Den fiberoptiska sensorn är en sensor som omvandlar det uppmätta objektets tillstånd till en mätbar ljussignal. Arbetsprincipen för den optiska fibernsensorn är att skicka ljusstrålen som infaller från ljuskällan till modulator via den optiska fibern och interagera med de externa uppmätta parametrarna i modulatorn för att göra de optiska egenskaperna för ljus som ljusintensitet, våglängd , frekvens, fas, polarisationstillstånd etc. Den ändras och blir en modulerad optisk signal, som sedan skickas till den optoelektroniska enheten genom den optiska fibern, och den uppmätta parametern erhålls efter demodulatorn. Under hela processen införs ljusstrålen genom den optiska fibern och avges sedan efter att ha passerat genom modulator. Den optiska fiberns funktion är först att sända ljusstrålen och för det andra att fungera som en optisk modulator.
Riktning av utveckling
Sensorer utvecklas i riktning mot känslighet, precision, anpassningsförmåga, kompakthet och intelligens. I denna process är fiberoptiska sensorer, en ny medlem i sensorfamiljen, mycket populära. Optisk fiber har många utmärkta egenskaper, såsom: anti-elektromagnetisk och atomisk strålningsstörningsprestanda, liten diameter, mjuka, lätta mekaniska egenskaper; isolering, icke-induktiva elektriska egenskaper; vattenbeständighet, hög temperaturbeständighet, korrosionsbeständighet, kemiska egenskaper, etc., Det kan spela rollen som mänskliga öron på platser som människor inte kan nå (t.ex. områden med hög temperatur) eller områden som är skadliga för människor (såsom kärnstrålningsområden ), och det kan också överskrida mänskliga fysiologiska gränser och ta emot mänskliga sinnen. Extern information som du inte kan känna.
Funktioner
1. På grund av användningen av prismer i reflektorn har den högre detekteringsprestanda och mer tillförlitlighet än allmänna reflekterande ljussensorer.
2. Jämfört med en separat ljuskontrollsensor är kretsanslutningen enklare och enklare.
3. Spännets inbyggda design gör installationen enklare
använda sig av
1. Används för överföring av digitala modeller som bredband via telefon och nätverk.
2. Passeringsstatus för sedlar, kort, mynt, passböcker etc. som används för varuautomater, finansiell terminalrelaterad utrustning och penningräknare
3. Används för produktpositionering, räkning och identifiering på automatiserad utrustning.
princip
Den grundläggande arbetsprincipen för den optiska fibernsensorn är att skicka ljuset från ljuskällan till modulator genom den optiska fibern. Efter att parametern som ska mätas samverkar med ljuset som kommer in i moduleringsområdet, ändras ljusets optiska egenskaper (såsom ljusintensitet, våglängd, frekvens, fas, polariseringsstatus osv.), Kallas modulerat signalljus och använd sedan påverkan av de uppmätta ljusöverföringsegenskaperna för att slutföra mätningen.
Det finns två mätprinciper för sensorer med optisk fiber.
(1) Principen för den fysiska egenskapstypsensorn. Den optiska fibergivaren av fysisk egenskap använder den optiska fiberns känslighet för miljöförändringar för att konvertera den fysiska ingångsmängden till en modulerad optisk signal. Dess arbetsprincip är baserad på den optiska moduleringseffekten av den optiska fibern, det vill säga när de yttre miljöfaktorerna som temperatur, tryck, elektriskt fält, magnetfält etc. ändras, dess ljusöverföringsegenskaper, såsom fas- och ljusintensitet , Kommer förändras.
Därför, om ljusfasen och ljusintensiteten kan ändras genom den optiska fibern, kan ändringen av den uppmätta fysiska kvantiteten vara känd. Denna typ av sensor kallas också en känslig elementtyp eller funktionell fiberoptisk sensor. Strålen från laserns punktljuskälla diffunderar i parallella vågor och delas in i två banor av en stråldelare, den ena är den optiska referensvägen och den andra är den optiska mätvägen. Externa parametrar (temperatur, tryck, vibrationer etc.) gör att fiberns längd förändras och fasens ljusfas förändras, vilket ger olika antal störningskanter. Genom att räkna dess lägesrörelse kan temperatur eller tryck mätas.
(2) Principen för den strukturerade optiska fibernsensorn. Den strukturerade optiska fibergivaren är ett mätsystem som består av ett ljusdetekteringselement (känsligt element), en optisk fiberöverföringsslinga och en mätkrets. Bland dem används den optiska fibern endast som överföringsmedium för ljus, så det kallas också den ljussändande eller icke-funktionella optiska fibergivaren
prestanda
Optisk fiber har många utmärkta egenskaper, såsom: anti-elektromagnetisk och atomisk strålningsstörningsprestanda, liten diameter, mjuka, lätta mekaniska egenskaper; isolering, icke-induktiva elektriska egenskaper; vattenbeständighet, hög temperaturbeständighet, korrosionsbeständighet, kemiska egenskaper etc. Det kan spela rollen som mänskliga öron på platser som är utom räckhåll eller skadliga för människor (såsom kärnstrålningsområden), och det kan också överskrida mänskliga fysiologiska gränser och ta emot det som inte kan kännas av mänskliga sinnen. Utanför information.
Funktioner
1. Hög känslighet;
2. Den geometriska formen är anpassningsbar i många aspekter och kan göras till sensorer av optisk fiber av vilken form som helst;
För det tredje kan den tillverka enheter som känner av olika fysiska uppgifter (akustisk, magnetisk, temperatur, rotation etc.);
4. Den kan användas i högspänning, elektrisk buller, hög temperatur, korrosion eller andra hårda miljöer;
För det femte och har den inneboende kompatibiliteten med telemetriteknik för optisk fiber.
Fördelen med sensor för optisk fiber är att jämfört med traditionella sensorer använder sensor för optisk fiber ljus som bärare av känslig information och optisk fiber som medium för överföring av känslig information. Den har egenskaperna hos optisk fiber och optisk mätning och har en rad unika fördelar. Bra elektrisk isoleringsprestanda, stark anti-elektromagnetisk störningsförmåga, icke-invasivitet, hög känslighet, lätt att förverkliga fjärrövervakning av den uppmätta signalen, korrosionsbeständighet, explosionssäker, flexibel ljusväg, lätt att ansluta till datorn.
Sensorn utvecklas i riktning mot känslighet, noggrannhet, anpassningsförmåga, kompakthet och intelligens. Den kan användas på platser där människor inte når (t.ex. områden med hög temperatur eller områden som är skadliga för människor, såsom kärnstrålningsområden). Det kan också överskrida människors fysiologiska gränser och ta emot extern information som inte kan kännas av mänskliga sinnen.
klassificering
Enligt moduleringsläget för objektet som testas kan det delas in i: intensitetsmodulering, polarisationsläge, fasläge och frekvensläge;
Beroende på om ljuset stör, kan det delas in i: störningstyp och icke-störningstyp;
Beroende på om mätningen kontinuerligt kan övervakas när avståndet ökar, kan den delas in i: distribuerad och punktbaserad;
Enligt den optiska fiberns roll i sensorer kan den delas in i: en typ är funktionella (Functional Fiber, förkortat FF) -sensorer, även kända som sensing sensorer; den andra är icke-funktionell (Non Functional Fibre, förkortad NFF), och den kallas en ljustransmissionssensor.
Fällbar funktionstyp
Den funktionella sensorn använder den optiska fiberns egenskaper för att använda den optiska fibern som ett känsligt element. Det uppmätta ljuset modulerar ljuset som överförs i den optiska fibern för att ändra det överförda ljusets intensitet, fas, frekvens eller polarisationstillstånd. Signalen demoduleras för att erhålla signalen som testas.
Den optiska fibern är inte bara ett ljusstyrmedium utan också ett känsligt element. Ljuset mäts och moduleras i den optiska fibern och multimode optisk fiber används mestadels.
Fördelar: kompakt struktur och hög känslighet.
Nackdelar: speciell optisk fiber krävs, hög kostnad,
Typiska exempel: fiberoptiska gyroskop, fiberoptiska hydrofoner etc.
Vikad icke-funktionell fibertyp
Icke-funktionella sensorer för optiska fibrer använder andra känsliga komponenter för att känna av de förändringar som mäts. Optiska fibrer används endast som informationsöverföringsmedia och optiska fibrer i enläge används ofta.
Den optiska fibern spelar bara en roll som styrande ljus, och ljuset på det känsliga elementet av optisk fiber typ moduleras av mätningen.
Fördelar: Optisk fiber kan användas för elektrisk isolering och dataöverföring, och signalen som sänds av optisk fiber påverkas inte av elektromagnetisk störning.
De flesta av de praktiska är icke-funktionella sensorer för optiska fibrer. AnyWay' s spänningssensor med variabel frekvens, strömavkännare med variabel frekvens och effektsensor med variabel frekvens (en kombination av spännings- och strömgivare) tillhör icke-funktionella optiska fibergivare, som har unika fördelar i effektmätning i komplexa elektromagnetiska miljöer.
Fiberoptiska sensorer är en ny teknik som har dykt upp de senaste åren. Den kan användas för att mäta en mängd olika fysiska kvantiteter, såsom ljudfält, elektriskt fält, tryck, temperatur, vinkelhastighet, acceleration etc., och kan också slutföra mätuppgifter som är svåra att slutföra med befintlig mätteknik. I ett litet utrymme, i en stark elektromagnetisk störning och högspänningsmiljö, har fiberoptiska sensorer visat unika möjligheter. Det finns mer än 70 typer av sensorer för optiska fibrer, som grovt är indelade i sensorer för optiska fibrer och sensorer som använder optiska fibrer.
Den så kallade optiska fibergivaren innebär att den optiska fibern i sig tar emot den externa mätningen. Den externa uppmätta fysiska kvantiteten kan orsaka att längden, brytningsindexet och diametern hos mätarmen ändras, så att ljuset som sänds i den optiska fibern förändras i amplitud, fas, frekvens, polarisation etc. Ljuset som sänds av mätarmen och referensarmens referenslampa stör varandra (jämfört), så att utgångsljusets fas (eller amplitud) ändras, och den uppmätta förändringen kan detekteras baserat på denna förändring. Fasen som överförs i den optiska fibern är mycket känslig för yttre påverkan, och den fysiska storleken som motsvarar den lilla fasförändringen på 10 minus 4 radian kan detekteras med hjälp av störningstekniken. Med användning av lindningsegenskaperna och den låga förlusten av den optiska fibern kan en mycket lång optisk fiber lindas i en optisk fiberspole med liten diameter för att öka utnyttjandelängden och erhålla högre känslighet.
Optisk fiber akustisk sensor är en sensor som använder sig av optisk fiber. När den optiska fibern utsätts för en mycket liten yttre kraft kommer den att böjas något och dess ljusöverföringsförmåga kommer att förändras kraftigt. Ljud är en slags mekanisk våg, och dess effekt på den optiska fibern är att tvinga den optiska fibern och producera böjning. Ljudets styrka kan erhållas genom böjning. Fiberoptiskt gyroskop är också ett slags fiberoptisk sensor. Jämfört med lasergyroskop har fiberoptiskt gyroskop hög känslighet, liten storlek och låg kostnad. Den kan användas i högpresterande tröghetsnavigeringssystem för flygplan, fartyg, missiler etc. Figuren visar principen för flödesmätare för fiberoptisk sensorturbin.
Fällt Bragg-galler
Fiber Bragg Grating Sensor (FBS) är en typ av fiberoptisk sensor med högsta frekvens och bredaste intervall. Denna typ av sensor kan ändra den reflekterade ljusvågens våglängd i enlighet med förändringen av omgivningstemperatur och / eller belastning. Fiber Bragg-galler används för att exponera en liten del av ljuskänslig fiber för ljusvågor med en periodisk fördelning av ljusintensitet genom holografisk interferometri eller fasmaskering. På detta sätt kommer det optiska brytningsindexet för den optiska fibern att ändras permanent beroende på intensiteten hos den bestrålade ljusvågen. De periodiska förändringarna i ljusets brytningsindex orsakade av denna metod kallas fiber Bragg-galler.
När en bredspektrumstråle förökas till fiber-Bragg-gallret, kommer varje litet segment av fibern efter att brytningsindexet ändrats endast att reflektera en specifik våglängd. Denna våglängd kallas Bragg-våglängden. Denna egenskap gör att Fiber Bragg-galler endast reflekterar ljusvågor med en specifik våglängd, medan ljusvågor med andra våglängder kommer att förökas.
Enligt den optiska fiberns roll i den optiska fibernsensorn kan den delas in i två typer: avkänningstyp och typ av ljustransmission.
Den optiska fibern av sensortypen sänder inte bara ljus utan fungerar också som en fotoelektrisk sensor. På grund av påverkan av den yttre miljön på själva den optiska fibern verkar den fysiska storleken som ska mätas på sensorn genom den optiska fibern, så att egenskaperna hos den optiska vågledaren (ljusintensitet, fas, polarisationstillstånd, våglängd etc.). ) är modulerade. Sensorer av optisk fibergivare delas vidare in i ljusfokuseringstyp, fasmoduleringstyp, vibrationstillståndsmodulationstyp och våglängdsmodulationstyp.
Vikta ljusöverföringsfibrer
Ljusöverföringstypens optiska fibergivare matar in den optiska signalen som moduleras av det uppmätta objektet i den optiska fibern och utför sedan mätningen genom att bearbeta den optiska signalen vid utgången. Denna typ av sensor har ett annat ljuskänsligt element som är känsligt för den fysiska mängden som ska mätas och den optiska fibern används endast som Ljusöverföringselementet måste fästas med ett känsligt element som kan modulera det ljus som överförs av den optiska fibern för att bilda en sensor element. Fiberoptiska sensorer kan delas in i tre typer: punktfiberoptiska sensorer, integrerade fiberoptiska sensorer och distribuerade fiberoptiska sensorer beroende på deras mätområde. Bland dem används distribuerade optiska fibergivare för att detektera töjningsfördelningen hos stora strukturer och kan snabbt och icke-destruktivt mäta förskjutningen, inre eller ytbelastning och andra viktiga parametrar i strukturen. De typer av fiberoptiska sensorer som används inom anläggningsteknik inkluderar främst Math-Zender interferometriska fiberoptiska sensorer, Fabry-pero-kavitetsfiberoptiska sensorer och Bragg-gittersensorer.
Den optiska fiberns sensorns lätthet, hållbarhet och långsiktiga stabilitet gör att den lätt kan appliceras på den inre spännings- och töjningsdetekteringen av olika byggmaterial, såsom stålkonstruktioner och betong. Realiserad hälsoinspektion av byggnadsstruktur.
En annan viktig kategori av fiberoptiska sensorer är användningen av fiberoptiska sensorer. Dess struktur är ungefär som följer: Sensorn är placerad i slutet av den optiska fibern, och den optiska fibern är bara en överföringsledning av ljus som omvandlar den uppmätta fysiska storleken till ljusets amplitud, fas eller amplitud. I detta sensorsystem kombineras den traditionella sensorn och den optiska fibern. Införandet av optisk fiber gör det möjligt att förverkliga sondbaserad telemetri. Denna optiska fiberöverföringssensor har ett brett användningsområde och är lätt att använda, men dess noggrannhet är något lägre än för den första typen av sensor.
Optisk fiber är en stigande stjärna i sensorfamiljen. Det används ofta på grund av den optiska fiberns utmärkta prestanda. Det är en slags sensor som är värt att notera i produktionsutövningen.
Fiberoptiska sensorer har blivit en stigande stjärna i sensorfamiljen på grund av sina många fördelar och spelar sin egen unika roll i olika mätningar och blir en oumbärlig medlem i sensorfamiljen.
Ansökan
Isolerad från smuts, magnetism, ljud, tryck, temperatur, acceleration, gyro, förskjutning, vätskenivå, vridmoment, fotoakustisk, ström, optisk fiber sensor kan användas för förskjutning, vibrationer, rotation, tryck, böjning, töjning, hastighet, acceleration, ström, magnetfält, spänning, fuktighet, temperatur, ljudfält, flöde, koncentration, PH-värde och töjningsmätning. Sensorer för optiska fibrer har ett brett spektrum av applikationer som involverar nästan alla viktiga områden i den nationella ekonomin och det nationella försvaret och människors vardag. De kan användas säkert och effektivt i tuffa miljöer. De löser många tekniska problem som har funnits i många branscher under många år. Marknadens efterfrågan. Framträder främst i följande applikationer:
Tillämpning av interferometriska gyroskop och givartrycksensorer i broar, dammar, oljefält etc. i stadsbyggande. Optiska fibergivare kan vara inbäddade i betong, kolfiberförstärkt plast och olika kompositmaterial för att testa spänningsavslappning, konstruktionsspänning och dynamisk belastningsspänning för att utvärdera broens strukturella prestanda under den korta byggfasen och den långa drifttillstånd.
I kraftsystemet är det nödvändigt att mäta temperatur, ström och andra parametrar, såsom temperaturdetektering i stator och rotor hos högspänningstransformatorer och stora motorer. Eftersom elektriska sensorer är känsliga för störningar i elektromagnetiska fält kan de inte användas vid sådana tillfällen. Fiberoptisk sensor. Distribuerad optisk fiber temperatursensor är en högteknologisk utvecklad under senare år för realtidsmätning av rumslig temperaturfältfördelning. Distribuerat optiskt fibertemperaturavkänningssystem har inte bara fördelarna med vanliga optiska fibersensorer utan har också förmågan att mäta temperaturen på olika punkter längs den optiska fibern. Med sin distribuerade avkänningsförmåga kan vi kontinuerligt mäta temperaturen på olika punkter inom några kilometer längs den optiska fibern i realtid. Positioneringsnoggrannheten kan nå storleken på meter och mätnoggrannheten kan nå nivån 1 grad. Det är mycket lämpligt för storskalig mätning av korsningstemperatur. Ansökan tillfällen.
Dessutom kan sensorer med optiska fibrer också användas vid järnvägsövervakning, raketframdrivningssystem och detektering av oljebrunn.
Optisk fiber har de anmärkningsvärda fördelarna med bredband, stor kapacitet, långdistansöverföring och avkänning med flera parametrar, distribuerad och låg energiförbrukning. Optisk fiberavkänning kan fortsätta att absorbera ny teknik och anordningar för optisk fiberkommunikation, och olika optiska fibergivare förväntas användas i stor utsträckning inom sakernas internet.
