Czujnik światłowodowy jest czujnikiem, który przekształca stan mierzonego obiektu w mierzalny sygnał świetlny. Zasada działania czujnika światłowodowego polega na wysyłaniu zdarzenia wiązki światła ze źródła światła do modulatora za pośrednictwem światłowodu i interakcji z zewnętrznymi zmierzonymi parametrami modulatora, aby właściwości optyczne światła, takie jak natężenie światła, długość fali, częstotliwość, faza, stan polaryzacji itp. Zmienia się i staje się modulowanym sygnałem optycznym, który jest następnie wysyłany do urządzenia optoelektronicznego za pośrednictwem światłowodu, a zmierzony parametr uzyskuje się po demodulatorze. W całym procesie wiązka światła jest wprowadzana przez światłowód, a następnie emitowana po przejściu przez modulator. Funkcja światłowodu polega najpierw na przekazywaniu wiązki światła, a po drugie na działanie modulatora optycznego.
Kierunek rozwoju
Czujniki rozwijają się w kierunku czułości, precyzji, zdolności adaptacyjnych, zwartości i inteligencji. W tym procesie czujniki światłowodowe, nowy członek rodziny czujników, są bardzo popularne. Światłowód ma wiele doskonałych właściwości, takich jak: anty-elektromagnetyczne i promieniowanie atomowe zakłócenia wydajności, mała średnica, miękkie, lekkie właściwości mechaniczne; izolacja, niewprowadzne właściwości elektryczne; wodoodporność, odporność na wysokie temperatury, odporność na korozję, właściwości chemiczne itp., Może odgrywać rolę ludzkich uszu w miejscach, do których ludzie nie mogą dotrzeć (takich jak obszary o wysokiej temperaturze) lub obszarach szkodliwych dla ludzi (takich jak obszary promieniowania jądrowego), a także może wykraczać poza ludzkie granice fizjologiczne i otrzymywać ludzkie zmysły. Informacje zewnętrzne, których nie czujesz.
Funkcje
1. Ze względu na zastosowanie pryzmatów w reflektorze, ma wyższą wydajność wykrywania i większą niezawodność niż ogólne czujniki kontroli światła odblaskowego.
2. W porównaniu z oddzielnym czujnikiem sterowania światłem, połączenie obwodu jest prostsze i łatwiejsze.
3. Wbudowana konstrukcja klamry ułatwia instalację
Używać
1. Służy do transmisji modeli cyfrowych, takich jak połączenia telefoniczne i sieciowe.
2. Status przekazywania banknotów, kart, monet, książeczek itp.
3. Służy do pozycjonowania, liczenia i identyfikacji produktów na zautomatyzowanym sprzęcie.
Zasady
Podstawową zasadą działania czujnika światłowodowego jest przesyłanie światła ze źródła światła do modulatora za pośrednictwem światłowodu. Po tym, jak mierzony parametr wchodzi w interakcję ze światłem wprowadzającym obszar modulacji, właściwości optyczne światła (takie jak natężenie światła, długość fali, częstotliwość, faza, stan polaryzacji itp.), zmieniają się, zwane modulowanym światłem sygnałowym, a następnie wykorzystują wpływ zmierzonych właściwości transmisji światła do ukończenia pomiaru.
Istnieją dwie zasady pomiaru czujników światłowodowych.
(1) Zasada właściwości fizycznej typu czujnika światłowodowego. Fizyczny typ właściwości czujnika światłowodowego wykorzystuje czułość światłowodu na zmiany środowiskowe, aby przekształcić ilość fizyczną wejściową w modulowany sygnał optyczny. Jego zasada działania opiera się na optycznym działaniu modulacji światłowodu, czyli gdy zmienią się zewnętrzne czynniki środowiskowe, takie jak temperatura, ciśnienie, pole elektryczne, pole magnetyczne itp., jego charakterystyka transmisji światła, taka jak faza i natężenie światła, ulegnie zmianie.
W związku z tym, jeśli można zmierzyć zmianę fazy światła i natężenia światła za pomocą światłowodu, można poznać zmianę zmierzonej ilości fizycznej. Ten typ czujnika jest również nazywany wrażliwym typem elementu lub funkcjonalnym czujnikiem światłowodowym. Wiązka źródła światła punktowego lasera rozprasza się na fale równoległe i jest podzielona na dwie ścieżki za pomocą rozdzielacza wiązki, jedna jest referencyjną ścieżką optyczną, a druga to pomiarowa ścieżka optyczna. Parametry zewnętrzne (temperatura, ciśnienie, wibracje itp.) powodują zmianę długości włókna i zmianę fazy świetlnej fazy, co powoduje, że różne są liczby perełek zakłócających. Poprzez zliczanie jego ruchu trybu, można zmierzyć temperaturę lub ciśnienie.
(2) Zasada ustrukturyzowego czujnika światłowodowego. Ustrukturyzowany czujnik światłowodowy to system pomiarowy składający się z elementu wykrywania światła (elementu wrażliwego), pętli transmisji światłowodowej i obwodu pomiarowego. Wśród nich światłowód jest używany tylko jako medium transmisyjne światła, więc jest również nazywany światłoprzepuszczającym lub niekonfeunkcyjnym czujnikiem światłowodowym
Wydajności
Światłowód ma wiele doskonałych właściwości, takich jak: anty-elektromagnetyczne i promieniowanie atomowe zakłócenia wydajności, mała średnica, miękkie, lekkie właściwości mechaniczne; izolacja, niewprowadzne właściwości elektryczne; wodoodporność, odporność na wysokie temperatury, odporność na korozję, właściwości chemiczne itp., Może odgrywać rolę ludzkich uszu w miejscach niedostępnych lub szkodliwych dla ludzi (takich jak obszary promieniowania jądrowego), a także może wykraczać poza ludzkie granice fizjologiczne i otrzymywać to, czego nie mogą odczuwać ludzkie zmysły. Informacje zewnętrzne.
Funkcje
1. Wysoka czułość;
2. Kształt geometryczny jest elastyczny pod wieloma względami i może być wykonany w czujnikach światłowodowych o dowolnym kształcie;
Po trzecie, może produkować urządzenia, które wyczuwają różne informacje fizyczne (akustyczne, magnetyczne, temperaturowe, obrotowe itp.);
4. Może być stosowany w wysokich napięciach, hałasie elektrycznym, wysokiej temperaturze, korozji lub innych trudnych warunkach;
Po piąte, i ma nieodłączną kompatybilność z technologią telemetrii światłowodowej.
Zaletą czujnika światłowodowego jest to, że w porównaniu z tradycyjnymi czujnikami, czujnik światłowodowy wykorzystuje światło jako nośnik poufnych informacji i światłowód jako medium do przekazywania poufnych informacji. Posiada cechy światłowodowe i optyczne pomiary i ma szereg unikalnych zalet. Dobra wydajność izolacji elektrycznej, silna zdolność zakłóceń antyelekmagnetycznych, nieinwazyjność, wysoka czułość, łatwe do zrealizowania zdalne monitorowanie mierzonego sygnału, odporność na korozję, odporność na wybuchy, elastyczna ścieżka świetlna, łatwa do podłączenia z komputerem.
Czujnik rozwija się w kierunku czułości, dokładności, zdolności adaptacyjnych, zwartości i inteligencji. Może być stosowany w miejscach, do których ludzie nie mogą dotrzeć (takich jak obszary o wysokiej temperaturze lub obszary szkodliwe dla ludzi, takie jak obszary promieniowania jądrowego). Może również wykraczać poza granice fizjologiczne ludzi i otrzymywać informacje zewnętrzne, które nie mogą być odczuwalne przez ludzkie zmysły.
Klasyfikacji
Zgodnie z trybem modulacji badanego obiektu, można go podzielić na: modulację intensywności, tryb polaryzacji, tryb fazowy i tryb częstotliwości;
W zależności od tego, czy światło przeszkadza, można je podzielić na: typ zakłóceń i typ niezakłóceniowy;
W zależności od tego, czy pomiar może być stale monitorowany w miarę zwiększania się odległości, można go podzielić na: rozproszone i oparte na punktach;
W zależności od roli światłowodu w czujnikach, można go podzielić na: jeden typ jest funkcjonalny (Functional Fiber, w skrócie FF) czujniki, znany również jako czujniki wykrywania; drugi jest niefunkcjonalną typu (Niefunkcjonalne Fiber, w skrócie NFF), i to się nazywa czujnik transmisji światła.
Składany typ funkcji
Czujnik funkcjonalny wykorzystuje właściwości samego włókna optycznego do wykorzystania światłowodu jako elementu wrażliwego. Zmierzone światło moduluje światło przenoszone w światłowodach, aby zmienić intensywność, fazę, częstotliwość lub stan polaryzacji światła przenoszonego. Sygnał jest demodulowany w celu uzyskania sygnału w trakcie testu.
Światłowód jest nie tylko medium prowadzącym światło, ale także elementem wrażliwym. Światło jest mierzone i modulowane w światłowodach, a wielomodowe światłowód jest najczęściej używany.
Zalety: zwarta konstrukcja i wysoka czułość.
Wady: wymagane jest specjalne światłowód, wysoki koszt,
Typowe przykłady: żyroskopy światłowodowe, hydrofony światłowodowe itp.
Składany nieskładkowy typ włókna
Niespożywalne czujniki światłowodowe wykorzystują inne wrażliwe komponenty do wyczucia mierzonych zmian. Światłowodowe są używane tylko jako nośniki informacji, a światłowody jednomodowe są często używane.
Światłowód odgrywa tylko rolę światła prowadzącego, a światło na światłowodowym elementem wrażliwym jest modulowane przez pomiar.
Zalety: Światłowód może być używany do izolacji elektrycznej i transmisji danych, a sygnał przesyłany przez światłowód nie jest pod wpływem zakłóceń elektromagnetycznych.
Większość praktycznych to niekondycjonalne czujniki światłowodowe. Czujnik napięcia o zmiennej częstotliwości, czujnik prądu o zmiennej częstotliwości i czujnik mocy o zmiennej częstotliwości (połączenie czujników napięcia i prądu) należą do niekondycjonalnych czujników światłowodowych, które mają unikalne zalety w pomiarze mocy w złożonych środowiskach elektromagnetycznych.
Czujniki światłowodowe to nowa technologia, która pojawiła się w ostatnich latach. Może być stosowany do pomiaru różnych ilości fizycznych, takich jak pole dźwiękowe, pole elektryczne, ciśnienie, temperatura, prędkość kątowa, przyspieszenie itp., a także może wykonywać zadania pomiarowe, które są trudne do wykonania z istniejącymi technologiami pomiarowymi. Na małej przestrzeni, w silnym środowisku elektromagnetycznym i środowisku wysokiego napięcia, czujniki światłowodowe wykazały unikalne możliwości. Istnieje ponad 70 typów czujników światłowodowych, które są z grubsza podzielone na czujniki światłowodowe i czujniki za pomocą światłowodów.
Tak zwany czujnik światłowodowy oznacza, że samo światłowód otrzymuje bezpośrednio pomiar zewnętrzny. Zewnętrzna zmierzona ilość fizyczna może spowodować zmianę długości, współczynnika załamania światła i średnicy ramienia pomiarowego, tak aby światło przekazywane w światłowodach zmieniało się w amplitudzie, fazie, częstotliwości, polaryzacji itp. Światło przepuszczane przez ramię pomiarowe i światło odniesienia ramienia odniesienia kolidują ze sobą (w porównaniu), tak aby faza (lub amplituda) światła wyjściowego zmieniała się, a zmierzona zmiana mogła zostać wykryta na podstawie tej zmiany. Faza przenoszona w światłowodach jest bardzo wrażliwa na wpływy zewnętrzne, a ilość fizyczna odpowiadająca małej zmianie fazy 10 minus 4 promieniowa może zostać wykryta za pomocą technologii interferencji. Korzystanie z właściwości uzwojenia i niskie straty światłowodu, bardzo długi światłowód może być zwinięty w cewkę światłowodową o małej średnicy, aby zwiększyć długość wykorzystania i uzyskać większą czułość.
Światłowodowy czujnik akustyczny to czujnik, który wykorzystuje światłowód. Gdy światłowód jest poddawany bardzo małej sile zewnętrznej, będzie lekko wygięty, a jego zdolność transmisji światła znacznie się zmieni. Dźwięk jest rodzajem fali mechanicznej, a jego wpływ na światłowód jest życie światłowodu i produkcji gięcia. Siłę dźwięku można uzyskać poprzez zginanie. Żyroskop światłowodowy jest również rodzajem czujnika światłowodowego. W porównaniu z żyroskopem laserowym żyroskop światłowodowy ma wysoką czułość, mały rozmiar i niski koszt. Może być stosowany w wysokowydajnych bezwładnościowych systemach nawigacyjnych samolotów, statków, pocisków rakietowych itp. Rysunek przedstawia zasadę przepływomierza turbiny z czujnikiem światłowodowym.
Składana krata Bragga
Fiber Bragg Grating Sensor (FBS) jest rodzajem czujnika światłowodowego o najwyższej częstotliwości i najszerszym zakresie. Ten rodzaj czujnika może zmieniać długość fali odbitej fali świetlnej w zależności od zmiany temperatury otoczenia i/lub odkształcenia. Kraty Fiber Bragg są używane do wystawiania małej części światłoczułego włókna na fale świetlne z okresowym rozkładem natężenia światła poprzez interferometrię holograficzną lub maskowanie fazowe. W ten sposób optyczny współczynnik załamania światła światłowodu zostanie trwale zmieniony w zależności od natężenia napromienionej fali świetlnej. Okresowe zmiany w współczynniku załamania światła spowodowane tą metodą nazywane są kratami włóknistymi Bragga.
Gdy wiązka o szerokim spektrum jest propagowana do kraty bragga, każdy mały segment włókna po zmianie współczynnika załamania światła będzie odzwierciedlał tylko określoną długość fali światła. Długość fali nazywana jest długością fali Bragga. Ta cecha sprawia, że kraty Fiber Bragg odbijają tylko fale świetlne o określonej długości fali, podczas gdy fale świetlne innych długości fal będą propagowane.
W zależności od roli światłowodu w czujniku światłowodowym, można go podzielić na dwa typy: typ wykrywania i typ transmisji światła.
Światłowód czujnika światłowodowego typu czujnika nie tylko przesyła światło, ale działa również jako czujnik fotoelektryczny. Ze względu na wpływ środowiska zewnętrznego na sam włókno optyczne, mierzona ilość fizyczna działa na czujnik przez światłowód, dzięki czemu właściwości optycznego działania falowego (natężenie światła, faza, stan polaryzacji, długość fali itp.) są modulowane. Czujniki światłowodowe typu czujnika są dalej podzielone na typ podświetlenia światła, typ modulacji fazowej, typ modulacji stanu drgań i typ modulacji długości fali.
Włókno przekładniowe światła składanego
Światłosceny typu światłowodowy wprowadza sygnał optyczny modulowany przez mierzony obiekt do światłowodu, a następnie wykonuje pomiar, przetwarzając sygnał optyczny na końcu wyjścia. Ten typ czujnika ma inny światłoczuły element wrażliwy na fizyczną ilość, która ma być mierzona, a światłowód jest używany tylko jako element transmisji światła musi być dołączony do wrażliwego elementu zdolnego do modulowania światła przesyłanego przez światłowód w celu utworzenia elementu czujnika. Czujniki światłowodowe można podzielić na trzy typy: czujniki światłowodowe punktowe, zintegrowane czujniki światłowodowe i rozproszone czujniki światłowodowe w zależności od ich zakresu pomiarowego. Wśród nich rozproszone czujniki światłowodowe służą do wykrywania rozkładu szczepów dużych struktur i mogą szybko i niedestrukcyjnie mierzyć przemieszczenie, naprężenie wewnętrzne lub powierzchniowe oraz inne ważne parametry konstrukcji. Rodzaje czujników światłowodowych stosowanych w inżynierii lądowej obejmują głównie interferometryczne czujniki światłowodowe Math-Zender, czujniki światłowodowe fabry-pero jamy i czujniki kraty światłowodowej Bragga.
Lekkość, trwałość i długoterminowa stabilność czujnika światłowodowego umożliwiają jego łatwe zastosowanie do wewnętrznego wykrywania naprężeń i odkształceń różnych materiałów budowlanych, takich jak konstrukcje stalowe i beton. Zrealizowana kontrola sanitarna konstrukcji budynku.
Inną główną kategorią czujników światłowodowych jest wykorzystanie czujników światłowodowych. Jego struktura jest mniej więcej następująca: Czujnik znajduje się na końcu światłowodu, a światłowód jest tylko linią transmisji światła, która przekształca zmierzoną ilość fizyczną w amplitudę, fazę lub amplitudę światła. W tym systemie czujników łączy się tradycyjny czujnik i światłowód. Wprowadzenie światłowodu umożliwia realizację telemetrii opartej na sondach. Ten czujnik transmisji światłowodowej ma szeroki zakres zastosowań i jest łatwy w użyciu, ale jego dokładność jest nieco niższa niż w przypadku pierwszego typu czujnika.
Światłowód jest wschodzącą gwiazdą w rodzinie czujników. Jest szeroko stosowany ze względu na doskonałą wydajność światłowodu. Jest to rodzaj czujnika, na który warto zwrócić uwagę w praktyce produkcyjnej.
Czujniki światłowodowe stały się wschodzącą gwiazdą w rodzinie czujników ze względu na ich wiele zalet i odgrywają swoją unikalną rolę w różnych pomiarach, stając się niezastąpionym członkiem rodziny czujników.
Aplikacji
Izolowane od brudu, magnetyzmu, dźwięku, ciśnienia, temperatury, przyspieszenia, żyroskopu, przemieszczenia, poziomu cieczy, momentu obrotowego, fotoakustycznego, prądu, czujnika światłowodowego mogą być używane do przemieszczenia, wibracji, obrotów, ciśnienia, gięcia, odkształcenia, prędkości, przyspieszenia, prądu, pola magnetycznego, napięcia, wilgotności, temperatury, pola dźwiękowego, przepływu, koncentracji, wartości PH i pomiaru odkształcenia. Czujniki światłowodowe mają szeroki zakres zastosowań, obejmujących prawie wszystkie ważne obszary gospodarki narodowej i obrony narodowej oraz codzienne życie ludzi. Mogą być stosowane bezpiecznie i skutecznie w trudnych warunkach. Rozwiązują one wiele problemów technicznych, które istnieją w wielu branżach od wielu lat. Popyt na rynku. Przejawia się głównie w następujących zastosowaniach:
Zastosowanie żyroskopów interferometrycznych i czujników ciśnienia kraty w mostach, tamach, polach naftowych itp. Czujniki światłowodowe mogą być osadzone w betonie, tworzywach sztucznych wzmocnionych włóknem węglowym i różnych materiałach kompozytowych w celu przetestowania wypoczynku naprężeń, stresu budowlanego i dynamicznego obciążenia, tak aby ocenić wydajność strukturalną mostu w krótkoterminowej fazie budowy i długoterminowym stanie pracy.
W systemie zasilania konieczne jest zmierzenie temperatury, prądu i innych parametrów, takich jak wykrywanie temperatury w stojanu i wirniku transformatorów wysokiego napięcia i dużych silników. Ponieważ czujniki elektryczne są podatne na zakłócenia pola elektromagnetycznego, nie mogą być używane w takich sytuacjach. Czujnik światłowodowy. Rozproszony czujnik temperatury światłowodowego jest zaawansowanym technologią opracowaną w ostatnich latach do pomiaru w czasie rzeczywistym przestrzennego rozkładu pola temperatury. Rozproszony system wykrywania temperatury światłowodowego ma nie tylko zalety wspólnych czujników światłowodowych, ale także ma możliwość pomiaru temperatury różnych punktów wzdłuż światłowodu. Dzięki rozproszonej zdolności wykrywania możemy stale mierzyć temperaturę różnych punktów w promieniu kilku kilometrów wzdłuż światłowodu w czasie rzeczywistym. Dokładność pozycjonowania może osiągnąć kolejność metrów, a dokładność pomiaru może osiągnąć poziom 1 stopnia. Jest bardzo odpowiedni do pomiaru temperatury przecięcia na dużą skalę. Okazje aplikacyjne.
Ponadto czujniki światłowodowe mogą być również stosowane w monitorowaniu kolejowym, systemach napędu rakietowego i wykrywaniu odtworzenia oleju.
Światłowód ma niezwykłe zalety szerokopasmowego, dużej pojemności, transmisji dalekobieżnej i wieloparametrowej, rozproszonej i niskoenergetycznych czujników zużycia. Czujnik światłowodowy może nadal absorbować nowe technologie i urządzenia do komunikacji światłowodowej, a różne czujniki światłowodowe mają być szeroko stosowane w Internecie rzeczy.
