılım bilgisinin elde edilmesiyle, geniş bir aralıkta sürekli algılama, uzun mesafe, ve uzun süre elde edilebilir.

şu anda, Dağıtılmış fiber optik sensörlerin ana türleri arasında interferometrik fiber optik sensörler bulunur, Fiber Bragg ızgara sensörleri, vesaire. Mühendislik uygulamalarında, dağıtılmış fiber optik algılama teknolojisi, hedef nesnelerin kuvvet değişikliklerini kesintisiz ve dinamik olarak izleyebilir, Sonuçların izlenmesinde yüksek doğruluk ve güçlü anti-parazit yeteneği ile.

Fiber Optik Sensörlerin Uygulaması

Fiber optik sensörler çok çeşitli fiziksel büyüklükleri ölçebilir ve birçok harici parametreyi ölçebilir. Aralarında, sıcaklık ölçüm uygulamaları, yer değiştirme, ve gaz özellikle öne çıkıyor ve çeşitli endüstrilerde yaygın olarak kullanılıyor, çok geniş bir pazara ve beklentilere sahip.

1. Fiber optik sıcaklık sensörü

2. Fiber optik yer değiştirme sensörü.

3. Fiber optik gaz sensörü.

Son yirmi yılda, teknolojik imkanların gelişmesiyle, Optik fiberlerin doğal özelliklerine dayanan fiber optik sensörler yaygın olarak kullanılmaktadır.. Fiber optik sensörler gelişmeye devam edecek, Sosyal gelişimi ve insanların yaşamlarının çeşitli yönlerini etkileyen. Ek olarak, Fiber optik sensörlerin özel alanlardaki temel teknolojileri ve uygulamalarına dikkat edilmelidir.. 1990'larda, yabancı ülkeler nükleer santrallerde fiber optik sensörlerin uygulanması konusunda araştırmalar yaptı. Fiber optik sensörler nükleer santrallerde çeşitli parametrelerin ölçümünü kapsayabilir. Teorik olarak, Fiber optik sensörlerin avantajlarından tam olarak yararlanmak için tamamen fiber optik bir algılama sistemi oluşturulabilir, yüksek doğruluk gibi, minyatürleştirme, dağıtılmış anti elektromanyetik girişim, ve içsel güvenlik. Gelecekte, otomasyon uygulamalarının gereksinimlerini karşılamak amacıyla, Fiber optik kablosuz sensör ağı teknolojisi, otomasyona ulaşmanın anahtarıdır. Gerçek zamanlı izleme elde edebilir, otomatik üretime ulaşmaya yardımcı olan. Fiber optik kablosuz sensörler geniş uygulama olanaklarına sahip olacak.