חיישן הסיבים האופטיים הוא חיישן הממיר את מצב האובייקט הנמדד לאות אור מדיד. עקרון העבודה של חיישן הסיבים האופטיים הוא לשלוח את קרן האור המתרחשת ממקור האור למוונן באמצעות הסיב האופטי, ולקיים אינטראקציה עם הפרמטרים הנמדדים החיצוניים במוונן כדי להפוך את המאפיינים האופטיים של האור כגון עוצמת האור, אורך הגל , תדר, שלב, מצב קיטוב וכו '. הוא משתנה והופך לאות אופטי מווסת, שנשלח לאחר מכן למכשיר האופטואלקטרוני דרך הסיב האופטי, והפרמטר הנמדד מתקבל לאחר המפחת. במהלך כל התהליך, אלומת האור מוחדרת דרך הסיב האופטי, ואז נפלטת לאחר המעבר דרך המודולטור. תפקיד הסיב האופטי הוא תחילה להעביר את קרן האור, ושנית לפעול כמאפנן אופטי.
כיוון התפתחות
חיישנים מתפתחים לכיוון של רגישות, דיוק, כושר הסתגלות, קומפקטיות ואינטליגנציה. בתהליך זה, חיישני סיבים אופטיים, חברים חדשים במשפחת החיישנים, פופולריים מאוד. לסיבים אופטיים תכונות מצוינות רבות, כגון: ביצועי הפרעות קרינה אנטי-אלקטרומגנטיות אטומיות, תכונות מכניות רכות, קלות ומשקל; בידוד, תכונות חשמל שאינן אינדוקטיביות; עמידות במים, עמידות בטמפרטורה גבוהה, עמידות בפני קורוזיה, תכונות כימיות וכו ', זה יכול למלא את התפקיד של אוזניים אנושיות במקומות שאנשים לא יכולים להגיע אליהם (כגון אזורים בטמפרטורה גבוהה) או אזורים שמזיקים לבני אדם (כגון אזורי קרינה גרעינית ), והיא יכולה גם להתעלות מעל גבולות פיזיולוגיים אנושיים ולקבל חושים אנושיים. מידע חיצוני שאתה לא יכול לחוש ב-&# 39.
תכונות
1. בשל השימוש במנסרות ברפלקטור, יש לו ביצועי זיהוי גבוהים יותר ואמינות יותר מאשר חיישני בקרת אור מחזירים כלליים.
2. בהשוואה לחיישן בקרת אור נפרד, חיבור המעגל פשוט וקל יותר.
3. העיצוב המוטמע של האבזם מקל על ההתקנה
להשתמש
1. משמש להעברת מודלים דיגיטליים כגון טלפון ורשת פס רחבה.
2. העברת מצב של שטרות, כרטיסים, מטבעות, פנקסי מעבר וכו 'המשמשים למכונות אוטומטיות, ציוד הקשור לטרמינל פיננסי ודלפקי כסף
3. משמש למיקום מוצרים, ספירה וזיהוי על ציוד אוטומטי.
עִקָרוֹן
עקרון העבודה הבסיסי של חיישן הסיבים האופטיים הוא שליחת האור ממקור האור למוונן דרך הסיב האופטי. לאחר שהפרמטר שנמדד מתקשר עם האור הנכנס לאזור האפנון, המאפיינים האופטיים של האור (כגון עוצמת אור, אורך גל, תדר, שלב, מצב קיטוב וכו ') משתנים, הנקראים אור אות מאופנן ואז משתמשים ב השפעת מאפייני העברת האור הנמדדים להשלמת המדידה.
ישנם שני עקרונות מדידה לחיישני סיבים אופטיים.
(1) העיקרון של חיישן הסיבים האופטיים מסוג הרכוש הפיזי. חיישן הסיבים האופטיים מסוג המאפיין הפיזי משתמש ברגישות הסיב האופטי לשינויים סביבתיים כדי להמיר את הכמות הפיזית הקלטה לאות אופטי מווסת. עקרון העבודה שלו מבוסס על אפקט האפנון האופטי של הסיב האופטי, כלומר, כאשר הגורמים הסביבתיים החיצוניים כמו טמפרטורה, לחץ, שדה חשמלי, שדה מגנטי וכו 'משתנים, מאפייני העברת האור שלו, כגון שלב ועוצמת האור. , ישתנה.
לכן, אם ניתן למדוד את שלב האור ועוצמת האור דרך הסיב האופטי, ניתן לדעת את שינוי הכמות הפיזית שנמדדה. סוג חיישן זה נקרא גם סוג אלמנט רגיש או חיישן סיבים אופטי פונקציונלי. קרן מקור האור הנקודה של הלייזר מתפזרת לגלים מקבילים והיא מחולקת לשני מסלולים על ידי מפצל קרן, האחד הוא הנתיב האופטי הייחוס והשני הוא הנתיב האופטי למדידה. פרמטרים חיצוניים (טמפרטורה, לחץ, רטט וכו ') גורמים לשינוי אורך הסיב ולשינוי שלב האור של השלב, ובכך לייצר מספר שונה של שוליים של הפרעות. על ידי ספירת תנועת המצב שלה, ניתן למדוד טמפרטורה או לחץ.
(2) העיקרון של חיישן הסיבים האופטיים המובנים. חיישן הסיבים האופטיים המובנים הוא מערכת מדידה המורכבת מאלמנט זיהוי אור (אלמנט רגיש), לולאת העברת סיבים אופטיים ומעגל מדידה. ביניהם, הסיב האופטי משמש רק כמדיום ההולכה של האור, ולכן הוא נקרא גם חיישן הסיבים האופטיים המעביר אור או לא פונקציונלי.
ביצועים
לסיבים אופטיים תכונות מצוינות רבות, כגון: ביצועי הפרעות קרינה אנטי-אלקטרומגנטיות אטומיות, תכונות מכניות רכות, קלות ומשקל; בידוד, תכונות חשמל שאינן אינדוקטיביות; עמידות במים, עמידות בטמפרטורה גבוהה, עמידות בפני קורוזיה, תכונות כימיות וכו '. זה יכול למלא את התפקיד של אוזניים אנושיות במקומות שאינם בהישג יד או מזיק לבני אדם (כגון אזורי קרינה גרעינית), והוא יכול גם להתעלות מעל גבולות פיזיולוגיים אנושיים לקבל את מה שלא ניתן לחוש על ידי חושי האדם. מידע חיצוני.
תכונות
1. רגישות גבוהה;
2. הצורה הגיאומטרית ניתנת להתאמה בהיבטים רבים ואפשר להפוך אותה לחיישני סיבים אופטיים מכל צורה שהיא;
שלישית, היא יכולה לייצר מכשירים שחשים במידע פיזי שונה (אקוסטי, מגנטי, טמפרטורה, סיבוב וכו ');
4. זה יכול לשמש במתח גבוה, רעש חשמלי, טמפרטורה גבוהה, קורוזיה, או סביבות קשות אחרות;
חמישית, ויש לו את התאימות הטבועה עם טכנולוגיית הטלמטריה של סיבים אופטיים.
היתרון של חיישן סיבים אופטיים הוא שבהשוואה לחיישנים מסורתיים, חיישן סיבים אופטיים משתמש באור כמוביל מידע רגיש ובסיבים אופטיים כמדיום להעברת מידע רגיש. יש לו את המאפיינים של סיבים אופטיים ומדידה אופטית ויש לו סדרה של יתרונות ייחודיים. ביצועים טובים של בידוד חשמלי, יכולת הפרעה אנטי-אלקטרומגנטית חזקה, לא פולשניות, רגישות גבוהה, ניטור קל למימוש מרחוק של האות הנמדד, עמידות בפני קורוזיה, נתיב אור פיצוץ, נתיב אור גמיש, קל לחיבור למחשב.
החיישן מתפתח לכיוון של רגישות, דיוק, כושר הסתגלות, קומפקטיות ואינטליגנציה. ניתן להשתמש בו במקומות שאנשים לא יכולים להגיע אליהם (כגון אזורים בטמפרטורה גבוהה או אזורים המזיקים לבני אדם, כגון אזורי קרינה גרעינית). זה יכול גם לחצות את הגבולות הפיזיולוגיים של אנשים ולקבל מידע חיצוני שאינו מורגש על ידי חושי האדם.
מִיוּן
על פי מצב האפנון של האובייקט הנבדק, ניתן לחלק אותו ל: אפנון עוצמה, מצב קיטוב, מצב פאזה ומצב תדר;
לפי שהאור מפריע, ניתן לחלק אותו ל: סוג הפרעה וסוג שאינו הפרעה;
על פי האפשרות לפקח על המדידה ברציפות ככל שהמרחק גדל, ניתן לחלק אותה ל: מבוזרת ומבוססת על נקודה;
על פי תפקידם של סיבים אופטיים בחיישנים, ניתן לחלק אותו ל: סוג אחד הוא חיישנים פונקציונליים (סיבים פונקציונליים, בקיצור FF), הידועים גם כחיישני חישה; השני אינו מסוג פונקציונלי (Non Functional Fibre, בקיצור NFF), והוא נקרא חיישן העברת אור.
סוג פונקציה מתקפל
החיישן הפונקציונלי משתמש במאפייני הסיב האופטי עצמו בכדי להשתמש בסיב האופטי כאלמנט רגיש. האור הנמדד מווסת את האור המועבר בסיב האופטי כדי לשנות את עוצמתו, השלב, התדר או הקיטוב של האור המועבר. האות משודרג כדי להשיג את האות הנבדק.
הסיב האופטי הוא לא רק מדיום מנחה אור, אלא גם אלמנט רגיש. האור נמדד ומווסת בסיב האופטי, ובעיקר משתמשים בסיבים אופטיים מרובי-מצב.
יתרונות: מבנה קומפקטי ורגישות גבוהה.
חסרונות: נדרש סיב אופטי מיוחד, עלות גבוהה,
דוגמאות אופייניות: גירוסקופי סיבים אופטיים, הידרופונים של סיבים אופטיים וכו '.
סוג סיבים לא פונקציונלי מקופל
חיישני סיבים אופטיים שאינם פונקציונליים משתמשים ברכיבים רגישים אחרים כדי לחוש את השינויים הנמדדים. סיבים אופטיים משמשים רק כמדיה להעברת מידע, ולעתים קרובות משתמשים בסיבים אופטיים במצב יחיד.
הסיב האופטי ממלא רק תפקיד של מנחה אור, והאור על האלמנט הרגיש מסוג סיבים אופטיים מווסת על ידי המדידה.
יתרונות: ניתן להשתמש בסיבים אופטיים לבידוד חשמלי ולהעברת נתונים, והאות המועבר על ידי סיבים אופטיים אינו מושפע מהפרעות אלקטרומגנטיות.
מרביתם המעשיים הם חיישני סיבים אופטיים שאינם פונקציונליים. חיישן המתח בתדר המשתנה, חיישן הזרם בתדר המשתנה וחיישן ההספק בתדר המשתנה (שילוב של חיישני המתח והזרם) של AnyWay&שייכים לחיישני סיבים אופטיים שאינם פונקציונליים, בעלי יתרונות ייחודיים במדידת הספק ב סביבות אלקטרומגנטיות מורכבות.
חיישני סיבים אופטיים הם טכנולוגיה חדשה שהגיחה בשנים האחרונות. ניתן להשתמש בו למדידת מגוון כמויות פיזיקליות, כמו שדה קול, שדה חשמלי, לחץ, טמפרטורה, מהירות זוויתית, תאוצה וכו ', וכן יכול להשלים משימות מדידה שקשה להשלים עם טכנולוגיות המדידה הקיימות. בחלל קטן, בהפרעות אלקטרומגנטיות חזקות ובסביבת מתח גבוה, חיישני סיבים אופטיים הראו יכולות ייחודיות. ישנם יותר מ -70 סוגים של חיישני סיבים אופטיים, המחולקים בערך לחיישני סיבים אופטיים וחיישנים המשתמשים בסיבים אופטיים.
מה שמכונה חיישן סיבים אופטיים פירושו שהסיב האופטי עצמו מקבל ישירות את המדידה החיצונית. הכמות הפיזית הנמדדת חיצונית עלולה לגרום לשינוי אורך, מקדם השבירה וקוטר זרוע המדידה, כך שהאור המועבר בסיב האופטי משתנה במשרעת, שלב, תדר, קיטוב וכו 'האור המועבר על ידי זרוע המדידה ואור הייחוס של זרוע הייחוס מפריע זה לזה (בהשוואה), כך שהשלב (או המשרעת) של אור המוצא משתנה, ואפשר לזהות את השינוי הנמדד על בסיס שינוי זה. השלב המועבר בסיב האופטי רגיש מאוד להשפעות חיצוניות, והכמות הפיזית המתאימה לשינוי פאזה קטן של 10 מינוס 4 רדיאן ניתנת לאיתור באמצעות טכנולוגיית ההפרעה. באמצעות מאפייני הפיתול והאובדן הנמוך של הסיב האופטי, ניתן לסלל סיב אופטי ארוך מאוד לסליל סיבים אופטי בקוטר קטן כדי להגדיל את אורך השימוש ולהשיג רגישות גבוהה יותר.
חיישן אקוסטי של סיבים אופטיים הוא חיישן המשתמש בסיבים אופטיים עצמו. כאשר הסיב האופטי נתון לכוח חיצוני קטן מאוד, הוא יהיה כפוף מעט ויכולת העברת האור שלו תשתנה מאוד. סאונד הוא סוג של גל מכני, והשפעתו על הסיב האופטי היא לכפות על הסיב האופטי ולייצר כיפוף. ניתן להשיג את עוצמת הצליל על ידי כיפוף. גירוסקופ סיבים אופטיים הוא גם סוג של חיישן סיבים אופטיים. בהשוואה לגירוסקופ לייזר, לגירוסקופ סיבים אופטיים יש רגישות גבוהה, גודל קטן ועלות נמוכה. ניתן להשתמש בו במערכות ניווט אינרציאליות בעלות ביצועים גבוהים של מטוסים, ספינות, טילים וכו '. האיור מראה את העיקרון של מד זרימת טורבינת חיישן סיבים אופטיים.
סורג בראג מקופל
FBS Bragg Grating Sensor (FBS) הוא סוג של חיישן סיבים אופטיים עם התדירות הגבוהה ביותר והטווח הרחב ביותר. סוג חיישן זה יכול לשנות את אורך הגל של גל האור המוחזר בהתאם לשינוי הטמפרטורה הסביבתית ו / או המתח. רשתות סיבי בראג משמשות לחשיפת קטע קטן של סיבים רגישים לאור לגלי אור עם התפלגות תקופתית של עוצמת האור באמצעות אינטרפרומטריה הולוגרפית או מיסוך פאזה. באופן זה, אינדקס השבירה האופטי של הסיב האופטי ישתנה לצמיתות בהתאם לעוצמת גל האור המוקרן. השינויים התקופתיים באינדקס השבירה של האור הנגרמים בשיטה זו נקראים סורג בראג סיבים.
כאשר קרן רחבת טווח מועברת אל סורג בראג הסיבים, כל קטע קטן של הסיב לאחר שינוי אינדקס השבירה ישקף רק אורך גל ספציפי של אור. אורך גל זה נקרא אורך הגל של בראג. מאפיין זה גורם לסבכות של סיבים בראג רק להחזיר גלי אור באורך גל ספציפי, בעוד שגלי אור באורכי גל אחרים יופצו.
על פי תפקיד הסיבים האופטיים בחיישן הסיבים האופטיים, ניתן לחלק אותו לשני סוגים: סוג חישה וסוג העברת אור.
הסיב האופטי של חיישן הסיב האופטי מסוג החישה לא רק מעביר אור, אלא גם משמש כחיישן פוטואלקטרי. בשל ההשפעה של הסביבה החיצונית על הסיב האופטי עצמו, הכמות הפיזית הנמדדת פועלת על החיישן דרך הסיב האופטי, כך שתכונותיו של מוליך הגל האופטי (עוצמת האור, שלב, מצב קיטוב, אורך גל וכו '). ) מווסתים. חיישני סיבים אופטיים מסוג חיישן מחולקים עוד לסוג המדגיש אור, סוג אפנון פאזה, סוג אפנון מצב רטט וסוג אפנון אורך גל.
סיב העברת אור מקופל
חיישן הסיבים האופטיים מסוג העברת האור מכניס את האות האופטי שמווסת האובייקט הנמדד לסיב האופטי, ואז מבצע את המדידה על ידי עיבוד האות האופטי בקצה הפלט. חיישן מסוג זה כולל אלמנט רגיש לאור אחר הרגיש לכמות הפיזית שיש למדוד, והסיב האופטי משמש רק כאלמנט העברת האור חייב להיות מחובר עם אלמנט רגיש המסוגל לווסת את האור המועבר על ידי הסיב האופטי ליצירת חיישן. אֵלֵמֶנט. ניתן לחלק את חיישני הסיבים האופטיים לשלושה סוגים: חיישני סיבים אופטיים נקודתיים, חיישני סיבים אופטיים אינטגרליים וחיישני סיבים אופטיים מבוזרים בהתאם לטווח המדידה שלהם. ביניהם, חיישני סיבים אופטיים מבוזרים משמשים לזיהוי התפלגות המתח של מבנים גדולים, ויכולים למדוד במהירות ובלא הרס את העקירה, לחץ פנימי או פני שטח ופרמטרים חשובים אחרים של המבנה. סוגי חיישני הסיבים האופטיים המשמשים בהנדסה אזרחית כוללים בעיקר חיישני סיבים אופטיים אינטראפרומטריים של מת-זנדר, חיישני סיבים אופטיים של חלל Fabry-pero וחיישני סורג בראג.
הקלות, העמידות והיציבות לטווח הארוך של חיישן הסיבים האופטיים מאפשרים ליישם אותו בקלות על מאמץ פנימי וגילוי מתחים של חומרי בניין שונים כמו בניית מבני פלדה ובטון. בדיקת בריאות ממומשת של מבנה הבניין.
קטגוריה עיקרית נוספת של חיישני סיבים אופטיים היא השימוש בחיישני סיבים אופטיים. מבנהו הוא בערך כדלקמן: החיישן ממוקם בקצה הסיב האופטי, והסיב האופטי הוא רק קו העברה של אור, הממיר את הכמות הפיזית הנמדדת למשרעת, שלב או משרעת של האור. במערכת חיישנים זו משולבים החיישן המסורתי והסיב האופטי. הכנסת סיבים אופטיים מאפשרת לממש טלמטריה מבוססת בדיקה. חיישן העברת סיבים אופטיים זה טווח יישומים רחב וקל לשימוש, אך הדיוק שלו נמוך מעט מזה של חיישן מהסוג הראשון.
סיבים אופטיים הם כוכב עולה במשפחת החיישנים. הוא נמצא בשימוש נרחב בשל הביצועים המעולים של סיבים אופטיים. זהו סוג של חיישן שכדאי לשים לב אליו בתרגול הייצור.
חיישני סיבים אופטיים הפכו לכוכב עולה במשפחת החיישנים בשל יתרונותיהם הרבים, וממלאים את תפקידם הייחודי במדידות שונות, והופכים לחבר חיוני במשפחת החיישנים.
יישום
מבודד מלכלוך, מגנטיות, קול, לחץ, טמפרטורה, תאוצה, גירו, תזוזה, מפלס נוזל, מומנט, פוטו-אקוסטי, זרם, חיישן סיבים אופטיים יכול לשמש לתזוזה, רטט, סיבוב, לחץ, כיפוף, זן, מהירות, האצה, זרם, שדה מגנטי, מתח, לחות, טמפרטורה, שדה קול, זרימה, ריכוז, ערך PH ומדידת זן. חיישני סיבים אופטיים כוללים מגוון רחב של יישומים, הכוללים כמעט את כל התחומים החשובים בכלכלה הלאומית וההגנה הלאומית וחיי היומיום של האנשים. ניתן להשתמש בהם בבטחה וביעילות בסביבות קשות. הם פותרים בעיות טכניות רבות שקיימות בתעשיות רבות במשך שנים רבות. ביקוש בשוק. מתבטא בעיקר ביישומים הבאים:
יישום גירוסקופים אינטרפרומטריים וחיישני לחץ צורמים בגשרים, סכרים, שדות נפט וכו 'בבנייה עירונית. ניתן להטמיע חיישני סיבים אופטיים בבטון, פלסטיק מחוזק בסיבי פחמן וחומרים מרוכבים שונים לבדיקת הרפיית לחץ, מתח בנייה ומתח עומס דינמי, כדי להעריך את הביצועים המבניים של הגשר בשלב הבנייה לטווח הקצר והארוך. מצב הפעלה מונח.
במערכת החשמל יש צורך למדוד טמפרטורה, זרם ופרמטרים אחרים, כמו גילוי הטמפרטורה בסטטור וברוטור של שנאי מתח גבוה ומנועים גדולים. מכיוון שחיישנים חשמליים רגישים להפרעות של שדות אלקטרומגנטיים, לא ניתן להשתמש בהם במקרים כאלה. חיישן סיבים אופטיים. חיישן טמפרטורת סיבים אופטיים מבוזר הוא היי-טק שפותח בשנים האחרונות למדידה בזמן אמת של חלוקת שדות הטמפרטורה המרחבית. למערכת חישת טמפרטורה של סיבים אופטיים מבוזרת לא רק היתרונות של חיישני סיבים אופטיים נפוצים, אלא גם יש את היכולת למדוד את הטמפרטורה של נקודות שונות לאורך הסיב האופטי. עם יכולת החישה המבוזרת שלה, אנו יכולים למדוד ברציפות את הטמפרטורה של נקודות שונות תוך מספר קילומטרים לאורך הסיב האופטי בזמן אמת. דיוק המיקום יכול להגיע לסדר מטרים, ודיוק המדידה יכול להגיע לרמה של מעלה אחת. זה מתאים מאוד למדידת טמפרטורת צומת בקנה מידה גדול. אירועי יישום.
בנוסף, ניתן להשתמש בחיישני סיבים אופטיים גם לניטור רכבת, מערכות הנעה רקטות וגילוי בארות נפט.
לסיבים אופטיים היתרונות המדהימים של פס רחב, קיבולת גדולה, שידור למרחקים ארוכים וחישה מרובת פרמטרים, מבוזרת וצריכת אנרגיה נמוכה. חישת סיבים אופטיים יכולה להמשיך ולקלוט טכנולוגיות ומכשירים חדשים לתקשורת סיבים אופטיים, וחיישני סיבים אופטיים שונים צפויים להיות בשימוש נרחב באינטרנט של הדברים.
