V oblasti modernej technológie snímania sa senzory optických vlákien objavili ako výkonný nástroj na meranie rôznych fyzikálnych a chemických parametrov. Ako popredný dodávateľ senzora optického vlákna sa ma často pýtajú, ako tieto senzory merajú prenos. V tomto blogovom príspevku sa ponorím do princípov merania prenosu vlákien optického snímača a skúmam kľúčové komponenty a techniky.
Základy snímačov optických vlákien
Predtým, ako sa ponoríme do procesu merania, stručne preskúmajme základné komponenty snímača optických vlákien. V jadre sa senzor optického vlákna pozostáva z optického vlákna, ktoré slúži ako médium na prenos svetla. Optické vlákno je zvyčajne vyrobené zo skla alebo plastu a je navrhnuté tak, aby viedlo svetlo pozdĺž jeho dĺžky celkovým vnútorným odrazom.
Existujú dva hlavné typy snímačov optických vlákien: vnútorné a vonkajšie. Vnútorné senzory sa spoliehajú na interakciu medzi meraním (meraný fyzikálny alebo chemický parameter) a optické vlastnosti samotného vlákna. Na druhej strane vonkajšie senzory používajú vlákno iba ako prostriedok na prenos svetla na a z snímacieho prvku umiestneného mimo vlákna.
Meranie prenosu v optických senzoroch vlákna
Meranie prenosu vo vláknových optických senzoroch je založené na princípe šírenia svetla prostredníctvom optického vlákna. Keď sa svetlo vstrekuje do vlákna, cestuje sa pozdĺž jadra vlákna, riadeného rozdielom indexu lomu medzi jadrom a opláštením. Keď svetlo prechádza vláknom, môže byť ovplyvnené rôznymi faktormi, ako je napríklad prítomnosť merania, ktoré môžu spôsobiť zmeny intenzity, fázy alebo polarizácie svetla.
Meranie intenzity
Jednou z najbežnejších metód merania prenosu v optických senzoroch je meranie založené na intenzite. V tomto prístupe sa meria intenzita svetla vychádzajúcich z vlákna a koreluje s hodnotou meracieho prostriedku. Napríklad v snímači optického vlákna, ktorý sa používa na meranie teploty, sa intenzita svetla môže meniť, keď sa teplota vlákna mení v dôsledku termooptického účinku, čo spôsobuje zmenu indexu lomu vláknového materiálu.
Na implementáciu meracieho systému založeného na intenzite sa na vloženie svetla do vlákna používa zdroj svetla, napríklad laser alebo LED LED. Svetlo potom prechádza cez vlákno a interaguje s meraním. Na výstupnom konci vlákna sa na meranie intenzity svetla používa fotodetektor. Výstup fotodetektora sa potom spracuje, aby sa dosiahlo meranie merania.
Fázové meranie
Fázové meranie je ďalšou dôležitou technikou na meranie prenosu v optických senzoroch. V tomto prístupe sa meria fáza svetla vychádzajúceho z vlákna a koreluje s hodnotou merania. Fázové zmeny sa môžu vyskytnúť v dôsledku rôznych faktorov, ako sú napätie, teplota alebo tlak, ktoré môžu spôsobiť zmenu dĺžky optickej dráhy vlákna.
Na implementáciu fázového meracieho systému sa na vstup do vlákna používa koherentný zdroj svetla, napríklad laser. Svetlo potom prechádza cez vlákno a interaguje s meraním. Na výstupnom konci vlákna sa svetlo kombinuje s referenčným lúčom a fázový rozdiel medzi týmito dvoma lúčmi sa meria pomocou interferometra. Výstup interferometra sa potom spracuje, aby sa dosiahlo meranie merania.
Meranie polarizácie
Meranie založené na polarizácii je menej častá, ale stále dôležitá technika na meranie prenosu v optických senzoroch vlákien. V tomto prístupe sa meria polarizačný stav svetla vychádzajúci z vlákna a koreluje s hodnotou merania. Môžu sa vyskytnúť zmeny polarizácie v dôsledku rôznych faktorov, ako sú stres, magnetické polia alebo elektrické polia, ktoré môžu spôsobiť zmenu dvojlomu vláknového materiálu.
Na implementáciu meracieho systému založeného na polarizácii sa na vloženie svetla do vlákna používa polarizovaný zdroj svetla. Svetlo potom prechádza cez vlákno a interaguje s meraním. Na výstupnom konci vlákna sa polarizačný stav svetla meria pomocou polarimetra. Výstup polarimetra sa potom spracuje, aby sa dosiahlo meranie merania.
Kľúčové komponenty systému snímača vlákien
Okrem samotného optického vlákna, systém snímača optických vlákien sa zvyčajne skladá z niekoľkých ďalších kľúčových komponentov vrátane zdroja svetla, fotodetektora a jednotky na spracovanie signálu. Pozrime sa bližšie na každú z týchto komponentov.
Svetelný zdroj
Zdroj svetla je zodpovedný za vstrekovanie svetla do vlákna. Výber zdroja svetla závisí od niekoľkých faktorov, ako je typ optického snímača vlákien, požadovanej vlnovej dĺžky svetla a požiadaviek na energiu systému. Bežné zdroje svetla používané v systémoch snímača optických vlákien zahŕňajú lasery, LED diódy a superluminiscenčné diódy.
Fotodetektor
Fotodetektor je zodpovedný za meranie intenzity, fázy alebo polarizácie svetla vychádzajúceho z vlákna. Výber fotodetektora závisí od niekoľkých faktorov, ako je detekcia vlnovej dĺžky svetla, požadovaná citlivosť a rýchlosť odozvy. Bežné fotodetektory používané v systémoch snímača optických vlákien zahŕňajú fotodiódy, lavínové fotodiódy a fotomultiplérové skúmavky.
Spracovanie signálu
Jednotka na spracovanie signálu je zodpovedná za spracovanie výstupu fotodetektora na získanie merania merania. Jednotka na spracovanie signálu zvyčajne pozostáva z zosilňovača, filtra a mikrokontroléra alebo počítača. Zosilňovač sa používa na amplifikáciu slabého signálu z fotodetektora, filter sa používa na odstránenie šumu zo signálu a mikrokontrolér alebo počítač sa používa na vykonanie potrebných výpočtov a na zobrazenie výsledkov merania.
Aplikácie snímačov optických vlákien
Senzory optických vlákien majú širokú škálu aplikácií v rôznych odvetviach vrátane leteckého, automobilového priemyslu, zdravotnej starostlivosti a monitorovania životného prostredia. Niektoré z bežných aplikácií senzorov optických vlákien zahŕňajú:
- Monitorovanie štrukturálneho zdravia: Senzory z optických vlákien sa môžu použiť na monitorovanie štrukturálneho zdravia mostov, budov a inej infraštruktúry meraním namáhania, teploty a vibrácií.
- Snímanie teploty: Senzory z optických vlákien sa môžu použiť na meranie teploty v drsnom prostredí, napríklad v elektrárňach, chemických rastlinách a ropných a plynových vrtoch.
- Snímanie tlaku: Senzory z optických vlákien sa môžu použiť na meranie tlaku v hydraulických systémoch, pneumatických systémoch a zdravotníckych zariadeniach.
- Chemické snímanie: Senzory z optických vlákien sa môžu použiť na detekciu prítomnosti chemikálií v prostredí, napríklad vo vode, vzduchu a pôde.
Naše výrobky z optických vlákien
Ako dodávateľ snímača vlákien ponúkame širokú škálu vysoko kvalitných výrobkov z optických vlákien vrátaneSenzor vlákna,Zosilňovač optického vláknaaKábel z optického snímača. Naše výrobky sú navrhnuté tak, aby poskytovali presné a spoľahlivé merania v rôznych aplikáciách a sme odhodlaní poskytovať našim zákazníkom najlepšie možné služby a podporu.
Záver
Záverom možno povedať, že senzory optických vlákien sú výkonným nástrojom na meranie prenosu v rôznych aplikáciách. Pochopením princípov merania prenosu snímača vlákien a kľúčových komponentov systému z optického snímača vlákien si môžete zvoliť správny senzor pre vašu aplikáciu a zabezpečiť presné a spoľahlivé merania. Ak máte záujem dozvedieť sa viac o našich produktoch senzorov s optickými vláknami alebo máte nejaké otázky týkajúce sa technológie snímača optických vlákien, neváhajte nás kontaktovať. Tešíme sa na príležitosť prediskutovať vaše potreby a pomôžeme vám nájsť najlepšie riešenie pre vašu aplikáciu.
Odkazy
- „Senzory z optických vlákien: Úvod“, Ad Kersey, Ma Davis, HJ Patrick, M. LeBlanc, KP Koo, CG Askins, MA Putnam a EJ Friebele.
- „Komunikácia optických vlákien“, G. Keizer.
- „Technológia snímača vlákien: princípy a aplikácie,“ od TK Gustafson.