Cảm biến sợi quang là một cảm biến chuyển đổi trạng thái của vật thể đo được thành tín hiệu ánh sáng có thể đo được. Nguyên tắc làm việc của cảm biến sợi quang học là gửi sự cố chùm ánh sáng từ nguồn sáng đến bộ điều biến thông qua sợi quang và tương tác với các thông số đo bên ngoài trong bộ điều biến để tạo ra các tính chất quang học của ánh sáng như cường độ ánh sáng, bước sóng, tần số, pha, trạng thái phân cực, v.v. Nó thay đổi và trở thành một tín hiệu quang học điều chế, sau đó được gửi đến thiết bị quang điện tử thông qua sợi quang học, và tham số đo được thu được sau khi demodulator. Trong toàn bộ quá trình, chùm ánh sáng được giới thiệu thông qua sợi quang học, và sau đó phát ra sau khi đi qua bộ điều biến. Chức năng của sợi quang là đầu tiên truyền chùm ánh sáng, và thứ hai hoạt động như một bộ điều biến quang học.
Định hướng phát triển
Cảm biến đang phát triển theo hướng nhạy cảm, chính xác, khả năng thích ứng, nhỏ gọn và thông minh. Trong quá trình này, cảm biến sợi quang, một thành viên mới của gia đình cảm biến, rất phổ biến. Sợi quang học có nhiều tính chất tuyệt vời, chẳng hạn như: hiệu suất nhiễu bức xạ chống điện từ và nguyên tử, đường kính nhỏ, tính chất cơ học mềm, trọng lượng nhẹ; cách nhiệt, tính chất điện không cảm ứng; khả năng chịu nước, chịu nhiệt độ cao, chống ăn mòn, tính chất hóa học, vv, Nó có thể đóng vai trò của tai người ở những nơi mà mọi người không thể tiếp cận (chẳng hạn như khu vực nhiệt độ cao) hoặc các khu vực có hại cho con người (chẳng hạn như các khu vực bức xạ hạt nhân), và nó cũng có thể vượt qua ranh giới sinh lý của con người và nhận được các giác quan của con người. Thông tin bên ngoài mà bạn không thể cảm nhận được.
Tính năng
1. Do sử dụng lăng kính trong phản xạ, nó có hiệu suất phát hiện cao hơn và độ tin cậy cao hơn so với cảm biến điều khiển ánh sáng phản xạ nói chung.
2. So với một cảm biến điều khiển ánh sáng riêng biệt, kết nối mạch đơn giản và dễ dàng hơn.
3. Thiết kế nhúng của khóa giúp việc lắp đặt dễ dàng hơn
Sử dụng
1. Được sử dụng để truyền tải các mô hình kỹ thuật số như điện thoại và băng thông rộng mạng.
2. Vượt qua tình trạng tiền giấy, thẻ, tiền xu, sổ tiết kiệm, v.v. được sử dụng cho máy bán hàng tự động, thiết bị liên quan đến thiết bị đầu cuối tài chính và quầy tiền
3. Được sử dụng để định vị sản phẩm, đếm và nhận dạng trên thiết bị tự động.
Nguyên tắc
Nguyên tắc làm việc cơ bản của cảm biến sợi quang học là gửi ánh sáng từ nguồn sáng đến bộ điều biến thông qua sợi quang. Sau khi tham số được đo tương tác với ánh sáng đi vào khu vực điều chế, các tính chất quang học của ánh sáng (chẳng hạn như cường độ ánh sáng, bước sóng, tần số, pha, trạng thái phân cực, v.v.) thay đổi, được gọi là ánh sáng tín hiệu điều chế, và sau đó sử dụng ảnh hưởng của các đặc tính truyền ánh sáng đo được để hoàn thành phép đo.
Có hai nguyên tắc đo lường cho cảm biến sợi quang học.
(1) Nguyên tắc của cảm biến sợi quang loại thuộc tính vật lý. Cảm biến sợi quang loại thuộc tính vật lý sử dụng độ nhạy của sợi quang để thay đổi môi trường để chuyển đổi số lượng vật lý đầu vào thành tín hiệu quang học được điều chế. Nguyên tắc làm việc của nó dựa trên hiệu ứng điều chế quang học của sợi quang học, nghĩa là khi các yếu tố môi trường bên ngoài như nhiệt độ, áp suất, điện trường, từ trường, v.v. thay đổi, các đặc tính truyền ánh sáng của nó, chẳng hạn như pha và cường độ ánh sáng, sẽ thay đổi.
Do đó, nếu có thể đo pha ánh sáng và cường độ ánh sáng thông qua sợi quang học, có thể biết được sự thay đổi số lượng vật lý đo được. Loại cảm biến này còn được gọi là loại yếu tố nhạy cảm hoặc cảm biến sợi quang chức năng. Chùm tia của nguồn ánh sáng điểm của laser khuếch tán thành sóng song song và được chia thành hai đường bởi một splitter chùm tia, một là đường dẫn quang tham chiếu và khác là đường dẫn quang học đo lường. Các thông số bên ngoài (nhiệt độ, áp suất, rung động, v.v.) làm cho chiều dài của sợi thay đổi và pha ánh sáng của pha thay đổi, do đó tạo ra số lượng rìa nhiễu khác nhau. Bằng cách đếm chuyển động chế độ của nó, nhiệt độ hoặc áp suất có thể được đo.
(2) Nguyên tắc của cảm biến sợi quang có cấu trúc. Cảm biến sợi quang có cấu trúc là một hệ thống đo lường bao gồm một yếu tố phát hiện ánh sáng (yếu tố nhạy cảm), một vòng lặp truyền sợi quang và một mạch đo lường. Trong số đó, sợi quang học chỉ được sử dụng làm phương tiện truyền ánh sáng, vì vậy nó còn được gọi là cảm biến sợi quang truyền ánh sáng hoặc không hoạt động
Hiệu suất
Sợi quang học có nhiều tính chất tuyệt vời, chẳng hạn như: hiệu suất nhiễu bức xạ chống điện từ và nguyên tử, đường kính nhỏ, tính chất cơ học mềm, trọng lượng nhẹ; cách nhiệt, tính chất điện không cảm ứng; khả năng chịu nước, chịu nhiệt độ cao, chống ăn mòn, tính chất hóa học, vv, Nó có thể đóng vai trò của tai người ở những nơi ngoài tầm với hoặc có hại cho con người (chẳng hạn như các khu vực bức xạ hạt nhân), và nó cũng có thể vượt qua ranh giới sinh lý của con người và nhận được những gì không thể được cảm nhận bởi các giác quan của con người. Thông tin bên ngoài.
Tính năng
1. Độ nhạy cao;
2. Hình dạng hình học có thể thích nghi trong nhiều khía cạnh và có thể được làm thành các cảm biến sợi quang học có hình dạng bất kỳ;
Thứ ba, nó có thể sản xuất các thiết bị cảm nhận thông tin vật lý khác nhau (âm thanh, từ tính, nhiệt độ, xoay, v.v.);
4. Nó có thể được sử dụng trong điện áp cao, tiếng ồn điện, nhiệt độ cao, ăn mòn, hoặc môi trường khắc nghiệt khác;
Thứ năm, và có khả năng tương thích vốn có với công nghệ đo từ xa sợi quang.
Ưu điểm của cảm biến sợi quang là so với các cảm biến truyền thống, cảm biến sợi quang sử dụng ánh sáng làm chất mang thông tin nhạy cảm và sợi quang làm phương tiện để truyền thông tin nhạy cảm. Nó có các đặc tính của sợi quang học và đo quang học và có một loạt các lợi thế độc đáo. Hiệu suất cách điện tốt, khả năng chống nhiễu điện từ mạnh mẽ, không xâm lấn, độ nhạy cao, dễ dàng nhận biết giám sát từ xa tín hiệu đo được, chống ăn mòn, chống cháy nổ, đường dẫn ánh sáng linh hoạt, dễ dàng kết nối với máy tính.
Cảm biến đang phát triển theo hướng nhạy, chính xác, khả năng thích ứng, nhỏ gọn và thông minh. Nó có thể được sử dụng ở những nơi mà mọi người không thể tiếp cận (chẳng hạn như các khu vực nhiệt độ cao hoặc các khu vực có hại cho con người, chẳng hạn như các khu vực bức xạ hạt nhân). Nó cũng có thể vượt qua ranh giới sinh lý của con người và nhận được thông tin bên ngoài mà không thể được cảm nhận bởi các giác quan của con người.
Phân loại
Theo chế độ điều chế của đối tượng đang được thử nghiệm, nó có thể được chia thành: điều chế cường độ, chế độ phân cực, chế độ pha và chế độ tần số;
Theo ánh sáng có can thiệp hay không, nó có thể được chia thành: loại nhiễu và loại không nhiễu;
Theo liệu phép đo có thể được theo dõi liên tục khi khoảng cách tăng lên hay không, nó có thể được chia thành: phân phối và dựa trên điểm;
Theo vai trò của sợi quang trong cảm biến, nó có thể được chia thành: một loại là cảm biến chức năng (Sợi chức năng, viết tắt là FF), còn được gọi là cảm biến cảm biến; loại còn lại là loại không hoạt động (Sợi không chức năng, viết tắt là NFF), và Nó được gọi là cảm biến truyền ánh sáng.
Loại chức năng gấp
Cảm biến chức năng sử dụng các đặc điểm của sợi quang để sử dụng sợi quang học như một yếu tố nhạy cảm. Ánh sáng đo được điều chỉnh ánh sáng truyền trong sợi quang để thay đổi cường độ, pha, tần số hoặc trạng thái phân cực của ánh sáng truyền đi. Tín hiệu được demodulated để có được tín hiệu đang được thử nghiệm.
Sợi quang học không chỉ là một phương tiện dẫn ánh sáng, mà còn là một yếu tố nhạy cảm. Ánh sáng được đo và điều chế trong sợi quang học, và sợi quang đa chế độ chủ yếu được sử dụng.
Ưu điểm: cấu trúc nhỏ gọn và độ nhạy cao.
Nhược điểm: sợi quang đặc biệt là cần thiết, chi phí cao,
Ví dụ điển hình: con quay hồi chuyển sợi quang, hydrophone sợi quang, v.v.
Loại sợi không chức năng gấp
Cảm biến sợi quang không chức năng sử dụng các thành phần nhạy cảm khác để cảm nhận những thay đổi đang được đo. Sợi quang học chỉ được sử dụng làm phương tiện truyền thông tin, và sợi quang một chế độ thường được sử dụng.
Sợi quang học chỉ đóng một vai trò hướng dẫn ánh sáng, và ánh sáng trên các yếu tố nhạy cảm loại sợi quang học được điều chỉnh bằng cách đo lường.
Ưu thế: Sợi quang có thể được sử dụng để cách ly điện và truyền dữ liệu, và tín hiệu truyền qua sợi quang không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ.
Hầu hết những người thực tế là các cảm biến sợi quang không chức năng. Cảm biến điện áp tần số biến đổi của AnyWay, cảm biến dòng điện tần số biến đổi và cảm biến nguồn tần số biến đổi (kết hợp cảm biến điện áp và dòng điện) thuộc về các cảm biến sợi quang không chức năng, có những lợi thế độc đáo trong đo điện trong môi trường điện từ phức tạp.
Cảm biến sợi quang là một công nghệ mới đã xuất hiện trong những năm gần đây. Nó có thể được sử dụng để đo một loạt các số lượng vật lý, chẳng hạn như trường âm thanh, điện trường, áp suất, nhiệt độ, vận tốc góc, gia tốc, vv, và cũng có thể hoàn thành nhiệm vụ đo lường khó hoàn thành với các công nghệ đo lường hiện có. Trong một không gian nhỏ, trong một nhiễu điện từ mạnh mẽ và môi trường điện áp cao, cảm biến sợi quang đã cho thấy khả năng độc đáo. Có hơn 70 loại cảm biến sợi quang, được chia thành các cảm biến và cảm biến sợi quang học sử dụng sợi quang.
Cái gọi là cảm biến sợi quang học có nghĩa là sợi quang tự nó trực tiếp nhận được phép đo bên ngoài. Số lượng vật lý đo được bên ngoài có thể làm cho chiều dài, chỉ số khúc xạ và đường kính của cánh tay đo thay đổi, do đó ánh sáng truyền trong sợi quang thay đổi biên độ, pha, tần số, phân cực, v.v. Ánh sáng truyền qua cánh tay đo và ánh sáng tham chiếu của cánh tay tham chiếu can thiệp vào nhau (so sánh), để pha (hoặc biên độ) của ánh sáng đầu ra thay đổi và sự thay đổi đo được có thể được phát hiện dựa trên sự thay đổi này. Pha truyền trong sợi quang rất nhạy cảm với các ảnh hưởng bên ngoài, và số lượng vật lý tương ứng với sự thay đổi pha nhỏ của 10 trừ 4 radian có thể được phát hiện bằng cách sử dụng công nghệ giao thoa. Sử dụng các tính chất quanh co và tổn thất thấp của sợi quang học, một sợi quang học rất dài có thể được cuộn thành một cuộn dây sợi quang đường kính nhỏ để tăng chiều dài sử dụng và có được độ nhạy cao hơn.
Cảm biến âm thanh sợi quang học là một cảm biến sử dụng sợi quang học. Khi sợi quang học chịu một lực bên ngoài rất nhỏ, nó sẽ hơi cong, và khả năng truyền ánh sáng của nó sẽ thay đổi rất nhiều. Âm thanh là một loại sóng cơ học, và hiệu ứng của nó trên sợi quang học là buộc sợi quang học và tạo ra uốn. Sức mạnh của âm thanh có thể thu được bằng cách uốn. Con quay hồi chuyển sợi quang cũng là một loại cảm biến sợi quang. So với con quay hồi chuyển laser, con quay hồi chuyển sợi quang có độ nhạy cao, kích thước nhỏ và chi phí thấp. Nó có thể được sử dụng trong các hệ thống dẫn đường quán tính hiệu suất cao của máy bay, tàu, tên lửa, v.v. Con số này cho thấy nguyên tắc của dòng chảy tuabin cảm biến sợi quang.
Gấp Bragg lưới
Fiber Bragg Grating Sensor (FBS) là một loại cảm biến sợi quang với tần số cao nhất và phạm vi rộng nhất. Loại cảm biến này có thể thay đổi bước sóng của sóng ánh sáng phản xạ theo sự thay đổi nhiệt độ môi trường và / hoặc căng thẳng. Lưới sợi Bragg được sử dụng để phơi bày một phần nhỏ của sợi nhạy cảm với ánh sáng với sóng ánh sáng với sự phân bố định kỳ cường độ ánh sáng thông qua giao thoa ba chiều hoặc che pha. Bằng cách này, chỉ số khúc xạ quang học của sợi quang sẽ được thay đổi vĩnh viễn theo cường độ của sóng ánh sáng chiếu xạ. Những thay đổi định kỳ trong chỉ số khúc xạ của ánh sáng gây ra bởi phương pháp này được gọi là sợi Bragg lưới.
Khi một chùm tia phổ rộng được lan truyền đến lưới Bragg sợi, mỗi phân đoạn nhỏ của sợi sau khi chỉ số khúc xạ được thay đổi sẽ chỉ phản ánh một bước sóng ánh sáng cụ thể. Bước sóng này được gọi là bước sóng Bragg. Đặc điểm này làm cho lưới Fiber Bragg chỉ phản ánh sóng ánh sáng của một bước sóng cụ thể, trong khi sóng ánh sáng của các bước sóng khác sẽ được lan truyền.
Theo vai trò của sợi quang trong cảm biến sợi quang, nó có thể được chia thành hai loại: loại cảm biến và loại truyền ánh sáng.
Sợi quang học của cảm biến sợi quang loại cảm biến không chỉ truyền ánh sáng mà còn hoạt động như một cảm biến quang điện. Do ảnh hưởng của môi trường bên ngoài đối với chính sợi quang, số lượng vật lý được đo hoạt động trên cảm biến thông qua sợi quang học, do đó các tính chất của ống dẫn sóng quang học (cường độ ánh sáng, pha, trạng thái phân cực, bước sóng, v.v.) được điều chỉnh. Cảm biến sợi quang loại cảm biến được chia tiếp thành loại nhấn mạnh ánh sáng, loại điều chế pha, loại điều chế trạng thái rung và loại điều chế bước sóng.
Gấp sợi truyền ánh sáng
Cảm biến sợi quang loại truyền ánh sáng đầu vào tín hiệu quang học được điều chỉnh bởi vật đo vào sợi quang, và sau đó thực hiện phép đo bằng cách xử lý tín hiệu quang học ở đầu ra. Loại cảm biến này có một yếu tố cảm quang khác nhạy cảm với số lượng vật lý cần đo, và sợi quang học chỉ được sử dụng vì phần tử truyền ánh sáng phải được gắn với một yếu tố nhạy cảm có khả năng điều chỉnh ánh sáng được truyền bởi sợi quang để tạo thành một yếu tố cảm biến. Cảm biến sợi quang có thể được chia thành ba loại: cảm biến sợi quang điểm, cảm biến sợi quang tích hợp và cảm biến sợi quang phân tán theo phạm vi đo của chúng. Trong số đó, các cảm biến sợi quang phân tán được sử dụng để phát hiện sự phân bố căng thẳng của các cấu trúc lớn, và có thể nhanh chóng và không phá hủy đo sự dịch chuyển, ứng suất bên trong hoặc bề mặt và các thông số quan trọng khác của cấu trúc. Các loại cảm biến sợi quang được sử dụng trong kỹ thuật dân dụng chủ yếu bao gồm cảm biến sợi quang giao thoa Math-Zender, cảm biến sợi quang khoang Fabry-pero và cảm biến lưới sợi Bragg.
Sự nhẹ nhàng, bền bỉ và ổn định lâu dài của cảm biến sợi quang cho phép nó dễ dàng áp dụng cho sự căng thẳng bên trong và phát hiện căng thẳng của các vật liệu xây dựng khác nhau như kết cấu thép xây dựng và bê tông. Thực hiện kiểm tra sức khỏe của cấu trúc tòa nhà.
Một loại cảm biến sợi quang chính khác là sử dụng cảm biến sợi quang. Cấu trúc của nó là khoảng như sau: Cảm biến nằm ở cuối sợi quang học, và sợi quang học chỉ là một đường truyền ánh sáng, chuyển đổi số lượng vật lý đo được thành biên độ, pha hoặc biên độ của ánh sáng. Trong hệ thống cảm biến này, cảm biến truyền thống và sợi quang học được kết hợp. Sự ra đời của sợi quang học làm cho nó có thể nhận ra thăm dò dựa trên từ xa. Cảm biến truyền sợi quang này có phạm vi ứng dụng rộng và dễ sử dụng, nhưng độ chính xác của nó thấp hơn một chút so với loại cảm biến đầu tiên.
Sợi quang học là một ngôi sao đang lên trong họ cảm biến. Nó được sử dụng rộng rãi do hiệu suất tuyệt vời của sợi quang. Nó là một loại cảm biến đáng chú ý trong thực tế sản xuất.
Cảm biến sợi quang đã trở thành một ngôi sao đang lên trong gia đình cảm biến do nhiều lợi thế của chúng, và đóng vai trò độc đáo của riêng chúng trong các phép đo khác nhau, trở thành một thành viên không thể thiếu trong gia đình cảm biến.
Ứng dụng
Cách nhiệt từ bụi bẩn, từ tính, âm thanh, áp suất, nhiệt độ, gia tốc, con quay hồi chuyển, dịch chuyển, mức chất lỏng, mô-men xoắn, quang điện, hiện tại, cảm biến sợi quang học có thể được sử dụng cho dịch chuyển, rung động, quay, áp suất, uốn, căng thẳng, tốc độ, gia tốc, hiện tại, từ trường, điện áp, độ ẩm, nhiệt độ, trường âm thanh, dòng chảy, nồng độ, giá trị PH và đo lường căng thẳng. Cảm biến sợi quang học có một loạt các ứng dụng, liên quan đến hầu hết các lĩnh vực quan trọng của nền kinh tế quốc gia và quốc phòng và cuộc sống hàng ngày của người dân. Chúng có thể được sử dụng một cách an toàn và hiệu quả trong môi trường khắc nghiệt. Họ giải quyết nhiều vấn đề kỹ thuật đã tồn tại trong nhiều ngành công nghiệp trong nhiều năm. Nhu cầu thị trường. Chủ yếu được thể hiện trong các ứng dụng sau:
Ứng dụng con quay hồi chuyển giao thoa và cảm biến áp suất lưới trong cầu, đập, mỏ dầu, v.v. trong xây dựng đô thị. Cảm biến sợi quang có thể được nhúng trong bê tông, nhựa gia cố sợi carbon và các vật liệu composite khác nhau để kiểm tra thư giãn căng thẳng, căng thẳng xây dựng và căng thẳng tải năng động, để đánh giá hiệu suất kết cấu của cây cầu trong giai đoạn xây dựng ngắn hạn và trạng thái hoạt động lâu dài.
Trong hệ thống điện, nó là cần thiết để đo nhiệt độ, hiện tại và các thông số khác, chẳng hạn như phát hiện nhiệt độ trong stator và cánh quạt của máy biến áp điện áp cao và động cơ lớn. Vì cảm biến điện dễ bị nhiễu trường điện từ, chúng không thể được sử dụng trong những dịp như vậy. Cảm biến sợi quang. Cảm biến nhiệt độ sợi quang phân tán là một công nghệ cao được phát triển trong những năm gần đây để đo thời gian thực phân phối trường nhiệt độ không gian. Hệ thống cảm biến nhiệt độ sợi quang phân tán không chỉ có những ưu điểm của các cảm biến sợi quang phổ biến, mà còn có khả năng đo nhiệt độ của các điểm khác nhau dọc theo sợi quang. Với khả năng cảm biến phân tán của nó, chúng ta có thể liên tục đo nhiệt độ của các điểm khác nhau trong vòng vài km dọc theo sợi quang học trong thời gian thực. Độ chính xác định vị có thể đạt đến thứ tự của mét, và độ chính xác đo lường có thể đạt đến mức 1 độ. Nó rất thích hợp để đo nhiệt độ giao nhau quy mô lớn. Những dịp nộp đơn.
Ngoài ra, các cảm biến sợi quang cũng có thể được sử dụng trong giám sát đường sắt, hệ thống đẩy tên lửa và phát hiện giếng dầu.
Sợi quang có những ưu điểm vượt trội của băng thông rộng, công suất lớn, truyền dẫn đường dài và cảm biến đa thông số, phân phối và tiêu thụ năng lượng thấp. Cảm biến sợi quang học có thể tiếp tục hấp thụ các công nghệ và thiết bị mới để giao tiếp sợi quang học, và các cảm biến sợi quang khác nhau dự kiến sẽ được sử dụng rộng rãi trong Internet of Things.
