Sensor de fibra ótica

O sensor de fibra óptica é um sensor que converte o estado do objeto medido em um sinal de luz mensurável. O princípio de funcionamento do sensor de fibra óptica é enviar o feixe de luz incidente da fonte de luz para o modulador através da fibra óptica e interagir com os parâmetros externos medidos no modulador para fazer as propriedades ópticas da luz, como intensidade da luz, comprimento de onda , frequência, fase, estado de polarização, etc. Muda-se e passa a ser um sinal óptico modulado, que é então enviado ao dispositivo optoeletrônico através da fibra óptica, sendo o parâmetro medido obtido após o demodulador. Em todo o processo, o feixe de luz é introduzido pela fibra ótica e, a seguir, emitido após passagem pelo modulador. A função da fibra óptica é primeiro transmitir o feixe de luz e, em segundo lugar, agir como um modulador óptico.

Direção de desenvolvimento
Os sensores estão se desenvolvendo na direção da sensibilidade, precisão, adaptabilidade, compacidade e inteligência. Nesse processo, os sensores de fibra óptica, um novo membro da família de sensores, são muito populares. A fibra óptica tem muitas propriedades excelentes, tais como: desempenho de interferência de radiação anti-eletromagnética e atômica, propriedades mecânicas de pequeno diâmetro, macio e leve; isolamento, propriedades elétricas não indutivas; resistência à água, resistência a altas temperaturas, resistência à corrosão, propriedades químicas, etc., pode desempenhar o papel de ouvidos humanos em lugares que as pessoas não podem alcançar (como áreas de alta temperatura) ou áreas que são prejudiciais aos humanos (como áreas de radiação nuclear ), e também pode transcender as fronteiras fisiológicas humanas e receber sentidos humanos. Informações externas que você não pode sentir.

Características

1. Devido ao uso de prismas no refletor, ele tem um desempenho de detecção superior e mais confiabilidade do que os sensores de controle de luz reflexiva em geral.

2. Comparado com um sensor de controle de luz separado, a conexão do circuito é mais simples e fácil.

3. O design embutido da fivela torna a instalação mais fácil

usar

1. Usado para transmissão de modelos digitais, como telefone e rede de banda larga.

2. Status de aprovação de notas, cartões, moedas, cadernetas, etc. usados ​​para máquinas de venda automática, equipamentos relacionados ao terminal financeiro e contadores de dinheiro

3. Usado para posicionamento, contagem e identificação de produtos em equipamentos automatizados.

princípio
O princípio básico de funcionamento do sensor de fibra óptica é enviar a luz da fonte de luz para o modulador através da fibra óptica. Depois que o parâmetro a ser medido interage com a luz que entra na área de modulação, as propriedades ópticas da luz (como intensidade da luz, comprimento de onda, frequência, fase, estado de polarização, etc.) mudam, chamadas de luz de sinal modulada e, em seguida, use o influência das características de transmissão de luz medidas para completar a medição.

Existem dois princípios de medição para sensores de fibra óptica.

(1) O princípio do sensor de fibra óptica do tipo de propriedade física. O sensor de fibra óptica do tipo de propriedade física usa a sensibilidade da fibra óptica às mudanças ambientais para converter a quantidade física de entrada em um sinal óptico modulado. Seu princípio de funcionamento é baseado no efeito de modulação óptica da fibra óptica, ou seja, quando os fatores ambientais externos como temperatura, pressão, campo elétrico, campo magnético, etc. mudam, suas características de transmissão de luz, como fase e intensidade de luz , vai mudar.

Portanto, se a fase da luz e a mudança da intensidade da luz através da fibra óptica podem ser medidas, a mudança da quantidade física medida pode ser conhecida. Esse tipo de sensor também é chamado de tipo de elemento sensível ou sensor de fibra óptica funcional. O feixe da fonte de luz pontual do laser se difunde em ondas paralelas e é dividido em dois caminhos por um divisor de feixe, um é o caminho óptico de referência e o outro é o caminho óptico de medição. Parâmetros externos (temperatura, pressão, vibração, etc.) fazem com que o comprimento da fibra mude e a fase de luz da fase mude, produzindo assim diferentes números de franjas de interferência. Contando o movimento do modo, a temperatura ou a pressão podem ser medidas.

(2) O princípio do sensor de fibra óptica estruturado. O sensor de fibra óptica estruturado é um sistema de medição composto por um elemento de detecção de luz (elemento sensível), um loop de transmissão de fibra óptica e um circuito de medição. Dentre eles, a fibra óptica é usada apenas como meio de transmissão de luz, por isso também é chamada de sensor de fibra óptica transmissora de luz ou não funcional

desempenho
A fibra óptica tem muitas propriedades excelentes, tais como: desempenho de interferência de radiação anti-eletromagnética e atômica, propriedades mecânicas de pequeno diâmetro, macio e leve; isolamento, propriedades elétricas não indutivas; resistência à água, resistência a altas temperaturas, resistência à corrosão, propriedades químicas, etc., pode desempenhar o papel de ouvidos humanos em locais fora do alcance ou prejudiciais aos seres humanos (como áreas de radiação nuclear), e também pode transcender os limites fisiológicos humanos e receba o que não pode ser sentido pelos sentidos humanos. Informações externas.

Características
1. Alta sensibilidade;

2. A forma geométrica é adaptável em muitos aspectos e pode ser transformada em sensores de fibra óptica de qualquer formato;

Terceiro, pode fabricar dispositivos que detectam várias informações físicas (acústica, magnética, temperatura, rotação, etc.);

4. Pode ser usado em alta tensão, ruído elétrico, alta temperatura, corrosão ou outros ambientes adversos;

Quinto, e tem a compatibilidade inerente com a tecnologia de telemetria de fibra óptica.

A vantagem do sensor de fibra óptica é que, em comparação com os sensores tradicionais, o sensor de fibra óptica usa a luz como portadora de informações sensíveis e a fibra óptica como meio de transmissão de informações sensíveis. Ele tem as características de fibra óptica e medição óptica e tem uma série de vantagens exclusivas. Bom desempenho de isolamento elétrico, forte capacidade de interferência anti-eletromagnética, não invasão, alta sensibilidade, fácil de realizar o monitoramento remoto do sinal medido, resistência à corrosão, à prova de explosão, caminho de luz flexível, fácil de conectar com o computador.

O sensor está se desenvolvendo na direção da sensibilidade, precisão, adaptabilidade, compacidade e inteligência. Ele pode ser usado em locais onde as pessoas não podem alcançar (como áreas de alta temperatura ou áreas prejudiciais aos humanos, como áreas de radiação nuclear). Ele também pode transcender os limites fisiológicos das pessoas e receber informações externas que não podem ser sentidas pelos sentidos humanos.

classificação
De acordo com o modo de modulação do objeto em teste, ele pode ser dividido em: modulação de intensidade, modo de polarização, modo de fase e modo de frequência;

Dependendo da interferência da luz, ela pode ser dividida em: tipo de interferência e tipo de não interferência;

Conforme a medição pode ser monitorada continuamente à medida que a distância aumenta, ela pode ser dividida em: distribuída e baseada em pontos;

De acordo com a função da fibra ótica nos sensores, ela pode ser dividida em: um tipo são os sensores funcionais (Fibra Funcional, abreviada como FF), também conhecidos como sensores de detecção; o outro é do tipo não funcional (fibra não funcional, abreviado como NFF) e é chamado de sensor de transmissão de luz.

Tipo de função dobrável
O sensor funcional usa as características da própria fibra óptica para usar a fibra óptica como um elemento sensível. A luz medida modula a luz transmitida na fibra óptica para alterar a intensidade, fase, frequência ou estado de polarização da luz transmitida. O sinal é demodulado para obter o sinal em teste.

A fibra óptica não é apenas um meio guia de luz, mas também um elemento sensível. A luz é medida e modulada na fibra ótica, e a fibra ótica multimodo é mais usada.

Vantagens: estrutura compacta e alta sensibilidade.

Desvantagens: é necessária fibra óptica especial, alto custo,

Exemplos típicos: giroscópios de fibra óptica, hidrofones de fibra óptica, etc.

Tipo de fibra dobrada não funcional
Sensores de fibra óptica não funcionais usam outros componentes sensíveis para detectar as mudanças que estão sendo medidas. As fibras ópticas são usadas apenas como meio de transmissão de informações, e as fibras ópticas monomodo são freqüentemente usadas.

A fibra óptica desempenha apenas uma função de guia de luz, e a luz no elemento sensível do tipo fibra óptica é modulada pela medição.

Vantagens: A fibra ótica pode ser usada para isolamento elétrico e transmissão de dados, e o sinal transmitido pela fibra ótica não é afetado por interferência eletromagnética.

A maioria dos práticos são sensores de fibra óptica não funcionais. AnyWay' s sensor de tensão de frequência variável, sensor de corrente de frequência variável e sensor de potência de frequência variável (uma combinação de sensores de tensão e corrente) pertencem a sensores de fibra óptica não funcionais, que têm vantagens exclusivas na medição de energia em ambientes eletromagnéticos complexos.

Os sensores de fibra óptica são uma nova tecnologia que surgiu nos últimos anos. Ele pode ser usado para medir uma variedade de grandezas físicas, como campo sonoro, campo elétrico, pressão, temperatura, velocidade angular, aceleração, etc., e também pode completar tarefas de medição que são difíceis de completar com as tecnologias de medição existentes. Em um espaço pequeno, em um ambiente de forte interferência eletromagnética e alta tensão, os sensores de fibra óptica mostraram capacidades únicas. Existem mais de 70 tipos de sensores de fibra óptica, que são aproximadamente divididos em sensores de fibra óptica e sensores de fibra óptica.

O denominado sensor de fibra óptica significa que a própria fibra óptica recebe diretamente a medição externa. A quantidade física medida externa pode fazer com que o comprimento, o índice de refração e o diâmetro do braço de medição mudem, de modo que a luz transmitida na fibra óptica muda em amplitude, fase, frequência, polarização, etc. A luz transmitida pelo braço de medição e a luz de referência do braço de referência interfere uma na outra (em comparação), de modo que a fase (ou amplitude) da luz de saída muda e a mudança medida pode ser detectada com base nesta mudança. A fase transmitida na fibra óptica é altamente sensível a influências externas, e a quantidade física correspondente à pequena mudança de fase de 10 menos 4 radianos pode ser detectada usando a tecnologia de interferência. Usando as propriedades de enrolamento e a baixa perda da fibra óptica, uma fibra óptica muito longa pode ser enrolada em uma bobina de fibra óptica de pequeno diâmetro para aumentar o comprimento de utilização e obter maior sensibilidade.

O sensor acústico de fibra ótica é um sensor que utiliza a própria fibra ótica. Quando a fibra óptica é submetida a uma força externa muito pequena, ela fica ligeiramente dobrada e sua capacidade de transmissão de luz muda muito. O som é uma espécie de onda mecânica e seu efeito na fibra óptica é forçar a fibra óptica e produzir curvatura. A força do som pode ser obtida dobrando. O giroscópio de fibra óptica também é um tipo de sensor de fibra óptica. Comparado com o giroscópio a laser, o giroscópio de fibra óptica tem alta sensibilidade, tamanho pequeno e baixo custo. Pode ser usado em sistemas de navegação inercial de alto desempenho de aeronaves, navios, mísseis, etc. A figura mostra o princípio do medidor de vazão de turbina com sensor de fibra óptica.

Grade Bragg Dobrada
O Sensor de Grade de Fibra Bragg (FBS) é um tipo de sensor de fibra óptica com a maior frequência e o mais amplo alcance. Este tipo de sensor pode alterar o comprimento de onda da onda de luz refletida de acordo com a mudança da temperatura e / ou tensão ambiental. As grades de fibra de Bragg são usadas para expor uma pequena seção de fibra sensível à luz a ondas de luz com uma distribuição periódica da intensidade da luz por meio de interferometria holográfica ou mascaramento de fase. Desta forma, o índice óptico de refração da fibra óptica será alterado permanentemente de acordo com a intensidade da onda de luz irradiada. As mudanças periódicas no índice de refração da luz causadas por este método são chamadas de grades de Bragg de fibra.

Quando um feixe de amplo espectro é propagado para a rede de Bragg de fibra, cada pequeno segmento da fibra após a alteração do índice de refração refletirá apenas um comprimento de onda de luz específico. Esse comprimento de onda é chamado de comprimento de onda de Bragg. Esta característica faz com que as grades de Fibra Bragg reflitam apenas ondas de luz de um comprimento de onda específico, enquanto as ondas de luz de outros comprimentos de onda serão propagadas.

De acordo com o papel da fibra óptica no sensor de fibra óptica, ele pode ser dividido em dois tipos: tipo de sensor e tipo de transmissão de luz.

A fibra óptica do sensor de fibra óptica do tipo sensor não apenas transmite luz, mas também atua como um sensor fotoelétrico. Devido à influência do ambiente externo na própria fibra óptica, a grandeza física a ser medida atua no sensor através da fibra óptica, de forma que as propriedades do guia de onda óptico (intensidade da luz, fase, estado de polarização, comprimento de onda, etc. ) são modulados. Os sensores de fibra óptica do tipo sensor são divididos ainda em tipo com ênfase na luz, tipo de modulação de fase, tipo de modulação de estado de vibração e tipo de modulação de comprimento de onda.

Fibra de transmissão de luz dobrada
O sensor de fibra óptica do tipo de transmissão de luz insere o sinal óptico modulado pelo objeto medido na fibra óptica e, em seguida, realiza a medição processando o sinal óptico na extremidade de saída. Este tipo de sensor possui outro elemento fotossensível sensível à grandeza física a ser medida, e a fibra ótica é utilizada apenas como O elemento transmissor de luz deve ser acoplado a um elemento sensível capaz de modular a luz transmitida pela fibra ótica para formar um sensor elemento. Os sensores de fibra óptica podem ser divididos em três tipos: sensores de fibra óptica pontuais, sensores de fibra óptica integral e sensores de fibra óptica distribuídos de acordo com sua faixa de medição. Entre eles, sensores de fibra óptica distribuídos são usados ​​para detectar a distribuição de deformações de grandes estruturas, e podem medir de forma rápida e não destrutiva o deslocamento, a tensão interna ou superficial e outros parâmetros importantes da estrutura. Os tipos de sensores de fibra óptica usados ​​na engenharia civil incluem principalmente sensores interferométricos de fibra óptica Math-Zender, sensores de fibra óptica de cavidade Fabry-pero e sensores de rede de Bragg de fibra.

A leveza, durabilidade e estabilidade de longo prazo do sensor de fibra óptica permitem que ele seja facilmente aplicado à detecção de tensões e deformações internas de vários materiais de construção, como estruturas de aço e concreto. Realizada inspeção sanitária da estrutura do edifício.

Outra categoria importante de sensores de fibra óptica é o uso de sensores de fibra óptica. Sua estrutura é aproximadamente a seguinte: O sensor está localizado na extremidade da fibra óptica, e a fibra óptica é apenas uma linha de transmissão de luz, que converte a quantidade física medida em amplitude, fase ou amplitude da luz. Neste sistema de sensor, o sensor tradicional e a fibra óptica são combinados. A introdução da fibra ótica torna possível realizar a telemetria baseada em sonda. Este sensor de transmissão de fibra óptica possui uma ampla faixa de aplicação e é fácil de usar, mas sua precisão é um pouco menor que a do primeiro tipo de sensor.

A fibra óptica é uma estrela em ascensão na família de sensores. É amplamente utilizado devido ao excelente desempenho da fibra óptica. É um tipo de sensor que vale a pena observar na prática de produção.

Os sensores de fibra óptica tornaram-se uma estrela em ascensão na família de sensores devido às suas inúmeras vantagens e desempenham seu próprio papel exclusivo em várias medições, tornando-se um membro indispensável da família de sensores.

inscrição
Isolado de sujeira, magnetismo, som, pressão, temperatura, aceleração, giroscópio, deslocamento, nível de líquido, torque, fotoacústica, corrente, sensor de fibra óptica pode ser usado para deslocamento, vibração, rotação, pressão, dobra, tensão, velocidade, aceleração, corrente, campo magnético, tensão, umidade, temperatura, campo sonoro, fluxo, concentração, valor de pH e medição de deformação. Os sensores de fibra ótica têm uma vasta gama de aplicações, envolvendo quase todas as áreas importantes da economia nacional e da defesa nacional e do quotidiano das pessoas. Eles podem ser usados ​​com segurança e eficácia em ambientes hostis. Eles resolvem muitos problemas técnicos que existem em muitas indústrias há muitos anos. Demanda de mercado. Principalmente manifestado nos seguintes aplicativos:

Aplicação de giroscópios interferométricos e sensores de pressão de grade em pontes, barragens, campos de petróleo, etc. na construção urbana. Sensores de fibra óptica podem ser incorporados em concreto, plástico reforçado com fibra de carbono e vários materiais compostos para testar o relaxamento de tensão, tensão de construção e tensão de carga dinâmica, de modo a avaliar o desempenho estrutural da ponte na fase de construção de curto prazo e longo prazo termo estado operacional.

No sistema de potência, é necessário medir temperatura, corrente e outros parâmetros, como a detecção da temperatura no estator e rotor de transformadores de alta tensão e motores de grande porte. Como os sensores elétricos são suscetíveis à interferência do campo eletromagnético, eles não podem ser usados ​​nessas ocasiões. Sensor de fibra óptica. O sensor de temperatura de fibra óptica distribuída é um sensor de alta tecnologia desenvolvido nos últimos anos para medição em tempo real da distribuição espacial do campo de temperatura. O sistema de detecção de temperatura de fibra óptica distribuída não só tem as vantagens dos sensores de fibra óptica comuns, mas também tem a capacidade de medir a temperatura de vários pontos ao longo da fibra óptica. Com sua capacidade de detecção distribuída, podemos medir continuamente a temperatura de vários pontos dentro de alguns quilômetros ao longo da fibra óptica em tempo real. A precisão do posicionamento pode atingir a ordem de metros, e a precisão da medição pode atingir o nível de 1 grau. É muito adequado para medição de temperatura de interseção em grande escala. Ocasiões de aplicação.

Além disso, os sensores de fibra óptica também podem ser usados ​​no monitoramento de ferrovias, sistemas de propulsão de foguetes e detecção de poços de petróleo.

A fibra óptica tem as vantagens notáveis ​​de banda larga, grande capacidade, transmissão de longa distância e detecção multiparâmetro, distribuída e com baixo consumo de energia. O sensoriamento de fibra ótica pode continuar a absorver novas tecnologias e dispositivos para comunicação por fibra ótica, e vários sensores de fibra ótica deverão ser amplamente usados ​​na Internet das Coisas.