سنسور فیبر نوری حسگری است که حالت جسم اندازه گیری شده را به سیگنال نوری قابل اندازه گیری تبدیل می کند. اصل کار سنسور فیبر نوری ارسال پرتوی نور از منبع نور به مدولاتور از طریق فیبر نوری و تعامل با پارامترهای اندازه گیری شده خارجی در تعدیل کننده برای ایجاد خصوصیات نوری نور مانند شدت نور ، طول موج است. ، فرکانس ، فاز ، حالت قطبش و غیره تغییر می کند و به یک سیگنال نوری تعدیل شده تبدیل می شود ، سپس از طریق فیبر نوری به دستگاه اپتوالکترونیک ارسال می شود و پارامتر اندازه گیری شده پس از مدولاتور بدست می آید. در کل فرآیند ، پرتو نور از طریق فیبر نوری معرفی شده و پس از عبور از مدولاتور ساطع می شود. عملکرد فیبر نوری ابتدا انتقال پرتوی نور است ، و دوم اینکه به عنوان یک تعدیل کننده نوری عمل می کند.
جهت توسعه
سنسورها در جهت حساسیت ، دقت ، سازگاری ، فشردگی و هوشمندی در حال توسعه هستند. در این فرآیند ، سنسورهای فیبر نوری ، یکی از اعضای جدید خانواده حسگرها ، بسیار محبوب هستند. فیبر نوری دارای بسیاری از ویژگی های عالی است ، مانند: عملکرد تداخل تابش ضد الکترومغناطیسی و اتمی ، ویژگی های مکانیکی قطر کوچک ، نرم ، سبک وزن ؛ عایق بندی ، خصوصیات الکتریکی غیر القایی ؛ مقاومت در برابر آب ، مقاومت در برابر درجه حرارت بالا ، مقاومت در برابر خوردگی ، خواص شیمیایی و غیره ، این می تواند نقش گوش انسان را در مکان هایی که مردم نمی توانند به آن دسترسی پیدا کنند (مانند مناطق با درجه حرارت بالا) یا مناطقی که برای انسان مضر است (مانند مناطق تابش هسته ای) بازی کند. ) ، و همچنین می تواند از مرزهای فیزیولوژیکی انسان فراتر رفته و حواس انسان را دریافت کند. اطلاعات خارجی را که می توانید&# 39 احساس کنید.
امکانات
1. به دلیل استفاده از منشورها در بازتابنده ، از عملکرد تشخیص بالاتر و قابلیت اطمینان بیشتری نسبت به سنسورهای کنترل نور انعکاسی عمومی برخوردار است.
2. در مقایسه با یک سنسور کنترل نور جداگانه ، اتصال مدار ساده تر و آسان تر است.
3. طراحی جاسازی شده سگک نصب را آسان تر می کند
استفاده کنید
1. برای انتقال مدل های دیجیتالی مانند تلفن و باند پهن شبکه استفاده می شود.
2. وضعیت اسکناس ، کارت ، سکه ، دفترچه و غیره که برای ماشین های فروش ، تجهیزات مربوط به ترمینال مالی و دفاتر پیشخوان پول استفاده می شود.
3. برای موقعیت یابی ، شمارش و شناسایی محصول در تجهیزات خودکار استفاده می شود.
اصل
اصل اساسی کار سنسور فیبر نوری ارسال نور از منبع نور به مدولاتور از طریق فیبر نوری است. پس از برهم کنش پارامتر اندازه گیری شده با نوری که وارد ناحیه مدولاسیون می شود ، خصوصیات نوری نور (مانند شدت نور ، طول موج ، فرکانس ، فاز ، حالت پلاریزاسیون و غیره) تغییر می کنند ، چراغ سیگنال مدوله شده نامیده می شوند ، و سپس از تأثیر ویژگی های انتقال نور اندازه گیری شده برای تکمیل اندازه گیری.
برای سنسورهای فیبر نوری دو اصل اندازه گیری وجود دارد.
(1) اصل سنسور فیبر نوری نوع خاصیت فیزیکی. سنسور فیبر نوری نوع خاصیت فیزیکی از حساسیت فیبر نوری به تغییرات محیطی برای تبدیل کمیت فیزیکی ورودی به سیگنال نوری مدوله شده استفاده می کند. اصل کار آن براساس اثر تعدیل نوری فیبر نوری است ، یعنی وقتی عوامل محیطی خارجی مانند دما ، فشار ، میدان الکتریکی ، میدان مغناطیسی و غیره تغییر می کنند ، مشخصات انتقال نور آن مانند شدت فاز و نور ، تغییر خواهد کرد.
بنابراین ، اگر فاز نور و شدت نور از طریق فیبر نوری قابل اندازه گیری باشد ، می توان تغییر مقدار فیزیکی اندازه گیری شده را شناخت. به این نوع حسگرها نوع عناصر حساس یا حسگر فیبر نوری عملکردی نیز گفته می شود. پرتو منبع نور نقطه ای لیزر به امواج موازی پخش می شود و توسط تقسیم پرتو به دو مسیر تقسیم می شود ، یكی مسیر نوری مرجع و دیگری مسیر نوری اندازه گیری. پارامترهای خارجی (دما ، فشار ، لرزش و غیره) باعث تغییر طول فیبر و تغییر فاز نور فاز می شوند ، در نتیجه تعداد مختلف حاشیه های تداخل تولید می شود. با شمارش حرکت حالت آن ، دما یا فشار را می توان اندازه گرفت.
(2) اصل ساختار سنسور فیبر نوری. سنسور فیبر نوری ساخت یافته یک سیستم اندازه گیری است که از یک عنصر تشخیص نور (عنصر حساس) ، یک حلقه انتقال فیبر نوری و یک مدار اندازه گیری تشکیل شده است. در میان آنها ، فیبر نوری فقط به عنوان رسانه انتقال نور استفاده می شود ، بنابراین به آن سنسور فیبر نوری انتقال دهنده نور یا غیر عملکردی نیز گفته می شود
کارایی
فیبر نوری دارای بسیاری از ویژگی های عالی است ، مانند: عملکرد تداخل تابش ضد الکترومغناطیسی و اتمی ، ویژگی های مکانیکی قطر کوچک ، نرم ، سبک وزن ؛ عایق بندی ، خصوصیات الکتریکی غیر القایی ؛ مقاومت در برابر آب ، مقاومت در برابر درجه حرارت بالا ، مقاومت در برابر خوردگی ، خواص شیمیایی و غیره ، این می تواند نقش گوش انسان را در مکان های دور از دسترس یا مضر برای انسان (مانند مناطق تابش هسته ای) بازی کند ، و همچنین می تواند از مرزهای فیزیولوژیکی انسان عبور کند و آنچه را که توسط حواس انسان احساس نمی شود ، دریافت کنید. اطلاعات خارج
امکانات
1. حساسیت بالا ؛
2. شکل هندسی از بسیاری جنبه ها سازگار است و می تواند به صورت حسگرهای فیبر نوری از هر شکلی درآید.
سوم ، این می تواند دستگاه هایی را تولید کند که اطلاعات مختلف فیزیکی (صوتی ، مغناطیسی ، دما ، چرخش و غیره) را حس می کنند.
4. می تواند در ولتاژ بالا ، سر و صدای الکتریکی ، دمای بالا ، خوردگی یا سایر محیط های سخت مورد استفاده قرار گیرد.
پنجم ، و سازگاری ذاتی با فن آوری تله متری فیبر نوری دارد.
مزیت سنسور فیبر نوری این است که در مقایسه با سنسورهای سنتی ، سنسور فیبر نوری از نور به عنوان حامل اطلاعات حساس و فیبر نوری به عنوان واسطه برای انتقال اطلاعات حساس استفاده می کند. دارای ویژگی های فیبر نوری و اندازه گیری نوری است و دارای یک سری مزایای منحصر به فرد است. عملکرد عایق الکتریکی خوب ، توانایی تداخل ضد الکترومغناطیسی قوی ، عدم تهاجم ، حساسیت بالا ، کنترل از راه دور سیگنال اندازه گیری شده ، مقاومت در برابر خوردگی ، ضد انفجار ، مسیر نور انعطاف پذیر ، اتصال آسان با کامپیوتر آسان است.
سنسور در راستای حساسیت ، دقت ، سازگاری ، فشردگی و هوشمندی در حال توسعه است. می تواند در مکان هایی که مردم نمی توانند به آن دسترسی پیدا کنند (مانند مناطق با درجه حرارت بالا یا مناطق مضر برای انسان ، مانند مناطق تابش هسته ای) استفاده شود. همچنین می تواند از مرزهای فیزیولوژیکی افراد فراتر رفته و اطلاعات خارجی را دریافت کند که توسط حواس انسان احساس نمی شوند.
طبقه بندی
با توجه به حالت مدولاسیون جسم مورد آزمایش ، می توان آن را به موارد زیر تقسیم کرد: مدولاسیون شدت ، حالت قطبش ، حالت فاز و فرکانس.
با توجه به اینکه نور تداخل دارد ، می توان آن را به انواع تداخل و غیر تداخل تقسیم کرد.
با توجه به اینکه آیا می توان با افزایش فاصله به طور مداوم اندازه گیری را کنترل کرد ، می توان آن را به موارد زیر تقسیم کرد:
با توجه به نقش فیبر نوری در سنسورها ، می توان آن را به موارد زیر تقسیم کرد: یک نوع سنسورهای عملکردی (فیبر عملکردی ، مخفف FF) است که به عنوان سنسورهای سنجش نیز شناخته می شوند. دیگری از نوع غیر عملکردی است (فیبر غیر عملکردی ، مخفف NFF) و به آن سنسور انتقال نور گفته می شود.
نوع عملکرد تاشو
سنسور عملکردی از ویژگی های فیبر نوری خود استفاده می کند تا از فیبر نوری به عنوان یک عنصر حساس استفاده کند. نور اندازه گیری شده ، نور منتقل شده در فیبر نوری را تعدیل می کند تا شدت ، فاز ، فرکانس یا حالت قطبش نور منتقل شده را تغییر دهد. سیگنال برای بدست آوردن سیگنال تحت آزمایش از مدولاسیون استفاده می شود.
فیبر نوری نه تنها یک ماده راهنمای نور است ، بلکه یک عنصر حساس است. نور در فیبر نوری اندازه گیری و تعدیل می شود و بیشتر از فیبر نوری چند حالته استفاده می شود.
مزایا: ساختار جمع و جور و حساسیت بالا.
معایب: فیبر نوری ویژه مورد نیاز است ، هزینه بالا ،
نمونه های معمولی: ژیروسکوپ های فیبر نوری ، هیدروفون های فیبر نوری و غیره
نوع الیاف غیر عملکرد تاشو
سنسورهای فیبر نوری غیر عملکردی از سایر اجزای حساس برای درک تغییرات اندازه گیری شده استفاده می کنند. از الیاف نوری فقط به عنوان رسانه انتقال اطلاعات و از الیاف نوری تک حالته اغلب استفاده می شود.
فیبر نوری فقط نقش نور را هدایت می کند و نور بر روی عنصر حساس به نوع فیبر نوری با اندازه گیری تعدیل می شود.
مزایا: از فیبر نوری می توان برای جداسازی الکتریکی و انتقال داده استفاده کرد و سیگنال منتقل شده توسط فیبر نوری تحت تأثیر تداخل الکترومغناطیسی نیست.
بیشتر موارد کاربردی سنسورهای فیبر نوری غیر عملکردی هستند. AnyWay&# 39؛ s سنسور ولتاژ فرکانس متغیر ، سنسور جریان فرکانس متغیر و سنسور قدرت فرکانس متغیر (ترکیبی از سنسورهای ولتاژ و جریان) متعلق به سنسورهای فیبر نوری غیر عملکردی هستند ، که دارای مزایای منحصر به فرد در اندازه گیری قدرت در محیط های پیچیده الکترومغناطیسی.
سنسورهای فیبر نوری فناوری جدیدی هستند که در سالهای اخیر ظهور کرده اند. می تواند برای اندازه گیری مقادیر مختلف فیزیکی مانند میدان صدا ، میدان الکتریکی ، فشار ، دما ، سرعت زاویه ای ، شتاب و غیره مورد استفاده قرار گیرد و همچنین می تواند کارهای اندازه گیری را که تکمیل آنها با فناوری های اندازه گیری موجود دشوار است ، انجام دهد. در یک فضای کوچک ، در یک تداخل الکترومغناطیسی قوی و یک محیط فشار قوی ، سنسورهای فیبر نوری توانایی های منحصر به فردی را نشان داده اند. بیش از 70 نوع سنسور فیبر نوری وجود دارد که تقریباً با استفاده از فیبرهای نوری به سنسورهای فیبر نوری و سنسورها تقسیم می شوند.
به اصطلاح سنسور فیبر نوری به این معنی است که فیبر نوری خود مستقیماً اندازه گیری خارجی را دریافت می کند. کمیت فیزیکی اندازه گیری شده خارجی می تواند باعث تغییر طول ، ضریب شکست و قطر بازوی اندازه گیری شود ، به طوری که نور منتقل شده در فیبر نوری در دامنه ، فاز ، فرکانس ، قطبش و غیره تغییر می کند. نور منتقل شده توسط بازوی اندازه گیری و نور مرجع بازوی مرجع با یکدیگر تداخل می کنند (مقایسه می شود) ، بنابراین فاز (یا دامنه) نور خروجی تغییر می کند و تغییر اندازه گیری شده را می توان بر اساس این تغییر تشخیص داد. فاز منتقل شده در فیبر نوری به تأثیرات خارجی بسیار حساس است و مقدار فیزیکی مربوط به تغییر فاز کوچک 10 منهای 4 رادیان را می توان با استفاده از فناوری تداخل تشخیص داد. با استفاده از ویژگی های سیم پیچ و از دست دادن کم فیبر نوری ، می توان یک فیبر نوری بسیار طولانی را به یک سیم پیچ فیبر نوری با قطر کوچک تبدیل کرد تا طول استفاده را افزایش دهد و حساسیت بیشتری به دست آورد.
سنسور صوتی فیبر نوری حسگری است که از فیبر نوری خود استفاده می کند. وقتی فیبر نوری تحت نیروی خارجی بسیار کمی قرار گیرد ، کمی خم می شود و توانایی انتقال نور آن بسیار تغییر می کند. صدا نوعی موج مکانیکی است و تأثیر آن بر فیبر نوری این است که فیبر نوری را مجبور کرده و خمشی ایجاد می کند. قدرت صدا را می توان با خم شدن بدست آورد. ژیروسکوپ فیبر نوری نیز نوعی حسگر فیبر نوری است. در مقایسه با ژیروسکوپ لیزری ، ژیروسکوپ فیبر نوری دارای حساسیت بالا ، اندازه کوچک و هزینه کم است. این می تواند در سیستم های ناوبری اینرسیایی با عملکرد بالا در هواپیماها ، کشتی ها ، موشک ها و غیره استفاده شود. شکل نشان دهنده اصل جریان سنج توربین حسگر فیبر نوری است.
توری Bragg تاشو
سنسور گریتینگ فیبر براگ (FBS) نوعی سنسور فیبر نوری با بالاترین فرکانس و بیشترین دامنه است. این نوع حسگر می تواند طول موج موج نور منعکس شده را با توجه به تغییر درجه حرارت محیط و یا فشار تغییر دهد. از توری های فیبر براگ برای قرار دادن بخش کوچکی از الیاف حساس به نور در برابر امواج نور با توزیع دوره ای شدت نور از طریق تداخل سنجی هولوگرافی یا پوشاندن فاز استفاده می شود. به این ترتیب ، ضریب شکست نوری فیبر نوری با توجه به شدت موج نور تابش شده ، برای همیشه تغییر می کند. به تغییرات دوره ای ضریب شکست نور ناشی از این روش ، توری فیبر براگ گفته می شود.
هنگامی که یک پرتو طیف گسترده به شبکه فیبر براگ منتقل می شود ، هر بخش کوچک از الیاف پس از تغییر ضریب شکست ، فقط یک طول موج خاص نور را منعکس می کند. این طول موج را طول موج Bragg می نامند. این ویژگی باعث می شود که توری های فیبر براگ فقط امواج نوری با طول موج خاص را منعکس کنند ، در حالی که امواج نوری با طول موج های دیگر منتشر می شوند.
با توجه به نقش فیبر نوری در سنسور فیبر نوری ، می توان آن را به دو نوع تقسیم کرد: نوع حسگر و نوع انتقال نور.
فیبر نوری سنسور فیبر نوری نوع حسگر نه تنها نور را انتقال می دهد بلکه به عنوان سنسور فوتوالکتریک نیز عمل می کند. به دلیل تأثیر محیط خارجی بر روی خود فیبر نوری ، مقدار فیزیکی قابل اندازه گیری از طریق فیبر نوری بر روی سنسور عمل می کند ، به طوری که خصوصیات هدایت کننده موج نوری (شدت نور ، فاز ، حالت قطبش ، طول موج و غیره) ) مدوله شده اند. سنسورهای نوع فیبر نوری سنسور بیشتر به نوع تأکید کننده نور ، نوع مدولاسیون فاز ، نوع مدولاسیون حالت ارتعاش و نوع مدولاسیون طول موج تقسیم می شوند.
فیبر انتقال نور تاشو
سنسور فیبر نوری نوع انتقال نور سیگنال نوری را که توسط جسم اندازه گیری شده مدوله شده است به فیبر نوری وارد می کند و سپس با پردازش سیگنال نوری در انتهای خروجی اندازه گیری را انجام می دهد. این نوع سنسور دارای یک عنصر حساس به نور دیگر است که به مقدار فیزیکی اندازه گیری حساس است و از فیبر نوری فقط به عنوان عنصر انتقال نور استفاده می شود. عنصر سنسورهای فیبر نوری را می توان به سه نوع تقسیم کرد: سنسورهای فیبر نوری نقطه ای ، سنسورهای فیبر نوری انتگرال ، و سنسورهای فیبر نوری توزیع شده با توجه به دامنه اندازه گیری آنها. در این میان ، سنسورهای فیبر نوری توزیع شده برای تشخیص توزیع کرنش سازه های بزرگ استفاده می شوند و می توانند به سرعت و غیر مخرب جابجایی ، تنش داخلی یا سطحی و سایر پارامترهای مهم سازه را اندازه گیری کنند. انواع سنسورهای فیبر نوری مورد استفاده در مهندسی عمران عمدتاً شامل سنسورهای فیبر نوری تداخل سنجی Math-Zender ، سنسورهای فیبر نوری حفره Fabry-pero و سنسورهای گریتینگ فیبر Bragg هستند.
سبک بودن ، دوام و پایداری طولانی مدت سنسور فیبر نوری باعث می شود تا بتوان آن را به راحتی در تنش داخلی و کشش مواد مختلف ساختمانی مانند سازه های فلزی ساختمان و بتن اعمال کرد. بازرسی بهداشتی سازه ساختمان را تحقق بخشید.
دسته اصلی دیگر سنسورهای فیبر نوری استفاده از سنسورهای فیبر نوری است. ساختار آن تقریباً به شرح زیر است: سنسور در انتهای فیبر نوری قرار دارد و فیبر نوری فقط یک خط انتقال نور است که مقدار فیزیکی اندازه گیری شده را به دامنه ، فاز یا دامنه نور تبدیل می کند. در این سیستم حسگر ، سنسور سنتی و فیبر نوری با هم ترکیب می شوند. معرفی فیبر نوری تحقق تله متری پروب را امکان پذیر می کند. این سنسور انتقال فیبر نوری دامنه کاربرد گسترده ای دارد و استفاده از آن آسان است اما دقت آن کمی کمتر از سنسور نوع اول است.
فیبر نوری یک ستاره در حال افزایش در خانواده حسگرها است. به دلیل عملکرد عالی فیبر نوری به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد. این نوعی سنسور است که در عمل تولید قابل توجه است.
سنسورهای فیبر نوری به دلیل مزایای فراوان ، به یک ستاره در حال افزایش در خانواده سنسورها تبدیل شده اند و نقش منحصر به فرد خود را در اندازه گیری های مختلف بازی می کنند و به عضوی ضروری از خانواده سنسور تبدیل می شوند.
کاربرد
عایق شده از خاک ، مغناطیس ، صدا ، فشار ، دما ، شتاب ، ژیروسکوپ ، جابجایی ، سطح مایع ، گشتاور ، فتوآکوستیک ، جریان ، سنسور فیبر نوری می تواند برای جابجایی ، لرزش ، چرخش ، فشار ، خم شدن ، کرنش ، سرعت ، شتاب ، جریان ، میدان مغناطیسی ، ولتاژ ، رطوبت ، دما ، میدان صدا ، جریان ، غلظت ، مقدار PH و اندازه گیری فشار. حسگرهای فیبر نوری طیف گسترده ای از کاربردها را شامل می شوند ، تقریباً همه زمینه های مهم اقتصاد ملی و دفاع ملی و زندگی روزمره مردم را شامل می شود. می توان از آنها با خیال راحت و موثر در محیط های سخت استفاده کرد. آنها بسیاری از مشکلات فنی را که سالهاست در بسیاری از صنایع وجود دارد حل می کنند. تقاضای بازار. به طور عمده در برنامه های زیر آشکار می شود:
کاربرد ژیروسکوپ های تداخل سنجی و سنسورهای فشار گریتینگ در پل ها ، سدها ، میادین نفتی و ... در ساخت و سازهای شهری. سنسورهای فیبر نوری می توانند در بتن ، پلاستیک های تقویت شده با الیاف کربن و مواد کامپوزیتی مختلف تعبیه شوند تا آرامش تنش ، تنش ساختاری و تنش بار دینامیکی را آزمایش کنند ، بنابراین برای ارزیابی عملکرد سازه ای پل در مرحله ساخت کوتاه مدت و طولانی مدت حالت عملیاتی مدت دار
در سیستم قدرت ، اندازه گیری دما ، جریان و سایر پارامترها مانند تشخیص دما در استاتور و روتور ترانسفورماتورهای ولتاژ بالا و موتورهای بزرگ ضروری است. از آنجا که سنسورهای الکتریکی در معرض تداخل میدان الکترومغناطیسی هستند ، نمی توان از آنها در چنین شرایطی استفاده کرد. سنسور فیبر نوری توزیع شده سنسور دمای فیبر نوری یک فناوری پیشرفته است که در سالهای اخیر برای اندازه گیری زمان واقعی توزیع میدان دمای فضایی ساخته شده است. سیستم سنجش دمای فیبر نوری توزیع شده نه تنها دارای مزایای سنسورهای رایج فیبر نوری است ، بلکه توانایی اندازه گیری دمای نقاط مختلف در امتداد فیبر نوری را نیز دارد. با قابلیت سنجش توزیع شده ، می توانیم به طور مداوم دمای نقاط مختلف را در چند کیلومتری فیبر نوری در زمان واقعی اندازه گیری کنیم. دقت موقعیت یابی می تواند به ترتیب متر برسد و دقت اندازه گیری می تواند به سطح 1 درجه برسد. برای اندازه گیری دمای تقاطع در مقیاس بزرگ بسیار مناسب است. موارد برنامه
علاوه بر این ، از سنسورهای فیبر نوری می توان در نظارت راه آهن ، سیستم های پیشرانه موشکی و تشخیص چاه های روغن نیز استفاده کرد.
فیبر نوری دارای مزایای قابل توجه پهنای باند ، ظرفیت زیاد ، انتقال از راه دور و سنجش با چند پارامتر ، توزیع شده و کم مصرف انرژی است. سنجش فیبر نوری می تواند به جذب فناوری ها و دستگاه های جدید برای ارتباط فیبر نوری ادامه دهد و انتظار می رود سنسورهای مختلف فیبر نوری به طور گسترده در اینترنت اشیا مورد استفاده قرار گیرند.
