Το 1960 εφευρέθηκε το φως λέιζερ και μετά την εφεύρεση των λέιζερ, οι ερευνητές είχαν δείξει ενδιαφέρον να μελετήσουν τις εφαρμογές συστημάτων επικοινωνίας οπτικών ινών για ανίχνευση, επικοινωνία δεδομένων και πολλές άλλες εφαρμογές. Στη συνέχεια το σύστημα επικοινωνίας οπτικών ινών έχει γίνει η απόλυτη επιλογή για μετάδοση δεδομένων gigabits και πέρα από gigabits. Αυτός ο τύπος επικοινωνίας οπτικών ινών χρησιμοποιείται για τη μετάδοση δεδομένων, φωνής, τηλεμετρίας και βίντεο μέσω υπεραστικών επικοινωνιών ή δικτύων υπολογιστών ή LAN. Αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιεί ένα κύμα φωτός για τη μετάδοση των δεδομένων μέσω μιας ίνας αλλάζοντας τα ηλεκτρονικά σήματα σε φως. Μερικά από τα εξαιρετικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα αυτής της τεχνολογίας περιλαμβάνουν ελαφρότητα, χαμηλή εξασθένηση, μικρότερη διάμετρο, μετάδοση σήματος μεγάλων αποστάσεων, ασφάλεια μετάδοσης και ούτω καθεξής.

Αισθητήρες οπτικών ινών

Σημαντικά, το τεχνολογία τηλεπικοινωνιών έχει αλλάξει τις πρόσφατες εξελίξεις στην τεχνολογία οπτικών ινών. Η τελευταία επανάσταση εμφανίστηκε ως σχεδιαστές για να συνδυάσει τα παραγωγικά αποτελέσματα της οπτικοηλεκτρονικές συσκευές με συσκευές οπτικών ινών-τηλεπικοινωνιών για τη δημιουργία αισθητήρων οπτικών ινών. Πολλά από τα εξαρτήματα που σχετίζονται με αυτές τις συσκευές συχνά αναπτύσσονται για εφαρμογές αισθητήρων οπτικών ινών. Η ικανότητα των αισθητήρων οπτικών ινών έχει αυξηθεί στη θέση του παραδοσιακού αισθητήρα.

Αισθητήρες οπτικών ινών

Οι αισθητήρες οπτικών ινών που καλούνται επίσης ως αισθητήρες οπτικών ινών χρησιμοποιούν οπτικές ίνες ή αισθητήριο στοιχείο. Αυτοί οι αισθητήρες χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση ορισμένων ποσοτήτων όπως θερμοκρασία, πίεση, δονήσεις, μετατοπίσεις, περιστροφές ή συγκέντρωση χημικών ειδών. Οι ίνες έχουν τόσες πολλές χρήσεις στον τομέα της τηλεπισκόπησης επειδή δεν απαιτούν ηλεκτρική ισχύ στην απομακρυσμένη τοποθεσία και έχουν μικρό μέγεθος.

Οι αισθητήρες οπτικών ινών είναι εξαιρετικοί για συνθήκες χωρίς ευαισθησία, όπως θόρυβος, υψηλή δόνηση, ακραία θερμότητα, βρεγμένα και ασταθή περιβάλλοντα. Αυτοί οι αισθητήρες μπορούν να χωρέσουν εύκολα σε μικρές περιοχές και μπορούν να τοποθετηθούν σωστά όπου χρειάζονται εύκαμπτες ίνες. Η μετατόπιση του μήκους κύματος μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας μια συσκευή, ανακλαστική οπτική συχνότητα-τομέα. Η χρονική καθυστέρηση των αισθητήρων οπτικών ινών μπορεί να αποφασιστεί χρησιμοποιώντας μια συσκευή όπως ένα ανακλαστικόμετρο οπτικού πεδίου χρόνου.

Διάγραμμα μπλοκ του αισθητήρα οπτικών ινών

Το γενικό μπλοκ διάγραμμα του αισθητήρα οπτικών ινών φαίνεται παραπάνω. Το μπλοκ διάγραμμα αποτελείται από οπτική πηγή ( Δίοδος εκπομπής φωτός , LASER και δίοδος λέιζερ), οπτικές ίνες, αισθητήριο στοιχείο, οπτικός ανιχνευτής και συσκευές τελικής επεξεργασίας (αναλυτής οπτικού φάσματος, παλμογράφος). Αυτοί οι αισθητήρες ταξινομούνται σε τρεις κατηγορίες με βάση τις αρχές λειτουργίας, τη θέση και την εφαρμογή του αισθητήρα.

Τύποι συστημάτων αισθητήρων οπτικών ινών

Αυτοί οι αισθητήρες μπορούν να ταξινομηθούν και να εξηγηθούν με τον ακόλουθο τρόπο:

1. Με βάση την τοποθεσία του αισθητήρα, οι αισθητήρες οπτικών ινών ταξινομούνται σε δύο τύπους:

Εσωτερικοί αισθητήρες οπτικών ινών
Εξωτερικός αισθητήρας οπτικών ινών

Εσωτερικοί αισθητήρες οπτικών ινών τύπου

Σε αυτόν τον τύπο αισθητήρων, η ανίχνευση πραγματοποιείται εντός της ίδιας της ίνας. Οι αισθητήρες εξαρτώνται από τις ιδιότητες της ίδιας της οπτικής ίνας για τη μετατροπή μιας περιβαλλοντικής δράσης σε α διαμόρφωση της δέσμης φωτός που διέρχεται από αυτήν. Εδώ, μία από τις φυσικές ιδιότητες του φωτεινού σήματος μπορεί να έχει τη μορφή συχνότητας, φάσης, έντασης πόλωσης. Το πιο χρήσιμο χαρακτηριστικό του εγγενή αισθητήρα οπτικών ινών είναι, παρέχει κατανεμημένη ανίχνευση σε μεγάλες αποστάσεις. Η βασική ιδέα του εσωτερικού αισθητήρα οπτικών ινών φαίνεται στο ακόλουθο σχήμα.

Εσωτερικοί αισθητήρες οπτικών ινών τύπου

Εξωτερικοί αισθητήρες οπτικών ινών τύπου

Σε εξωγενείς τύπους οπτικών ινών αισθητήρες, η ίνα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως φορέας πληροφοριών που δείχνουν το δρόμο προς ένα μαύρο κουτί. Παράγει ένα φωτεινό σήμα ανάλογα με τις πληροφορίες που έφτασαν στο μαύρο κουτί. Το μαύρο κουτί μπορεί να είναι κατασκευασμένο από καθρέφτες,αέριο ή άλλους μηχανισμούς που παράγουν οπτικό σήμα. Αυτοί οι αισθητήρες χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση περιστροφής, ταχύτητας δόνησης, μετατόπισης, περιστροφής, ροπής και επιτάχυνσης. Ο δήμαρχος όφελος αυτών των αισθητήρων είναι η ικανότητά τους να φτάνουν σε μέρη που διαφορετικά δεν είναι προσβάσιμα.

Εξωτερικοί αισθητήρες οπτικών ινών τύπου

“τι είναι ο τριφασικός ηλεκτρισμός ”

Το καλύτερο παράδειγμα αυτού του αισθητήρα είναι η μέτρηση της εσωτερικής θερμοκρασίας του κινητήρα αεριωθούμενου αεροσκάφους που χρησιμοποιεί μια ίνα για να μεταδώσει μια ακτινοβολία σε ένα πυρόμετρο ακτινοβολίας, το οποίο βρίσκεται έξω από τον κινητήρα. Με τον ίδιο τρόπο, αυτοί οι αισθητήρες μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τη μέτρηση της εσωτερικής θερμοκρασίας του μετασχηματιστές . Αυτοί οι αισθητήρες παρέχουν εξαιρετική προστασία των σημάτων μέτρησης από τη φθορά του θορύβου. Το παρακάτω σχήμα δείχνει τη βασική ιδέα του εξωγενούς αισθητήρα οπτικών ινών.

2. Με βάση τις αρχές λειτουργίας, οι αισθητήρες οπτικών ινών ταξινομούνται σε τρεις τύπους:

Με βάση την ένταση
Με βάση τη φάση
Με βάση την πόλωση

Αισθητήρας οπτικών ινών με βάση την ένταση

Οι αισθητήρες οπτικών ινών με βάση την ένταση απαιτούν περισσότερο φως και αυτοί οι αισθητήρες χρησιμοποιούν ίνες πυρήνα πολλαπλών τρόπων λειτουργίας. Η εικόνα που δείχνεται δίνει μια ιδέα για το πώς λειτουργεί η ένταση του φωτός ως παράμετρος αίσθησης καθώς και πώς αυτή η διάταξη κάνει την ίνα να λειτουργεί ως αισθητήρας δόνησης. Όταν υπάρχει δόνηση, θα υπάρξει μια αλλαγή στο φως που εισάγεται από το ένα άκρο στο άλλο άκρο και αυτό θα κάνει τη νοημοσύνη για τη μέτρηση του πλάτους δόνησης.

Αισθητήρας οπτικών ινών με βάση την ένταση

Στο σχήμα, ο στενότερος αισθητήρας οπτικών ινών και κραδασμών εξαρτάται από την ένταση του φωτός στα επόμενα μέρη. Αυτοί οι αισθητήρες έχουν πολλούς περιορισμούς λόγω μεταβλητών απωλειών στο σύστημα που δεν συμβαίνουν στο περιβάλλον. Αυτές οι μεταβλητές απώλειες περιλαμβάνουν απώλειες λόγω συναρμογών, απώλειες κάμψης μικρο & μακροεντολών, απώλειες λόγω συνδέσεων στις αρθρώσεις κ.λπ. Τα παραδείγματα περιλαμβάνουν αισθητήρες βασισμένους στην ένταση ή αισθητήρα μικροστροφής και αισθητήρα κυματοειδούς κύματος.

Τα πλεονεκτήματα αυτών των αισθητήρων οπτικών ινών περιλαμβάνουν χαμηλό κόστος, ικανότητα λειτουργίας ως πραγματικοί κατανεμημένοι αισθητήρες, πολύ απλοί στην εφαρμογή, δυνατότητα πολυπλεξίας κ.λπ. Τα μειονεκτήματα περιλαμβάνουν διακυμάνσεις στην ένταση του φωτός και σχετικές μετρήσεις κ.λπ.

Αισθητήρας οπτικών ινών με βάση πόλωση

Οι οπτικές ίνες με βάση την πόλωση είναι σημαντικές για μια συγκεκριμένη κατηγορία αισθητήρων. Αυτή η ιδιότητα μπορεί απλώς να τροποποιηθεί από διάφορες εξωτερικές μεταβλητές και έτσι, αυτές τύποι αισθητήρων μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση ενός εύρους παραμέτρων.Ειδικές ίνες και άλλα συστατικά έχουν αναπτυχθεί με ακριβή χαρακτηριστικά πόλωσης. Γενικά, αυτά χρησιμοποιούνται σε ποικίλες εφαρμογές μετρήσεων, επικοινωνίας και επεξεργασίας σήματος.

Αισθητήρας οπτικών ινών με βάση πόλωση

Η οπτική ρύθμιση για έναν αισθητήρα οπτικών ινών με βάση πόλωση φαίνεται παραπάνω. Διαμορφώνεται με πόλωση του φωτός από την πηγή φωτός μέσω πολωτή. Το πολωμένο φως ξεκινά στους 45o στους επιλεγμένους άξονες μήκους προστατευτικής ίνας πολικής πολικότητας. Αυτό το τμήμα της ίνας χρησιμοποιείται ως ανιχνευτική ίνα. Στη συνέχεια, η διαφορά φάσης μεταξύ των δύο καταστάσεων πόλωσης αλλάζει υπό οποιεσδήποτε εξωτερικές διαταραχές όπως το στρες ή η πίεση. Στη συνέχεια, σύμφωνα με τις εξωτερικές διαταραχές, η πόλωση εξόδου αλλάζει. Έτσι, λαμβάνοντας υπόψη την κατάσταση πόλωσης εξόδου στο επόμενο άκρο της ίνας, μπορούν να εντοπιστούν οι εξωτερικές διαταραχές.

Αισθητήρας οπτικών ινών με βάση τη φάση

Αυτοί οι τύποι αισθητήρων χρησιμοποιούνται για να αλλάξουν το φως εκπομπού στο σήμα πληροφοριών όπου το σήμα παρατηρείται από τον αισθητήρα οπτικών ινών με βάση τη φάση. Όταν μια φωτεινή δέσμη διέρχεται μέσω του συμβολομέτρου, τότε το φως διαχωρίζεται σε δύο ακτίνες. Όπου μια ακτίνα εκτίθεται στο αισθητήριο περιβάλλον και η άλλη δέσμη απομονώνεται από το αισθητήριο περιβάλλον, το οποίο χρησιμοποιείται ως αναφορά. Μόλις οι δύο διαχωρισμένες δοκοί ανασυνδυαστούν, τότε έρχονται στο δρόμο μεταξύ τους. Τα συνηθέστερα χρησιμοποιούμενα ιντερφερόμετρα είναι τα Michelson, Mach Zehnder, Sagnac, κιγκλιδώματα και πολυμετρικά ιντερφερόμετρα. Εδώ, τα παρεμβολόμετρα Mach Zehnder και Michelson παρουσιάζονται παρακάτω.

Αισθητήρας οπτικών ινών με βάση τη φάση

Εδώ είναι διαφορές και ομοιότητες μεταξύ των δύο ιντερφερόμετρων. Όσον αφορά τις ομοιότητες, το ιντερφερόμετρο Michelson θεωρείται συχνά ως αναδιπλούμενο μεσοδιάστημα Mach Zehnder. Η διαμόρφωση του συμβολόμετρου Michelson απαιτεί μόνο έναν ζεύκτη οπτικών ινών. Επειδή το φως περνά δύο φορές μέσω των ινών ανίχνευσης και αναφοράς, η μετατόπιση της οπτικής φάσης ανά μονάδα μήκους της ίνας διπλασιάζεται. Έτσι, ο Michelson μπορεί ουσιαστικά να έχει καλύτερη ευαισθησία. Ένα άλλο σαφές πλεονέκτημα του Michelson είναι ότι ο αισθητήρας μπορεί να ερωτηθεί με μία μόνο ίνα μεταξύ της μονάδας ανίχνευσης πηγής και πηγής. Ωστόσο, απαιτείται ένας καθρέφτης αντανάκλασης καλής ποιότητας για το συμβολόμετρο Michelson

3. Με βάση την εφαρμογή, οι αισθητήρες οπτικών ινών ταξινομούνται σε τρεις τύπους όπως

Χημικός αισθητήρας
Φυσικός αισθητήρας
Βιο ιατρικός αισθητήρας

Χημικός αισθητήρας

Ένας χημικός αισθητήρας είναι μια συσκευή που χρησιμοποιείται για τη μετατροπή χημικών πληροφοριών με τη μορφή ενός μετρήσιμου φυσικού σήματος που σχετίζεται με τη συγκέντρωση ενός συγκεκριμένου χημικού είδους. Ο χημικός αισθητήρας είναι ένα σημαντικό συστατικό ενός αναλυτή και μπορεί να περιλαμβάνει ορισμένες συσκευές που εκτελούν τα ακόλουθα Λειτουργίες: επεξεργασία σήματος, δειγματοληψία και επεξεργασία δεδομένων. Ένας αναλυτής μπορεί να είναι ένα σημαντικό μέρος ενός αυτοματοποιημένου συστήματος.

Χημικός αισθητήρας

Η λειτουργία του αναλυτή σύμφωνα με ένα σχέδιο δειγματοληψίας ως συνάρτηση του χρόνου ενεργεί ως οθόνη. Αυτοί οι αισθητήρες περιλαμβάνουν δύο λειτουργικές μονάδες: έναν υποδοχέα και έναν μορφοτροπέα. Στο μέρος του υποδοχέα, οι χημικές πληροφορίες μετατρέπονται σε ενέργεια που μπορεί να μετρηθεί από τον μορφοτροπέα. Στο μέρος του μορφοτροπέα, οι χημικές πληροφορίες μετατρέπονται σε αναλυτικό σήμα και δεν δείχνει ευαισθησία.

Φυσικός αισθητήρας

Ένας φυσικός αισθητήρας είναι μια συσκευή που κατασκευάζεται σύμφωνα με τη φυσική επίδραση και τη φύση. Αυτοί οι αισθητήρες χρησιμοποιούνται για να παρέχουν τις πληροφορίες σχετικά με μια φυσική ιδιότητα του συστήματος. Αυτός ο τύπος αισθητήρων επισημαίνεται ως επί το πλείστον από αισθητήρες όπως φωτοηλεκτρικοί αισθητήρες, πιεζοηλεκτρικοί αισθητήρες , αισθητήρες πίεσης αντοχής μετάλλων και πιεζοηλεκτρικοί αισθητήρες ημιαγωγών.

Βιο ιατρικός αισθητήρας

Ο βιοϊατρικός αισθητήρας είναι μια ηλεκτρονική συσκευή που χρησιμοποιείται για τη μεταφορά διαφόρων μη ηλεκτρικών ποσοτήτων σε βιοϊατρικά πεδία σε εύκολα ανιχνεύσιμες ηλεκτρικές ποσότητες. Λόγω αυτού του λόγου, αυτοί οι αισθητήρες περιλαμβάνονται στην ανάλυση υγειονομικής περίθαλψης. Αυτή η τεχνολογία ανίχνευσης είναι το κλειδί για τη συλλογή ανθρώπινων παθολογικών και φυσιολογικών πληροφοριών.

Βιο ιατρικός αισθητήρας

Εφαρμογές αισθητήρων οπτικών ινών

Οι αισθητήρες οπτικών ινών χρησιμοποιούνται σε ποικίλες εφαρμογές όπως

Μέτρηση φυσικών ιδιοτήτων όπως θερμοκρασία, μετατόπιση,ταχύτητα, πίεση σε δομές οποιουδήποτε μεγέθους ή οποιουδήποτε σχήματος.
Σε πραγματικό χρόνο, η παρακολούθηση της φυσικής δομής της υγείας.
Κτίρια και γέφυρες, σήραγγες,Φράγματα, δομές κληρονομιάς.
Κάμερα νυχτερινής όρασης, ηλεκτρονικά συστήματα ασφαλείας , Μερική ανίχνευση και μέτρηση φορτίων τροχών οχημάτων.

Έτσι, μια επισκόπηση του αισθητήρες οπτικών ινών και οι εφαρμογές έχουν συζητηθεί. Υπάρχουν πολλά πλεονεκτήματα από τη χρήση αισθητήρων οπτικών ινών για επικοινωνία μεγάλων αποστάσεων που περιλαμβάνουν μικρό μέγεθος, ελαφρύ σε βάρος, συμπαγή, υψηλή ευαισθησία, πλάτος εύρους ζώνης κ.λπ. Εκτός από αυτό, για οποιαδήποτε βοήθεια σχετικά με αυτό το θέμα ή ιδέες έργου με βάση τον αισθητήρα , μπορείτε να επικοινωνήσετε μαζί μας σχολιάζοντας την παρακάτω ενότητα σχολίων.

Φωτογραφικές μονάδες: