În anul 1960, a fost inventată lumina laser și, după inventarea laserelor, cercetătorii și-au arătat interesul de a studia aplicațiile sistemelor de comunicații cu fibră optică pentru detectare, comunicații de date și multe alte aplicații. Ulterior sistem de comunicare cu fibra optica a devenit alegerea supremă pentru transmiterea datelor gigabits și dincolo de gigabits. Acest tip de comunicație prin fibră optică este utilizat pentru a transmite date, voce, telemetrie și video pe o rețea de comunicație la distanță sau rețele de calculatoare sau rețele LAN. Această tehnologie folosește o undă de lumină pentru a transmite datele pe o fibră prin schimbarea semnalelor electronice în lumină. Unele dintre caracteristicile excelente ale acestei tehnologii includ greutatea redusă, atenuarea redusă, diametrul mai mic, transmisia semnalului pe distanțe lungi, securitatea transmisiei și așa mai departe.

Senzori de fibra optica

În mod semnificativ, tehnologia telecomunicațiilor a schimbat progresele recente în tehnologia fibrelor optice. Ultima revoluție a apărut ca designeri pentru a combina rezultatele productive ale dispozitive optoelectronice cu dispozitive de telecomunicații cu fibră optică pentru a crea senzori de fibră optică. Multe dintre componentele asociate acestor dispozitive sunt adesea dezvoltate pentru aplicațiile cu senzori de fibră optică. Capacitatea senzorilor de fibră optică a crescut în locul senzorului tradițional.

Senzori de fibra optica

Senzorii de fibră optică numiți și ca senzori de fibră optică utilizează fibră optică sau element de detectare. Acești senzori sunt utilizați pentru a detecta anumite cantități, cum ar fi temperatura, presiunea, vibrațiile, deplasările, rotațiile sau concentrația speciilor chimice. Fibrele au atât de multe utilizări în domeniul teledetecției, deoarece nu necesită energie electrică la locația la distanță și au dimensiuni reduse.

Senzorii cu fibră optică sunt supremi pentru condiții insensibile, inclusiv zgomot, vibrații ridicate, căldură extremă, medii umede și instabile. Acești senzori se pot potrivi cu ușurință în zone mici și pot fi poziționați corect oriunde sunt necesare fibre flexibile. Schimbarea lungimii de undă poate fi calculată folosind un dispozitiv, reflectrometrie optică în domeniu de frecvență. Întârzierea în timp a senzorilor din fibră optică poate fi decisă utilizând un dispozitiv, cum ar fi un reflector cu domeniu de timp optic.

Diagrama bloc a senzorului cu fibră optică

Diagrama bloc generală a senzorului cu fibră optică este prezentată mai sus. Diagrama bloc constă din sursă optică ( Dioda electro luminiscenta , LASER și diodă laser), fibră optică, element de detectare, detector optic și dispozitive de procesare finală (analizor de spectru optic, osciloscop). Acești senzori sunt clasificați în trei categorii pe baza principiilor de funcționare, a locației senzorului și a aplicației.

Tipuri de sisteme de senzori cu fibră optică

Acești senzori pot fi clasificați și explicați în modul următor:

1. Pe baza locației senzorului, senzorii din fibră optică sunt clasificați în două tipuri:

Senzori intrinseci de fibră optică
Senzor de fibră optică extrinsecă

Senzori de fibră optică de tip intrinsec

În acest tip de senzori, detectarea are loc în interiorul fibrei în sine. Senzorii depind de proprietățile fibrei optice în sine pentru a converti o acțiune de mediu într-un modulare a fasciculului de lumină care trece prin el. Aici, una dintre proprietățile fizice ale semnalului luminos poate fi sub formă de frecvență, fază, intensitate de polarizare. Cea mai utilă caracteristică a senzorului de fibră optică intrinsec este că oferă o detectare distribuită pe distanțe lungi. Conceptul de bază al senzorului de fibră optică intrinsec este prezentat în figura următoare.

Senzori de fibră optică de tip intrinsec

Senzori de fibră optică de tip extrinsec

În senzorii de fibră optică de tip extrinsec, fibra poate fi utilizată ca suport de informații care arată calea către o cutie neagră. Acesta generează un semnal luminos în funcție de informațiile sosite la cutia neagră. Cutia neagră poate fi făcută din oglinzi,gaz sau orice alt mecanism care generează un semnal optic. Acești senzori sunt utilizați pentru a măsura rotația, viteza vibrațiilor, deplasarea, răsucirea, cuplul și accelerația. Maiorul beneficiu al acestor senzori este capacitatea lor de a ajunge în locuri altfel inaccesibile.

Senzori de fibră optică de tip extrinsec

“ce este o cușcă de veveriță ”

Cel mai bun exemplu al acestui senzor este măsurarea temperaturii interioare a motorului cu reacție al aeronavei care folosește o fibră pentru a transmite o radiație într-un pirometru de radiații, care se află în afara motorului. În același mod, acești senzori pot fi folosiți și pentru măsurarea temperaturii interne a transformatoare . Acești senzori oferă o protecție excelentă a semnalelor de măsurare împotriva corupției de zgomot. Figura următoare prezintă conceptul de bază al senzorului de fibră optică extrinsecă.

2. Pe baza principiilor de funcționare, senzorii cu fibră optică sunt clasificați în trei tipuri:

Bazat pe intensitate
Bazat pe faze
Bazat pe polarizare

Senzor de fibră optică bazat pe intensitate

Senzorii de fibră optică pe bază de intensitate necesită mai multă lumină, iar acești senzori folosesc fibre cu nucleu mare multimod. Figura prezentată oferă o idee despre modul în care funcționează intensitatea luminii ca parametru de detectare, precum și despre modul în care acest aranjament face ca fibra să funcționeze ca senzor de vibrații. Atunci când există o vibrație, va exista o schimbare a luminii introduse de la un capăt la altul și acest lucru va face inteligența pentru măsurarea amplitudinii vibrațiilor.

Senzor de fibră optică bazat pe intensitate

În figură, senzorul de fibră optică și vibrația mai apropiat depinde de intensitatea luminii din părțile ulterioare. Acești senzori au multe limitări datorate pierderilor variabile din sistem care nu apar în mediu. Aceste pierderi variabile includ pierderi cauzate de îmbinări, pierderi de îndoire micro și macro, pierderi datorate conexiunilor la articulații, etc. Exemplele includ senzori pe bază de intensitate sau senzor de microcurbare și senzor de undă evanescentă.

Avantajele acestor senzori cu fibră optică includ costuri reduse, capacitatea de a efectua ca senzori distribuiți reali, foarte simplu de implementat, posibilitatea de a fi multiplexat etc. Dezavantajele includ variații ale intensității luminii și măsurători relative etc.

Senzor de fibră optică bazat pe polarizare

Fibrele optice bazate pe polarizare sunt importante pentru o anumită clasă de senzori. Această proprietate poate fi pur și simplu modificată de diferite variabile externe și, prin urmare, de acestea tipuri de senzori poate fi utilizat pentru măsurarea unei game de parametri.Au fost dezvoltate fibre speciale și alte componente cu caracteristici de polarizare exacte. În general, acestea sunt utilizate într-o varietate de aplicații de măsurare, comunicare și procesare a semnalului.

Senzor de fibră optică bazat pe polarizare

Configurarea optică pentru un senzor de fibră optică bazat pe polarizare este prezentată mai sus. Este modelat prin polarizarea luminii de la sursa de lumină printr-un polarizator. Lumina polarizată este pornită la 45o față de axele selectate ale unei lungimi de fibre protejante de polarizare birefringentă. Această secțiune a fibrei este servită ca fibră de detectare. Apoi, diferența de fază dintre cele două stări de polarizare este modificată sub orice tulburări externe, cum ar fi tensiunea sau tensiunea. Apoi, în funcție de perturbările externe, polarizarea de ieșire este modificată. Astfel, luând în considerare starea de polarizare a ieșirii la capătul următor al fibrei, perturbările externe pot fi detectate.

Senzor de fibră optică bazat pe faze

Aceste tipuri de senzori sunt folosiți pentru a modifica lumina emițătorului pe semnalul informațional în care semnalul este observat de senzorul de fibră optică pe bază de fază. Când un fascicul de lumină este trecut prin interferometru, atunci lumina se separă în două fascicule.În care un fascicul este expus mediului de detectare și celălalt fascicul este izolat de mediul de detectare, care este folosit ca referință. Odată ce cele două grinzi separate sunt recombinate, atunci acestea se împiedică între ele. Interferometrele cele mai utilizate sunt Michelson, Mach Zehnder, Sagnac, grile și interferometre polarimetrice. Aici, interferometrele Mach Zehnder și Michelson sunt prezentate mai jos.

Senzor de fibră optică bazat pe faze

aici sunt diferențe și asemănări între cele două interferometre. În ceea ce privește asemănările, interferometrul Michelson este frecvent considerat a fi un interferometru Mach Zehnder pliat. Configurarea interferometrului Michelson necesită un singur cuplaj cu fibre optice. Deoarece lumina trece de două ori prin fibrele de detectare și de referință, defazarea optică pe unitate de lungime a fibrei este dublată. Astfel, Michelson poate avea în mod esențial o sensibilitate mai bună. Un alt avantaj clar al Michelson este că senzorul poate fi interogat cu o singură fibră între sursă și modulul detector sursă. Dar, o interferență de reflecție de bună calitate este necesară pentru interferometrul Michelson

3. Pe baza aplicației, senzorii cu fibră optică sunt clasificați în trei tipuri, cum ar fi

Senzor chimic
Senzor fizic
Senzor Bio Medical

Senzor chimic

Un senzor chimic este un dispozitiv care este utilizat pentru a transforma informațiile chimice sub forma unui semnal fizic măsurabil care este asociat cu concentrația unei anumite specii chimice. Senzorul chimic este o componentă importantă a unui analizor și poate include unele dispozitive care efectuează următoarele funcții: procesarea semnalului, eșantionarea și prelucrarea datelor. Un analizor poate fi o parte importantă a unui sistem automat.

Senzor chimic

Funcționarea analizorului în conformitate cu un plan de eșantionare în funcție de timp acționează ca un monitor. Acești senzori includ două unități funcționale: un receptor și un traductor. În partea receptorului, informațiile chimice sunt transformate într-o energie care poate fi măsurată de traductor. În partea transductor, informațiile chimice sunt transformate într-un semnal analitic și nu prezintă sensibilitate.

Senzor fizic

Un senzor fizic este un dispozitiv realizat în funcție de efectul fizic și natura. Acești senzori sunt utilizați pentru a furniza informații despre o proprietate fizică a sistemului. Acest tip de senzori sunt în mare parte semnificați de senzori cum ar fi senzorii fotoelectrici, senzori piezoelectrici , senzori de deformare a rezistenței metalice și senzori piezo-rezistenți semiconductori.

Senzor Bio Medical

Senzorul biomedical este un dispozitiv electronic care este utilizat pentru a transfera diferite mărimi neelectrice în câmpuri biomedicale în mărimi electrice ușor de detectat. Din acest motiv, acești senzori sunt incluși în analiza asistenței medicale. Această tehnologie de detectare este cheia colectării informațiilor patologice și fiziologice umane.

Senzor Bio Medical

Aplicații ale senzorilor de fibră optică

Senzorii cu fibră optică sunt utilizați într-o gamă variată de aplicații, cum ar fi

Măsurarea proprietăților fizice, cum ar fi temperatura, deplasarea,viteza, deformarea în structuri de orice dimensiune sau orice formă.
În timp real, monitorizarea structurii fizice a sănătății.
Clădiri și poduri, tuneluri,Baraje, structuri de patrimoniu.
Camera de vizionare de noapte, sisteme electronice de securitate , Detectarea descărcării parțiale și măsurarea încărcăturilor pe roți ale vehiculelor.

Astfel, o imagine de ansamblu asupra senzori de fibra optica și aplicațiile au fost discutate. Există multe avantaje ale utilizării senzorilor cu fibră optică pentru comunicații la distanță lungă, care includ dimensiuni reduse, greutate redusă, compactitate, sensibilitate ridicată, lățime de bandă largă etc. Toate aceste caracteristici fac cea mai bună utilizare a fibrei optice ca senzor. În afară de aceasta, pentru orice ajutor cu privire la acest subiect sau idei de proiecte bazate pe senzori , ne puteți contacta comentând în secțiunea de comentarii de mai jos.

Credite foto: