År 1960 uppfanns laserljus och efter uppfinningen av lasrar hade forskare visat intresse för att studera applikationerna för optiska fiberkommunikationssystem för avkänning, datakommunikation och många andra applikationer. Därefter fiberoptiskt kommunikationssystem har blivit det ultimata valet för gigabits och bortom gigabitsöverföring av data. Denna typ av fiberoptisk kommunikation används för att överföra data, röst, telemetri och video över fjärrkommunikation eller datanätverk eller LAN. Denna teknik använder en ljusvåg för att överföra data över en fiber genom att ändra elektroniska signaler till ljus. Några av de utmärkta karaktäristiska egenskaperna hos denna teknik inkluderar låg vikt, låg dämpning, mindre diameter, långdistanssändning, överföringssäkerhet och så vidare.
Fiberoptiska sensorer
Betydligt är att telekommunikationsteknik har förändrat de senaste framstegen inom fiberoptisk teknik. Den senaste revolutionen verkade som designers för att kombinera de produktiva resultaten av optoelektroniska enheter med fiberoptiska telekommunikationsenheter för att skapa fiberoptiska sensorer. Många av komponenterna associerade med dessa enheter är ofta utvecklade för fiberoptiska sensortillämpningar. De fiberoptiska sensornas förmåga har ökat i stället för traditionell sensor.
Fiberoptiska sensorer
De fiberoptiska sensorerna kallas också för optiska fibrer använder optiska fibrer eller avkänningselement. Dessa sensorer används för att känna av vissa mängder som temperatur, tryck, vibrationer, förskjutningar, rotationer eller koncentration av kemiska arter. Fibrer har så många användningsområden inom fjärranalys eftersom de inte behöver någon elektrisk ström på fjärrplatsen och de har liten storlek.
Fiberoptiska sensorer är högsta för okänsliga förhållanden, inklusive buller, hög vibration, extrem värme, våta och instabila miljöer. Dessa sensorer kan enkelt passa in i små ytor och kan placeras korrekt varhelst flexibla fibrer behövs. Våglängdsförskjutningen kan beräknas med hjälp av en anordning, optisk frekvensdomänreflektrometri. Tidsfördröjningen för de fiberoptiska sensorerna kan bestämmas med hjälp av en anordning såsom en optisk tidsdomänreflektometer.
Blockdiagram över fiberoptisk sensor
Det allmänna blockschemat för fiberoptisk sensor visas ovan. Blockdiagrammet består av optisk källa ( Ljusdiod , LASER och laserdiod), optisk fiber, avkänningselement, optisk detektor och slutbehandlingsanordningar (optisk spektrumanalysator, oscilloskop). Dessa sensorer klassificeras i tre kategorier baserat på funktionsprinciper, sensorplacering och applikation.
Typer av fiberoptiska sensorsystem
Dessa sensorer kan klassificeras och förklaras på följande sätt:
1. Baserat på sensorpositionen klassificeras de fiberoptiska sensorerna i två typer:
- Inneboende fiberoptiska sensorer
- Extrinsic Fiber-Optic Sensor
Fiberoptiska sensorer av inneboende typ
I denna typ av sensorer sker avkänning i själva fibern. Sensorerna beror på egenskaperna hos den optiska fibern i sig för att omvandla en miljöåtgärd till en modulation av ljusstrålen som passerar genom den. Här kan en av de fysiska egenskaperna hos ljussignalen vara i form av frekvens, fas, polarisationsintensitet. Den mest användbara egenskapen hos den inneboende fiberoptiska sensorn är att den ger distribuerad avkänning över långa avstånd. Grundkonceptet för den inneboende fiberoptiska sensorn visas i följande bild.
Fiberoptiska sensorer av inneboende typ
Extrinsic Type Fiberoptic Sensors
I fiberoptiska sensorer av yttre typ kan fibern användas som informationsbärare som visar vägen till en svart låda. Det genererar en ljussignal beroende på vilken information som anlände till den svarta rutan. Den svarta lådan kan vara gjord av speglar,gas eller andra mekanismer som genererar en optisk signal. Dessa sensorer används för att mäta rotation, vibrationshastighet, förskjutning, vridning, vridmoment och acceleration. Majoren fördelarna med dessa sensorer är deras förmåga att nå platser som annars inte kan nås.
Extrinsic Type Fiberoptic Sensors
Det bästa exemplet på denna sensor är mätningen av temperaturen på flygplanets jetmotor som använder en fiber för att överföra en strålning till en strålningspyrometer som ligger utanför motorn. På samma sätt kan dessa sensorer också användas för att mäta den inre temperaturen på transformatorer . Dessa sensorer ger utmärkt skydd av mätsignaler mot bruskorruption. Följande bild visar det grundläggande konceptet för den externa fiberoptiska sensorn.
2. Baserat på arbetsprinciper klassificeras fiberoptiska sensorer i tre typer:
- Intensitetsbaserad
- Fasbaserad
- Polarisationsbaserad
Intensitetsbaserad fiberoptisk sensor
Intensitetsbaserade fiberoptiska sensorer kräver mer ljus och dessa sensorer använder flera kärnfibrer med flera lägen. Den visade figuren ger en uppfattning om hur ljusintensiteten fungerar som en avkänningsparameter samt hur detta arrangemang gör att fibern fungerar som en vibrationssensor. När det finns en vibration kommer en förändring i ljuset att sättas in från ena änden till en annan ände och detta kommer att göra intelligensen för att mäta vibrationsamplituden.
Intensitetsbaserad fiberoptisk sensor
I figuren beror den närmare fiberoptiska och vibrationssensorn på ljusintensiteten i senare delar. Dessa sensorer har många begränsningar på grund av variabla förluster i systemet som inte uppstår i miljön. Dessa variabla förluster inkluderar förluster på grund av skarvar, mikro- & makroböjningsförluster, förlorade på grund av anslutningar vid fogar etc. Exemplen inkluderar intensitetsbaserade sensorer eller mikroböjningssensor och evanescent vågsensor.
Fördelarna med dessa fiberoptiska sensorer inkluderar låg kostnad, förmåga att fungera som verkligt distribuerade sensorer, mycket enkla att implementera, möjligheten att multiplexeras etc. Nackdelarna inkluderar variationer i ljusintensiteten och relativa mätningar etc.
Polarisationsbaserad fiberoptisk sensor
Polarisationsbaserade optiska fibrer är viktiga för en viss klass av sensorer. Denna egenskap kan enkelt modifieras av olika externa variabler och därmed dessa typer av sensorer kan användas för mätning av en rad parametrar.Specialfibrer och andra komponenter har utvecklats med exakta polarisationsfunktioner. Generellt används dessa i en mängd olika mät-, kommunikations- och signalbehandlingsapplikationer.
Polarisationsbaserad fiberoptisk sensor
Den optiska inställningen för en polariseringsbaserad fiberoptisk sensor visas ovan. Den formas genom att polarisera ljuset från ljuskällan genom en polarisator. Det polariserade ljuset startas vid 45 ° till de valda axlarna med en längd av dubbelbrytande polarisationsskyddande fiber. Denna del av fibern serveras som avkänningsfiber. Därefter ändras fasskillnaden mellan de två polariseringstillstånden under eventuella yttre störningar såsom påfrestning eller belastning. I enlighet med de yttre störningarna ändras utmatningspolarisationen. Genom att ta hänsyn till utmatningspolarisationstillståndet i nästa ände av fibern kan de yttre störningarna detekteras.
Fasbaserad fiberoptisk sensor
Dessa typer av sensorer används för att ändra sändarljus vid informationssignal där signalen observeras av den fasbaserade fiberoptiska sensorn. När en ljusstråle passerar genom interferometern separeras ljuset i två strålar, varvid en stråle exponeras för avkänningsmiljön och den andra strålen isoleras från avkänningsmiljön, som används som referens. När de två separerade balkarna har kombinerats igen kommer de i vägen med varandra. De vanligaste interferometrarna är Michelson, Mach Zehnder, Sagnac, gitter och polarimetriska interferometrar. Här visas Mach Zehnder och Michelson interferometrar nedan.
Fasbaserad fiberoptisk sensor
här är skillnader och likheter mellan de två interferometrarna. När det gäller likheter anses Michelson Interferometer ofta vara vikta Mach Zehnder-interferometer. Konfigurationen av Michelson-interferometern kräver endast en optisk fiberkoppling. Eftersom ljuset passerar två gånger genom avkännings- och referensfibrerna fördubblas den optiska fasförskjutningen per fiberlängd. Således kan Michelson väsentligen ha bättre känslighet. En annan tydlig fördel med Michelson är att sensorn endast kan förhöras med en enda fiber mellan käll- och källdetektormodulen. Men en reflektionsspegel av god kvalitet krävs för Michelson-interferometern
3. Baserat på applikation klassificeras fiberoptiska sensorer i tre typer som
- Kemisk sensor
- Fysisk sensor
- Biomedicinsk sensor
Kemisk sensor
En kemisk sensor är en anordning som används för att omvandla kemisk information i form av en mätbar fysisk signal som är associerad med koncentrationen av en viss kemisk art. Den kemiska sensorn är en viktig komponent i en analysator och kan innehålla vissa enheter som utför följande funktioner: signalbehandling, sampling och databehandling. En analysator kan vara en viktig del av ett automatiserat system.
Kemisk sensor
Analysatorns arbete enligt en provtagningsplan som en funktion av tiden fungerar som en monitor. Dessa sensorer inkluderar två funktionella enheter: en receptor och en givare. I receptordelen omvandlas den kemiska informationen till en energi som kan mätas av givaren. I givardelen omvandlas den kemiska informationen till en analytisk signal och den visar inte känslighet.
Fysisk sensor
En fysisk sensor är en enhet som är gjord enligt den fysiska effekten och naturen. Dessa sensorer används för att ge information om en fysisk egenskap hos systemet. Denna typ av sensorer betecknas mestadels av sensorer som fotoelektriska sensorer, piezoelektriska sensorer , metallmotståndssensorer och halvledar-piezo-resistiva sensorer.
Biomedicinsk sensor
Biomedicinsk sensor är en elektronisk enhet som används för att överföra olika icke-elektriska mängder i biomedicinska fält till lätt detekterbara elektriska mängder. Av denna anledning ingår dessa sensorer i vårdanalysen. Denna avkänningsteknik är nyckeln till att samla in mänsklig patologisk och fysiologisk information.
Biomedicinsk sensor
Tillämpningar av fiberoptiska sensorer
Fiberoptiska sensorer används i ett varierat utbud av applikationer såsom
- Mätning av fysiska egenskaper såsom temperatur, förskjutning,hastighet, töjning i strukturer av vilken storlek som helst eller vilken form som helst.
- I realtid övervakar den fysiska strukturen i hälsan.
- Byggnader och broar, tunnlar,Dammar, arvstrukturer.
- Nattkamera, elektroniska säkerhetssystem , Delvis urladdningsdetektering och mätning av hjulbelastningar på fordon.
Således en översikt över fiberoptiska sensorer och ansökningar har diskuterats. Det finns många fördelar med att använda fiberoptiska sensorer för långdistanskommunikation som inkluderar liten storlek, lätt i vikt, kompakthet, hög känslighet, bred bandbredd etc. Alla dessa egenskaper utnyttjar fiberoptik på bästa sätt som sensor. Bortsett från detta, för all hjälp angående detta ämne eller sensorbaserade projektidéer kan du kontakta oss genom att kommentera i kommentarsektionen nedan.
Fotokrediter:
- Fiberoptisk sensor av automatiseringsdirekt
- Kemisk sensor av ilska.de
- Bio Medical Sensor av imimg
