Il sensore in fibra ottica è un sensore che converte lo stato dell'oggetto misurato in un segnale luminoso misurabile. Il principio di lavoro del sensore di fibra ottica è quello di inviare l'incidente del fascio di luce dalla sorgente luminosa al modulatore attraverso la fibra ottica, e interagire con i parametri esterni misurati nel modulatore per rendere le proprietà ottiche della luce come intensità della luce, lunghezza d'onda, frequenza, fase, stato di polarizzazione, ecc. Cambia e diventa un segnale ottico modulato, che viene quindi inviato al dispositivo optoelettronico attraverso la fibra ottica, e il parametro misurato viene ottenuto dopo il demodulatore. Nell'intero processo, il fascio di luce viene introdotto attraverso la fibra ottica, e quindi emesso dopo aver attraversato il modulatore. La funzione della fibra ottica è prima di tutto trasmettere il fascio di luce e, in secondo luogo, agire come modulatore ottico.
Direzione dello sviluppo
I sensori si stanno sviluppando nella direzione della sensibilità, della precisione, dell'adattabilità, della compattezza e dell'intelligenza. In questo processo, i sensori in fibra ottica, un nuovo membro della famiglia di sensori, sono molto popolari. La fibra ottica ha molte proprietà eccellenti, come: prestazioni di interferenza anti-elettromagnetica e di radiazione atomica, piccolo diametro, proprietà meccaniche morbide e leggere; isolamento, proprietà elettriche non induttive; resistenza all'acqua, resistenza alle alte temperature, resistenza alla corrosione, proprietà chimiche, ecc., Può svolgere il ruolo delle orecchie umane in luoghi che le persone non possono raggiungere (come aree ad alta temperatura) o aree dannose per l'uomo (come le aree di radiazioni nucleari), e può anche trascendere i confini fisiologici umani e ricevere sensi umani. Informazioni esterne che non puoi sentire.
Caratteristiche
1. Grazie all'uso di prismi nel riflettore, ha prestazioni di rilevamento più elevate e maggiore affidabilità rispetto ai sensori di controllo della luce riflettenti generali.
2. Rispetto a un sensore di controllo della luce separato, la connessione del circuito è più semplice e semplice.
3. Il design incorporato della fibbia semplifica l'installazione
Utilizzare
1. Utilizzato per la trasmissione di modelli digitali come la banda larga telefonica e di rete.
2. Passaggio dello stato di banconote, carte, monete, passbook, ecc. utilizzati per distributori automatici, apparecchiature relative ai terminali finanziari e contatori di denaro
3. Utilizzato per il posizionamento, il conteggio e l'identificazione del prodotto su apparecchiature automatizzate.
Principio
Il principio di base del sensore di fibra ottica è quello di inviare la luce dalla sorgente luminosa al modulatore attraverso la fibra ottica. Dopo che il parametro da misurare interagisce con la luce che entra nell'area di modulazione, le proprietà ottiche della luce (come intensità della luce, lunghezza d'onda, frequenza, fase, stato di polarizzazione, ecc.) cambiano, chiamate luce del segnale modulata, quindi usano l'influenza delle caratteristiche di trasmissione della luce misurata per completare la misurazione.
Esistono due principi di misurazione per i sensori in fibra ottica.
(1) Il principio del sensore in fibra ottica di tipo proprietà fisica. Il sensore in fibra ottica di tipo proprietà fisica utilizza la sensibilità della fibra ottica alle modifiche ambientali per convertire la quantità fisica di ingresso in un segnale ottico modulato. Il suo principio di funzionamento si basa sull'effetto di modulazione ottica della fibra ottica, cioè quando cambiano i fattori ambientali esterni come temperatura, pressione, campo elettrico, campo magnetico, ecc., le sue caratteristiche di trasmissione della luce, come la fase e l'intensità della luce, cambieranno.
Pertanto, se la fase di luce e l'intensità della luce cambiano attraverso la fibra ottica possono essere misurate, è possibile conoscere il cambiamento della quantità fisica misurata. Questo tipo di sensore è anche chiamato tipo di elemento sensibile o sensore funzionale in fibra ottica. Il raggio della sorgente luminosa puntino del laser si diffonde in onde parallele ed è diviso in due percorsi da uno splitter a fascio, uno è il percorso ottico di riferimento e l'altro è il percorso ottico di misura. I parametri esterni (temperatura, pressione, vibrazione, ecc.) causano il cambiamento della lunghezza della fibra e il cambiamento della fase luminosa della fase, producendo così diversi numeri di frange di interferenza. Contando il suo movimento di modalità, la temperatura o la pressione può essere misurata.
(2) Il principio del sensore strutturato in fibra ottica. Il sensore strutturato in fibra ottica è un sistema di misurazione composto da un elemento di rilevamento della luce (elemento sensibile), un circuito di trasmissione in fibra ottica e un circuito di misurazione. Tra questi, la fibra ottica viene utilizzata solo come mezzo di trasmissione della luce, quindi è anche chiamata sensore di fibra ottica trasminte o non funzionale
Prestazione
La fibra ottica ha molte proprietà eccellenti, come: prestazioni di interferenza anti-elettromagnetica e di radiazione atomica, piccolo diametro, proprietà meccaniche morbide e leggere; isolamento, proprietà elettriche non induttive; resistenza all'acqua, resistenza alle alte temperature, resistenza alla corrosione, proprietà chimiche, ecc., Può svolgere il ruolo delle orecchie umane in luoghi fuori portata o dannosi per l'uomo (come le aree di radiazione nucleare), e può anche trascendere i confini fisiologici umani e ricevere ciò che non può essere sentito dai sensi umani. Informazioni esterne.
Caratteristiche
1. Elevata sensibilità;
2. La forma geometrica è adattabile sotto molti aspetti e può essere trasformata in sensori in fibra ottica di qualsiasi forma;
In terzo luogo, può produrre dispositivi che percepisce varie informazioni fisiche (acustica, magnetica, temperatura, rotazione, ecc.);
4. Può essere utilizzato in alta tensione, rumore elettrico, alta temperatura, corrosione o altri ambienti difficili;
Quinto, e ha la compatibilità intrinseca con la tecnologia di telemetria in fibra ottica.
Il vantaggio del sensore in fibra ottica è che rispetto ai sensori tradizionali, il sensore in fibra ottica utilizza la luce come vettore di informazioni sensibili e fibra ottica come mezzo per trasmettere informazioni sensibili. Ha le caratteristiche della fibra ottica e della misurazione ottica e ha una serie di vantaggi unici. Buone prestazioni di isolamento elettrico, forte capacità di interferenza anti-elettromagnetica, non invasività, alta sensibilità, monitoraggio remoto facile da realizzare del segnale misurato, resistenza alla corrosione, a prova di esplosione, percorso della luce flessibile, facile da collegare con il computer.
Il sensore si sta sviluppando nella direzione della sensibilità, dell'accuratezza, dell'adattabilità, della compattezza e dell'intelligenza. Può essere utilizzato in luoghi in cui le persone non possono raggiungere (come aree ad alta temperatura o aree dannose per l'uomo, come le aree di radiazioni nucleari). Può anche trascendere i confini fisiologici delle persone e ricevere informazioni esterne che non possono essere sentite dai sensi umani.
Classificazione
Secondo la modalità di modulazione dell'oggetto in fase di test, può essere diviso in: modulazione di intensità, modalità di polarizzazione, modalità fase e modalità frequenza;
A seconda che la luce interferisca, può essere divisa in: tipo di interferenza e tipo di non interferenza;
A seconda che la misurazione possa essere continuamente monitorata all'aumentare della distanza, può essere suddivisa in: distribuita e basata su punti;
Secondo il ruolo della fibra ottica nei sensori, può essere suddivisa in: un tipo è sensori funzionali (Functional Fiber, abbreviati in FF), noti anche come sensori di rilevamento; l'altro è di tipo non funzionale (Fibra Non Funzionale, abbreviato in NFF), ed è chiamato sensore di trasmissione della luce.
Tipo di funzione pieghevole
Il sensore funzionale utilizza le caratteristiche della fibra ottica stessa per utilizzare la fibra ottica come elemento sensibile. La luce misurata modula la luce trasmessa nella fibra ottica per modificare l'intensità, la fase, la frequenza o lo stato di polarizzazione della luce trasmessa. Il segnale viene demodulato per ottenere il segnale in prova.
La fibra ottica non è solo un mezzo guida leggera, ma anche un elemento sensibile. La luce viene misurata e modulata nella fibra ottica e la fibra ottica multimodale viene utilizzata principalmente.
Vantaggi: struttura compatta e alta sensibilità.
Svantaggi: è richiesta una fibra ottica speciale, un costo elevato,
Esempi tipici: giroscopi in fibra ottica, idrofoni in fibra ottica, ecc.
Tipo di fibra non funzionale piegata
I sensori in fibra ottica non funzionali utilizzano altri componenti sensibili per percepire i cambiamenti misurati. Le fibre ottiche sono utilizzate solo come supporti di trasmissione delle informazioni e spesso vengono utilizzate fibre ottiche monomodale.
La fibra ottica svolge solo un ruolo di guida della luce e la luce sull'elemento sensibile di tipo fibra ottica è modulata dalla misurazione.
Vantaggi: la fibra ottica può essere utilizzata per l'isolamento elettrico e la trasmissione dei dati e il segnale trasmesso dalla fibra ottica non è influenzato da interferenze elettromagnetiche.
La maggior parte di quelli pratici sono sensori in fibra ottica non funzionali. Il sensore di tensione a frequenza variabile di AnyWay, il sensore di corrente a frequenza variabile e il sensore di potenza a frequenza variabile (una combinazione di sensori di tensione e corrente) appartengono a sensori in fibra ottica non funzionali, che hanno vantaggi unici nella misurazione della potenza in ambienti elettromagnetici complessi.
I sensori in fibra ottica sono una nuova tecnologia emersa negli ultimi anni. Può essere utilizzato per misurare una varietà di quantità fisiche, come campo sonoro, campo elettrico, pressione, temperatura, velocità angolare, accelerazione, ecc., e può anche completare attività di misurazione difficili da completare con le tecnologie di misurazione esistenti. In un piccolo spazio, in una forte interferenza elettromagnetica e in un ambiente ad alta tensione, i sensori in fibra ottica hanno mostrato capacità uniche. Esistono più di 70 tipi di sensori in fibra ottica, che sono approssimativamente divisi in sensori e sensori in fibra ottica utilizzando fibre ottiche.
Il cosiddetto sensore in fibra ottica significa che la fibra ottica stessa riceve direttamente la misurazione esterna. La quantità fisica misurata esterna può causare il cambiamento della lunghezza, dell'indice di rifrazione e del diametro del braccio di misura, in modo che la luce trasmessa nella fibra ottica cambi in ampiezza, fase, frequenza, polarizzazione, ecc. La luce trasmessa dal braccio di misura e la luce di riferimento del braccio di riferimento interferiscono l'una con l'altra (confrontata), in modo che la fase (o ampiezza) della luce in uscita cambi, e il cambiamento misurato possa essere rilevato in base a questo cambiamento. La fase trasmessa nella fibra ottica è altamente sensibile alle influenze esterne e la quantità fisica corrispondente al piccolo cambio di fase di 10 meno 4 radianti può essere rilevata utilizzando la tecnologia di interferenza. Utilizzando le proprietà di avvolgimento e la bassa perdita della fibra ottica, una fibra ottica molto lunga può essere arrotolato in una bobina in fibra ottica di piccolo diametro per aumentare la lunghezza di utilizzo e ottenere una maggiore sensibilità.
Il sensore acustico in fibra ottica è un sensore che utilizza la fibra ottica stessa. Quando la fibra ottica è sottoposta a una forza esterna molto piccola, sarà leggermente piegata e la sua capacità di trasmissione della luce cambierà notevolmente. Il suono è una sorta di onda meccanica, e il suo effetto sulla fibra ottica è quello di forzare la fibra ottica e produrre piegatura. La forza del suono può essere ottenuta piegandosi. Il giroscopio in fibra ottica è anche una sorta di sensore in fibra ottica. Rispetto al giroscopio laser, il giroscopio in fibra ottica ha un'alta sensibilità, piccole dimensioni e basso costo. Può essere utilizzato in sistemi di navigazione inerziale ad alte prestazioni di aeromobili, navi, missili, ecc. La figura mostra il principio del flussometro a turbina a sensore in fibra ottica.
Griglia bragg piegata
Fiber Bragg Grating Sensor (FBS) è una sorta di sensore in fibra ottica con la massima frequenza e la più ampia gamma. Questo tipo di sensore può cambiare la lunghezza d'onda dell'onda luminosa riflessa in base al cambiamento della temperatura e/o della deformazione ambientale. Le griglie Bragg in fibra sono utilizzate per esporre una piccola sezione di fibra sensibile alla luce alle onde luminose con una distribuzione periodica dell'intensità della luce attraverso l'interferometria olografica o il mascheramento di fase. In questo modo, l'indice di rifrazione ottica della fibra ottica verrà modificato in modo permanente in base all'intensità dell'onda luminosa irradiata. I cambiamenti periodici nell'indice di rifrazione della luce causati da questo metodo sono chiamati griglie bragg in fibra.
Quando un fascio ad ampio spettro viene propagato alla griglia bragg in fibra, ogni piccolo segmento della fibra dopo la modifica dell'indice di rifrazione rifletterà solo una specifica lunghezza d'onda della luce. Questa lunghezza d'onda è chiamata lunghezza d'onda di Bragg. Questa caratteristica fa sì che le griglie fiber bragg riflettano solo onde luminose di una specifica lunghezza d'onda, mentre le onde luminose di altre lunghezze d'onda verranno propagate.
In base al ruolo della fibra ottica nel sensore di fibra ottica, può essere divisa in due tipi: tipo di rilevamento e tipo di trasmissione della luce.
La fibra ottica del sensore in fibra ottica di tipo rilevamento non solo trasmette luce, ma funge anche da sensore fotoelettrico. A causa dell'influenza dell'ambiente esterno sulla fibra ottica stessa, la quantità fisica da misurare agisce sul sensore attraverso la fibra ottica, in modo che le proprietà della guida d'onda ottica (intensità della luce, fase, stato di polarizzazione, lunghezza d'onda, ecc.) siano modulate. I sensori in fibra ottica di tipo sensore sono ulteriormente divisi in tipo di enfatizzazione della luce, tipo di modulazione di fase, tipo di modulazione dello stato di vibrazione e tipo di modulazione della lunghezza d'onda.
Fibra di trasmissione della luce piegata
Il sensore di fibra ottica di tipo trasmissione della luce immette il segnale ottico modulato dall'oggetto misurato nella fibra ottica, quindi esegue la misurazione elaborando il segnale ottico all'estremità di uscita. Questo tipo di sensore ha un altro elemento fotosensibile sensibile alla quantità fisica da misurare e la fibra ottica viene utilizzata solo come l'elemento di trasmissione della luce deve essere attaccato con un elemento sensibile in grado di modulare la luce trasmessa dalla fibra ottica per formare un elemento sensore. I sensori in fibra ottica possono essere suddivisi in tre tipi: sensori in fibra ottica punti, sensori integrali in fibra ottica e sensori in fibra ottica distribuiti in base al loro intervallo di misurazione. Tra questi, i sensori in fibra ottica distribuiti vengono utilizzati per rilevare la distribuzione della deformazione di grandi strutture e possono misurare rapidamente e non distruttivamente lo spostamento, lo stress interno o superficiale e altri importanti parametri della struttura. I tipi di sensori in fibra ottica utilizzati nell'ingegneria civile includono principalmente sensori in fibra ottica interferometrica Math-Zender, sensori in fibra ottica a cavità Fabry-pero e sensori di griglia Bragg in fibra.
La leggerezza, la durata e la stabilità a lungo termine del sensore in fibra ottica consentono di applicarlo facilmente al rilevamento interno di sollecitazioni e deformazioni di vari materiali da costruzione come strutture in acciaio da costruzione e calcestruzzo. Ispezione sanitaria realizzata della struttura dell'edificio.
Un'altra importante categoria di sensori in fibra ottica è l'uso di sensori in fibra ottica. La sua struttura è approssimativamente la seguente: il sensore si trova alla fine della fibra ottica, e la fibra ottica è solo una linea di trasmissione della luce, che converte la quantità fisica misurata nell'ampiezza, fase o ampiezza della luce. In questo sistema di sensori, il sensore tradizionale e la fibra ottica sono combinati. L'introduzione della fibra ottica consente di realizzare telemetria basata su sonda. Questo sensore di trasmissione in fibra ottica ha un'ampia gamma di applicazioni ed è facile da usare, ma la sua precisione è leggermente inferiore a quella del primo tipo di sensore.
La fibra ottica è una stella nascente nella famiglia dei sensori. È ampiamente utilizzato grazie alle eccellenti prestazioni della fibra ottica. È una sorta di sensore degno di notare nella pratica di produzione.
I sensori in fibra ottica sono diventati una stella nascente nella famiglia di sensori grazie ai loro numerosi vantaggi e svolgono il loro ruolo unico in varie misurazioni, diventando un membro indispensabile della famiglia di sensori.
Applicazione
Isolato da sporco, magnetismo, suono, pressione, temperatura, accelerazione, giroscopio, spostamento, livello del liquido, coppia, fotoacustico, corrente, sensore di fibra ottica può essere utilizzato per lo spostamento, vibrazione, rotazione, pressione, flessione, deformazione, velocità, accelerazione, corrente, campo magnetico, tensione, umidità, temperatura, campo sonoro, flusso, concentrazione, valore PH e misurazione della deformazione. I sensori in fibra ottica hanno una vasta gamma di applicazioni, coinvolgendo quasi tutte le aree importanti dell'economia nazionale e della difesa nazionale e la vita quotidiana delle persone. Possono essere utilizzati in modo sicuro ed efficace in ambienti difficili. Risolvono molti problemi tecnici che esistono in molti settori da molti anni. Domanda del mercato. Manifestato principalmente nelle seguenti applicazioni:
Applicazione di giroscopi interferometrici e sensori di pressione di grattugia in ponti, dighe, campi petroliferi, ecc. nell'edilizia urbana. I sensori in fibra ottica possono essere incorporati in calcestruzzo, plastica rinforzata con fibra di carbonio e vari materiali compositi per testare il rilassamento dello stress, lo stress da costruzione e lo stress dinamico del carico, in modo da valutare le prestazioni strutturali del ponte nella fase di costruzione a breve termine e lo stato operativo a lungo termine.
Nel sistema di alimentazione, è necessario misurare la temperatura, la corrente e altri parametri, come il rilevamento della temperatura nello statore e nel rotore di trasformatori ad alta tensione e motori di grandi dimensioni. Poiché i sensori elettrici sono suscettibili alle interferenze del campo elettromagnetico, non possono essere utilizzati in tali occasioni. Sensore in fibra ottica. Il sensore di temperatura in fibra ottica distribuita è un high-tech sviluppato negli ultimi anni per la misurazione in tempo reale della distribuzione del campo di temperatura spaziale. Il sistema di rilevamento della temperatura in fibra ottica distribuita non solo ha i vantaggi dei comuni sensori in fibra ottica, ma ha anche la capacità di misurare la temperatura di vari punti lungo la fibra ottica. Con la sua capacità di rilevamento distribuito, possiamo misurare continuamente la temperatura di vari punti in pochi chilometri lungo la fibra ottica in tempo reale. La precisione di posizionamento può raggiungere l'ordine dei misuratori e la precisione di misura può raggiungere il livello di 1 grado. È molto adatto per la misurazione della temperatura di intersezione su larga scala. Occasioni di candidatura.
Inoltre, i sensori in fibra ottica possono essere utilizzati anche nel monitoraggio ferroviario, nei sistemi di propulsione a razzo e nel rilevamento dei pozzi petroliferi.
La fibra ottica ha i notevoli vantaggi della banda larga, della grande capacità, della trasmissione a lunga distanza e del rilevamento multi-parametro, distribuito e a basso consumo energetico. Il rilevamento delle fibre ottiche può continuare ad assorbire nuove tecnologie e dispositivi per la comunicazione in fibra ottica e si prevede che vari sensori in fibra ottica saranno ampiamente utilizzati nell'Internet of Things.
