1960. gadā tika izgudrots lāzera apgaismojums, un pēc lāzeru izgudrošanas pētnieki izrādīja interesi izpētīt optisko šķiedru sakaru sistēmu pielietojumu sensoru, datu sakaru un daudzu citu lietojumu vajadzībām. Pēc tam optisko šķiedru sakaru sistēma ir kļuvusi par galveno izvēli gigabitiem un ne tikai gigabitu datu pārraidei. Šāda veida optisko šķiedru sakarus izmanto datu, balss, telemetrijas un video pārsūtīšanai tālsatiksmes vai datortīklos vai LAN. Šī tehnoloģija izmanto gaismas vilni, lai pārraidītu datus pa šķiedru, mainot elektroniskos signālus gaismā. Dažas no šīs tehnoloģijas izcilajām raksturīgajām iezīmēm ir viegls svars, zems vājinājums, mazāks diametrs, tālsatiksmes signāla pārraide, pārraides drošība utt.
Optisko šķiedru sensori
Zīmīgi, ka telekomunikāciju tehnoloģija ir mainījis nesenos sasniegumus optisko šķiedru tehnoloģiju jomā. Pēdējā revolūcija parādījās kā dizaineri, lai apvienotu produkcijas rezultātus optoelektroniskās ierīces ar optisko šķiedru telekomunikāciju ierīcēm optisko šķiedru sensoru izveidošanai. Daudzi komponenti, kas saistīti ar šīm ierīcēm, bieži tiek izstrādāti optisko šķiedru sensoru lietojumiem. Optisko šķiedru sensoru spēja ir palielinājusies tradicionālā sensora vietā.
Optisko šķiedru sensori
Optisko šķiedru sensori, kurus sauc arī par optisko šķiedru sensoriem, izmanto optisko šķiedru vai sensoru. Šie sensori tiek izmantoti, lai noteiktu dažus lielumus, piemēram, temperatūru, spiedienu, vibrācijas, pārvietojumus, rotācijas vai ķīmisko vielu koncentrācijas. Šķiedras ir tik daudz izmantotas attālās uzrādes jomā, jo tām attālinātā vietā nav nepieciešama elektroenerģija, un tām ir mazs izmērs.
Optisko šķiedru sensori ir visaugstākie nejutīgajos apstākļos, ieskaitot troksni, augstu vibrāciju, ārkārtēju karstumu, mitru un nestabilu vidi. Šie sensori var viegli ievietoties mazās vietās un tos var pareizi novietot visur, kur nepieciešamas elastīgas šķiedras. Viļņa garuma nobīdi var aprēķināt, izmantojot ierīci, optiskās frekvences-domēna reflektometriju. Optisko šķiedru sensoru aizkavēšanos var izlemt, izmantojot tādu ierīci kā optiskais laika domēna reflektometrs.
Optisko šķiedru sensoru blokshēma
Vispārējā optisko šķiedru sensoru blokshēma ir parādīta iepriekš. Bloka diagramma sastāv no optiskā avota ( Gaismas diode , LASER un lāzera diode), optiskā šķiedra, sensora elements, optiskais detektors un gala apstrādes ierīces (optiskā spektra analizators, osciloskops). Šie sensori tiek iedalīti trīs kategorijās, pamatojoties uz darbības principiem, sensora atrašanās vietu un pielietojumu.
Optisko šķiedru sensoru sistēmu veidi
Šos sensorus var klasificēt un izskaidrot šādi:
1. Pamatojoties uz sensora atrašanās vietu, optisko šķiedru sensori tiek iedalīti divos veidos:
- Iekšējie optisko šķiedru sensori
- Ārējais optisko šķiedru sensors
Iekšējā tipa optisko šķiedru sensori
Šāda veida sensoros uztveršana notiek pašā šķiedrā. Sensori ir atkarīgi no pašas optiskās šķiedras īpašībām, lai vides darbību pārveidotu par modulācija gaismas staru, kas iet caur to. Šeit viena no gaismas signāla fizikālajām īpašībām var būt frekvence, fāze, polarizācijas intensitāte. Iekšējā optiskās šķiedras sensora visnoderīgākā iezīme ir tā, ka tā nodrošina sadalītu uztveršanu lielos attālumos. Iekšējā optiskās šķiedras sensora pamatkoncepcija parādīta nākamajā attēlā.
Iekšējā tipa optisko šķiedru sensori
Ārējā tipa optisko šķiedru sensori
Ārējā tipa optisko šķiedru sensoros šķiedru var izmantot kā informācijas nesējus, kas parāda ceļu uz melno lodziņu. Tas ģenerē gaismas signālu atkarībā no melnajā kastē nonākušās informācijas. Melnā kaste var būt izgatavota no spoguļiem,gāze vai citi mehānismi, kas rada optisko signālu. Šie sensori tiek izmantoti, lai mērītu rotāciju, vibrācijas ātrumu, pārvietošanos, pagriešanos, griezes momentu un paātrinājumu. Mērs šo sensoru priekšrocības ir viņu spēja sasniegt vietas, kuras citādi nav sasniedzamas.
Ārējā tipa optisko šķiedru sensori
Labākais šī sensora piemērs ir gaisa kuģa reaktīvā dzinēja iekšējās temperatūras mērīšana, kas izmanto šķiedru, lai starojumu pārnestu uz radiācijas pirometru, kas atrodas ārpus motora. Tādā pašā veidā šos sensorus var arī izmantot, lai mērītu ierīces iekšējo temperatūru transformatori . Šie sensori nodrošina lielisku mērīšanas signālu aizsardzību pret trokšņa korupciju. Šajā attēlā parādīts ārējā optiskās šķiedras sensora pamatkoncepcija.
2. Pamatojoties uz darbības principiem, optisko šķiedru sensorus iedala trīs tipos:
- Pamatojoties uz intensitāti
- Fāzes pamatā
- Pamatojoties uz polarizāciju
Intensitātes bāzes optisko šķiedru sensors
Uz intensitāti balstītiem optisko šķiedru sensoriem ir nepieciešams vairāk gaismas, un šie sensori izmanto daudzmodu lielas kodola šķiedras. Attēlā redzamais attēls sniedz priekšstatu par to, kā gaismas intensitāte darbojas kā sensora parametrs, kā arī par to, kā šī vienošanās liek šķiedrai darboties kā vibrācijas sensors. Kad ir vibrācija, gaisma mainīsies no viena gala uz otru, un tas radīs inteliģenci vibrācijas amplitūdas mērīšanai.
Intensitātes bāzes optisko šķiedru sensors
Attēlā tuvākais optiskās šķiedras un vibrācijas sensors ir atkarīgs no gaismas intensitātes vēlākajās daļās. Šiem sensoriem ir daudz ierobežojumu mainīgu zaudējumu dēļ sistēmā, kas nenotiek vidē. Šie mainīgie zaudējumi ietver zaudējumus savienojumu dēļ, mikro un makro lieces zaudējumus, zaudējumus savienojumu dēļ savienojumos utt. Piemēri ietver uz intensitāti balstītus sensorus vai mikrobendu sensorus un nemierinošu viļņu sensorus.
Šo optisko šķiedru sensoru priekšrocības ir zemas izmaksas, spēja darboties kā reāli sadalīti sensori, ļoti vienkārši īstenojami, iespēja tikt multipleksētam utt. Trūkumi ietver gaismas intensitātes variācijas un relatīvos mērījumus utt.
Polarizācijas bāzes optisko šķiedru sensors
Uz polarizācijas balstītas optiskās šķiedras ir svarīgas noteiktai sensoru klasei. Šo īpašību var vienkārši modificēt ar dažādiem ārējiem mainīgajiem lielumiem un tādējādi ar šiem sensoru veidi var izmantot parametru diapazona mērīšanai.Ir izstrādātas īpašas šķiedras un citi komponenti ar precīzām polarizācijas īpašībām. Parasti tos izmanto dažādos mērījumos, sakaru un signālu apstrādes lietojumos.
Polarizācijas bāzes optisko šķiedru sensors
Uz polarizācijas balstīta optisko šķiedru sensora optiskā iestatīšana ir parādīta iepriekš. Tas ir veidots, polarizējot gaismu no gaismas avota caur polarizatoru. Polarizētā gaisma tiek ieslēgta 45o attālumā no izvēlētajām asīm, kuras garumā ir abpusēji plīstoša polarizācija, kas aizsargā šķiedru. Šī šķiedras sadaļa tiek izmantota kā sensora šķiedra. Pēc tam fāzes starpība starp abiem polarizācijas stāvokļiem tiek mainīta jebkuros ārējos traucējumos, piemēram, spriegumā vai spriedzē. Tad atbilstoši ārējiem traucējumiem izejas polarizācija tiek mainīta. Tādējādi, ņemot vērā izejas polarizācijas stāvokli šķiedras nākamajā galā, var atklāt ārējos traucējumus.
Fāzes optisko šķiedru sensors
Šāda veida sensorus izmanto, lai mainītu izstarojošo gaismu informācijas signālā, kur signālu novēro uz fāzes bāzes optisko šķiedru sensors. Kad gaismas stars tiek izlaists caur interferometru, gaisma sadalās divos staros. Tajā viens stars tiek pakļauts sensoru videi un otrs stars ir izolēts no sensora vides, ko izmanto kā atsauci. Kad abas atdalītās sijas ir rekombinētas, tās savstarpēji traucē. Visbiežāk izmantotie interferometri ir Miķelsons, Mačs Zehnderis, Sagnaks, režģis un polarimetriskie interferometri. Šeit Mach Zehnder un Michelson interferometri ir parādīti zemāk.
Fāzes optisko šķiedru sensors
šeit ir atšķirības un līdzības starp diviem interferometriem. Runājot par līdzību, Mišelsona interferometru bieži uzskata par salocītu Mach Zehnder interferometru. Mišelsona interferometra konfigurācijai nepieciešams tikai viens optisko šķiedru savienotājs. Tā kā gaisma divreiz iet caur sensora un atskaites šķiedrām, optiskā fāzes nobīde uz šķiedras garuma vienību tiek dubultota. Tādējādi Miķelsonam var būt labāka jutība. Vēl viena skaidra Miķelsona priekšrocība ir tā, ka sensoru var iztaujāt tikai ar vienu šķiedru starp avota un avota detektora moduli. Bet Mišelsona interferometram ir vajadzīgs labas kvalitātes atstarošanas spogulis
3. Pamatojoties uz pielietojumu, optisko šķiedru sensori tiek klasificēti trīs tipos, piemēram,
- Ķīmiskais sensors
- Fiziskais sensors
- Bio medicīniskais sensors
Ķīmiskais sensors
Ķīmiskais sensors ir ierīce, ko izmanto, lai pārveidotu ķīmisko informāciju izmērāma fizikāla signāla veidā, kas saistīts ar noteiktas ķīmiskās sugas koncentrāciju. Ķīmiskais sensors ir svarīgs analizatora komponents, un tajā var būt dažas ierīces, kas veic šādas darbības: funkcijas: signālu apstrāde, paraugu ņemšana un datu apstrāde. Analizators var būt svarīga automatizētas sistēmas sastāvdaļa.
Ķīmiskais sensors
Analizatora darbība saskaņā ar paraugu ņemšanas plānu kā laika funkciju darbojas kā monitors. Šie sensori ietver divas funkcionālās vienības: receptoru un pārveidotāju. Receptora daļā ķīmiskā informācija tiek pārveidota par enerģiju, ko var izmērīt devējs. Devēja daļā ķīmiskā informācija tiek pārveidota par analītisko signālu, un tā neuzrāda jutīgumu.
Fiziskais sensors
Fiziskais sensors ir ierīce, kas izgatavota atbilstoši fiziskajam efektam un dabai. Šie sensori tiek izmantoti, lai sniegtu informāciju par sistēmas fizisko īpašību. Šāda veida sensorus galvenokārt apzīmē tādi sensori kā fotoelektriskie sensori, pjezoelektriskie sensori , metāla pretestības deformācijas sensori un pusvadītāju pjezo-rezistīvi sensori.
Bio medicīniskais sensors
Biomedicīnas sensors ir elektroniska ierīce, ko izmanto dažādu neelektrisku lielumu pārvietošanai biomedicīnas laukos viegli nosakāmos elektriskos daudzumos. Šī iemesla dēļ šie sensori tiek iekļauti veselības aprūpes analīzē. Šī sensora tehnoloģija ir atslēga cilvēka patoloģiskās un fizioloģiskās informācijas vākšanai.
Bio medicīniskais sensors
Optisko šķiedru sensoru pielietojums
Optisko šķiedru sensori tiek izmantoti dažādos lietojumos, piemēram,
- Fizikālo īpašību, piemēram, temperatūras, pārvietošanās, mērīšana,ātrums, deformācija jebkura izmēra vai formas konstrukcijās.
- Reāllaikā jāuzrauga veselības fiziskā struktūra.
- Ēkas un tilti, tuneļi,Dambji, mantojuma struktūras.
- Nakts redzamības kamera, elektroniskās drošības sistēmas , Daļēja transportlīdzekļu izlādes noteikšana un riteņu slodzes mērīšana.
Tādējādi pārskats par optisko šķiedru sensori un pieteikumi ir apspriesti. Optisko šķiedru sensoru izmantošanai tālsatiksmes sakariem ir daudz priekšrocību, kas ietver mazu izmēru, mazu svaru, kompaktumu, augstu jutību, plašu joslas platumu utt. Visas šīs īpašības vislabāk izmanto optisko šķiedru kā sensoru. Bez tam par jebkādu palīdzību saistībā ar šo tēmu vai sensoru projektu idejas , varat sazināties ar mums, komentējot komentāru sadaļā zemāk.
Foto kredīti:
- Optisko šķiedru sensors automatizācijas tiešais
- Ķīmiskais sensors dusmas.
- Bio medicīniskais sensors imimg
