Kuituoptinen anturi

Valokuituanturi on anturi, joka muuntaa mitatun kohteen tilan mitattavaksi valosignaaliksi. Optisen kuituanturin toimintaperiaate on lähettää valolähteestä tulevan valonsäteen modulaattoriin optisen kuidun kautta ja olla vuorovaikutuksessa modulaattorin ulkoisten mitattujen parametrien kanssa valon optisten ominaisuuksien, kuten valon voimakkuuden, aallonpituuden, tekemiseksi , taajuus, vaihe, polarisaatiotila jne. Se muuttuu ja siitä tulee moduloitu optinen signaali, joka sitten lähetetään optoelektroniseen laitteeseen optisen kuidun kautta, ja mitattu parametri saadaan demodulaattorin jälkeen. Koko prosessissa valonsäde tuodaan optisen kuidun läpi ja lähetetään sitten modulaattorin läpi kulkiessaan. Optisen kuidun tehtävänä on ensin lähettää valonsäde ja toiseksi toimia optisena modulaattorina.

Kehityksen suunta
Anturit kehittyvät herkkyyden, tarkkuuden, sopeutumiskyvyn, kompaktuuden ja älykkyyden suuntaan. Tässä prosessissa kuituoptiset anturit, uusi anturiperheen jäsen, ovat erittäin suosittuja. Optisella kuidulla on monia erinomaisia ​​ominaisuuksia, kuten: sähkömagneettista ja atomisäteilyä häiritsevät toiminnot, pieni halkaisija, pehmeät, kevyet mekaaniset ominaisuudet; eristys, ei-induktiiviset sähköiset ominaisuudet; vedenkestävyys, korkean lämpötilan kestävyys, korroosionkestävyys, kemialliset ominaisuudet jne., Se voi olla ihmisen korvien rooli paikoissa, joihin ihmiset eivät pääse (kuten korkean lämpötilan alueet) tai ihmisille haitallisilla alueilla (kuten ydinsäteilyalueet) ), ja se voi myös ylittää ihmisen fysiologiset rajat ja ottaa vastaan ​​aistit. Ulkoiset tiedot, joita et voi tuntea.

ominaisuudet

1. Koska prismoja käytetään heijastimessa, sen havaitsemisominaisuudet ja luotettavuus ovat korkeammat kuin heijastavien valonsäätöantureiden.

2. Piiriyhteys on yksinkertaisempi ja helpompi erilliseen valonohjausanturiin verrattuna.

3. Soljen upotettu muotoilu helpottaa asennusta

käyttää

1. Käytetään digitaalisten mallien, kuten puhelin- ja verkon laajakaistan, siirtämiseen.

2. Myyntiautomaateissa, rahoituspäätteisiin liittyvissä laitteissa ja rahanlaskureissa käytettyjen setelien, korttien, kolikoiden, passikirjojen jne. Läpäisyaste

3. Käytetään tuotteiden sijoittamiseen, laskemiseen ja tunnistamiseen automaattisissa laitteissa.

periaate
Optisen kuituanturin perusperiaatteena on lähettää valo valonlähteestä modulaattoriin optisen kuidun kautta. Kun mitattava parametri on vuorovaikutuksessa modulointialueelle tulevan valon kanssa, valon optiset ominaisuudet (kuten valon voimakkuus, aallonpituus, taajuus, vaihe, polarisaatiotila jne.) Muuttuvat, nimeltään moduloitu signaalivalo, ja käytä sitten mitattujen valonläpäisyominaisuuksien vaikutus mittauksen loppuunsaattamiseen.

Valokuituantureille on kaksi mittausperiaatetta.

(1) Fyysisen omaisuuden tyypin optisen kuituanturin periaate. Fyysisen ominaisuuden tyyppinen optinen kuituanturi käyttää optisen kuidun herkkyyttä ympäristön muutoksille muuntamaan syötetyn fyysisen määrän moduloiduksi optiseksi signaaliksi. Sen toimintaperiaate perustuu optisen kuidun optiseen modulointivaikutukseen, toisin sanoen kun ulkoiset ympäristötekijät, kuten lämpötila, paine, sähkökenttä, magneettikenttä jne., Muuttuvat, sen valonläpäisyominaisuudet, kuten vaihe ja valon voimakkuus. , tulee muuttumaan.

Siksi, jos valovaiheen ja valon voimakkuuden muutos optisen kuidun kautta voidaan mitata, mitatun fyysisen määrän muutos voidaan tuntea. Tämän tyyppistä anturia kutsutaan myös herkäksi elementtityypiksi tai toiminnalliseksi valokuituanturiksi. Laserin pistevalonlähteen säde diffundoituu yhdensuuntaisiksi aaloiksi ja on jaettu kahteen polkuun säteenjakajalla, toinen on optinen vertailureitti ja toinen optinen mittaustie. Ulkoiset parametrit (lämpötila, paine, tärinä jne.) Aiheuttavat kuidun pituuden muutoksen ja vaiheen valovaiheen muutoksen, mikä tuottaa eri määrän häiriöreunoja. Laskemalla sen moodin liike, lämpötila tai paine voidaan mitata.

(2) Rakenteisen valokuituanturin periaate. Strukturoitu optinen kuituanturi on mittausjärjestelmä, joka koostuu valonilmaisinelementistä (herkkä elementti), optisen kuidun siirtosilmukasta ja mittauspiiristä. Niistä optista kuitua käytetään vain valon siirtovälineenä, joten sitä kutsutaan myös valoa läpäiseväksi tai toimimattomaksi valokuituanturiksi

esitys
Optisella kuidulla on monia erinomaisia ​​ominaisuuksia, kuten: sähkömagneettista ja atomisäteilyä häiritsevät toiminnot, pieni halkaisija, pehmeät, kevyet mekaaniset ominaisuudet; eristys, ei-induktiiviset sähköiset ominaisuudet; vedenkestävyys, korkean lämpötilan kestävyys, korroosionkestävyys, kemialliset ominaisuudet jne., Se voi olla ihmisen korvien rooli ulottumattomissa tai ihmisille haitallisissa paikoissa (kuten ydinsäteilyalueet), ja se voi myös ylittää ihmisen fysiologiset rajat ja saada mitä ei voi tuntea ihmisen aisteilla. Ulkopuoliset tiedot.

ominaisuudet
1. korkea herkkyys;

2. Geometrinen muoto on mukautettavissa monista näkökohdista ja siitä voidaan tehdä minkä tahansa muotoisia optisia kuituantureita;

Kolmanneksi se voi valmistaa laitteita, jotka tunnistavat erilaisia ​​fyysisiä tietoja (akustinen, magneettinen, lämpötila-, pyörimis- jne.);

4. Sitä voidaan käyttää suurjännitteessä, sähköisessä melussa, korkeassa lämpötilassa, korroosiossa tai muissa ankarissa ympäristöissä;

Viidenneksi, ja sillä on luonnostaan ​​yhteensopivuus optisen kuidun telemetriatekniikan kanssa.

Optisen kuituanturin etu on, että verrattuna perinteisiin antureihin, optinen kuituanturi käyttää valoa arkaluontoisen tiedon kantajana ja optista kuitua arkaluonteisena arkaluontoisen tiedon siirtämisessä. Sillä on optisen kuidun ja optisen mittauksen ominaisuudet ja sillä on useita ainutlaatuisia etuja. Hyvä sähköeristyskyky, vahva anti-elektromagneettinen häiriökyky, ei-invasiivisuus, korkea herkkyys, helppo toteuttaa mitatun signaalin etävalvonta, korroosionkestävyys, räjähdyssuojattu, joustava valopolku, helppo yhdistää tietokoneeseen.

Anturi kehittyy herkkyyden, tarkkuuden, sopeutumiskyvyn, kompaktiuden ja älykkyyden suuntaan. Sitä voidaan käyttää paikoissa, joihin ihmiset eivät pääse (kuten korkean lämpötilan alueet tai ihmisille haitalliset alueet, kuten ydinsäteilyalueet). Se voi myös ylittää ihmisten fysiologiset rajat ja saada ulkopuolista tietoa, jota ihmisen aistit eivät tunne.

luokittelu
Testattavan kohteen modulointitilan mukaan se voidaan jakaa: intensiteettimodulaatioon, polarisaatiotilaan, vaihemoodiin ja taajuusmoodiin;

Sen mukaan, häiritseekö valo, se voidaan jakaa: häiriötyyppiin ja häiriöttömyyteen;

Sen mukaan voidaanko mittausta seurata jatkuvasti etäisyyden kasvaessa, se voidaan jakaa: hajautettuun ja pistepohjaiseen;

Optisen kuidun roolin mukaan antureissa se voidaan jakaa: yksi tyyppi on toiminnalliset (toiminnallinen kuitu, lyhennettynä FF) anturit, jotka tunnetaan myös nimellä antureina; toinen on ei-toiminnallinen tyyppi (ei-toimiva kuitu, lyhennettynä NFF), ja sitä kutsutaan valonläpäisyanturiksi.

Taittotoiminnon tyyppi
Toiminnallinen anturi käyttää itse optisen kuidun ominaisuuksia optisen kuidun käyttämiseksi herkkänä elementtinä. Mitattu valo moduloi optisessa kuidussa lähetettyä valoa muuttamaan lähetetyn valon voimakkuutta, vaihetta, taajuutta tai polarisaatiotilaa. Signaali demoduloidaan testattavan signaalin saamiseksi.

Optinen kuitu ei ole vain valonohjausväline, vaan myös herkkä elementti. Valo mitataan ja moduloidaan valokuidussa, ja useimmiten käytetään monimoodista optista kuitua.

Edut: kompakti rakenne ja korkea herkkyys.

Haitat: tarvitaan erityistä optista kuitua, korkeat kustannukset,

Tyypillisiä esimerkkejä: kuituoptiset gyroskoopit, kuituoptiset hydrofonit jne.

Taitettu toimimaton kuitutyyppi
Toimimattomat optiset kuituanturit tunnistavat muut herkkiä komponentteja mitattavien muutosten havaitsemiseksi. Optisia kuituja käytetään vain tiedonsiirtovälineinä, ja yksimoodisia optisia kuituja käytetään usein.

Optisella kuidulla on vain ohjaava valo, ja mittaus moduloi valokuitu-tyyppisen herkän elementin valoa.

Edut: Optista kuitua voidaan käyttää sähköiseen eristämiseen ja tiedonsiirtoon, eikä sähkömagneettinen häiriö vaikuta optisen kuidun lähettämään signaaliin.

Suurin osa käytännöllisistä on toimimattomia optisia kuituantureita. AnyWay&# 39: n vaihtotaajuinen jänniteanturi, vaihtotaajuinen virta-anturi ja vaihtelevan taajuuden tehoanturi (yhdistelmä jännite- ja virta-antureita) kuuluvat ei-toiminnallisiin valokuitu-antureihin, joilla on ainutlaatuisia etuja tehonmittauksessa monimutkaiset sähkömagneettiset ympäristöt.

Valokuituanturit ovat uusi tekniikka, joka on tullut esiin viime vuosina. Sitä voidaan käyttää mittaamaan erilaisia ​​fyysisiä määriä, kuten äänikenttä, sähkökenttä, paine, lämpötila, kulmanopeus, kiihtyvyys jne., Ja se voi myös suorittaa mittaustehtäviä, joita on vaikea suorittaa olemassa olevilla mittaustekniikoilla. Pienessä tilassa, voimakkaissa sähkömagneettisissa häiriöissä ja suurjänniteympäristössä kuituoptiset anturit ovat osoittaneet ainutlaatuisia ominaisuuksia. Valokuitutunnistimia on yli 70 tyyppiä, jotka on jaettu karkeasti valokuituantureihin ja optisia kuituja käyttäviin antureihin.

Niin sanottu optinen kuituanturi tarkoittaa, että valokuitu itse vastaanottaa suoraan ulkoisen mittauksen. Ulkoinen mitattu fyysinen määrä voi aiheuttaa mittausvarren pituuden, taitekertoimen ja halkaisijan muutoksen siten, että optisen kuidun lähettämä valo muuttuu amplitudissa, vaiheessa, taajuudessa, polarisaatiossa jne. Mittausvarren lähettämä valo ja vertailuvarren vertailuvalo häiritsevät toisiaan (verrataan) siten, että lähtövalon vaihe (tai amplitudi) muuttuu ja mitattu muutos voidaan havaita tämän muutoksen perusteella. Optisessa kuidussa lähetetty vaihe on erittäin herkkä ulkoisille vaikutuksille, ja fyysinen määrä, joka vastaa pientä vaiheen muutosta 10 miinus 4 radiaania, voidaan havaita häiriötekniikalla. Käyttämällä optisen kuidun käämitysominaisuuksia ja vähäistä häviötä hyvin pitkä optinen kuitu voidaan kääriä pienihalkaisijaiseen optiseen kuitukäämiin käyttöpituuden lisäämiseksi ja suuremman herkkyyden saavuttamiseksi.

Optisen kuidun akustinen anturi on anturi, joka käyttää itse optista kuitua. Kun optiseen kuituun kohdistuu hyvin pieni ulkoinen voima, se taipuu hieman ja sen valonläpäisykyky muuttuu suuresti. Ääni on eräänlainen mekaaninen aalto, ja sen vaikutus optiseen kuituun on pakottaa optinen kuitu ja aikaansaada taipumista. Äänen voimakkuus voidaan saada taivuttamalla. Kuituoptinen gyroskooppi on myös eräänlainen kuituoptinen anturi. Lasertyroskopiin verrattuna kuituoptisella gyroskoopilla on korkea herkkyys, pieni koko ja edullinen hinta. Sitä voidaan käyttää ilma-alusten, alusten, ohjusten jne. Korkean suorituskyvyn inertiasuunnistusjärjestelmissä.

Taitettu Braggin ritilä
Fiber Bragg Grating Sensor (FBS) on eräänlainen kuituoptinen anturi, jolla on korkein taajuus ja laajin kantama. Tällainen anturi voi muuttaa heijastuneen valoaallon aallonpituutta ympäristön lämpötilan ja / tai rasituksen muutoksen mukaan. Fiber Bragg -ritilöitä käytetään altistamaan pieni osa valoherkästä kuidusta valoaalloille, joiden valovoima jakautuu ajoittain holografisen interferometrian tai vaihemaskimisen kautta. Tällä tavalla optisen kuidun optinen taitekerroin muuttuu pysyvästi säteilytetyn valoaallon voimakkuuden mukaan. Tämän menetelmän aiheuttamia ajoittaisia ​​valon taitekertoimen muutoksia kutsutaan kuitu-Braggin ritiliksi.

Kun laajakirjasäde levitetään kuitu Braggin ritilälle, jokainen pieni kuidun segmentti taitekertoimen muuttamisen jälkeen heijastaa vain tiettyä valon aallonpituutta. Tätä aallonpituutta kutsutaan Braggin aallonpituudeksi. Tämän ominaisuuden ansiosta Fiber Bragg -ritilät heijastavat vain tietyn aallonpituuden valoaaltoja, kun taas muiden aallonpituuksien valoaallot etenevät.

Optisen kuidun roolin mukaan valokuituanturissa se voidaan jakaa kahteen tyyppiin: tunnistustyyppi ja valonläpäisytyyppi.

Anturityyppisen optisen kuituanturin optinen kuitu ei vain läpäise valoa, vaan toimii myös valosähköisenä anturina. Ulkoisen ympäristön vaikutuksesta itse optiseen kuituun johtuen mitattava fysikaalinen määrä vaikuttaa anturiin optisen kuidun kautta siten, että optisen aaltojohtimen ominaisuudet (valon voimakkuus, vaihe, polarisaatiotila, aallonpituus jne.) ) moduloidaan. Anturityyppiset optiset kuituanturit jaetaan edelleen valoa korostavaan tyyppiin, vaihemodulaatiotyyppiin, värähtelytilamodulaatiotyyppiin ja aallonpituuden modulointityyppiin.

Taitettu valonläpäisykuitu
Valonläpäisytyyppinen optinen kuituanturi syöttää mitatun kohteen moduloiman optisen signaalin optiseen kuituun ja suorittaa sitten mittauksen käsittelemällä optisen signaalin lähtöpäässä. Tämän tyyppisessä anturissa on toinen valoherkkä elementti, joka on herkkä mitattavalle fyysiselle määrälle, ja optista kuitua käytetään vain valona. Valonläpäisyelementti on kiinnitettävä herkkällä elementillä, joka kykenee moduloimaan optisen kuidun lähettämää valoa anturin muodostamiseksi. elementti. Kuituoptiset anturit voidaan jakaa kolmeen tyyppiin: pistekuituoptiset anturit, kiinteät kuituoptiset anturit ja hajautetut valokuituanturit mittausalueensa mukaan. Niistä hajautettuja optisia kuituantureita käytetään suurten rakenteiden venymäjakauman havaitsemiseen, ja ne voivat nopeasti ja rikkomattomasti mitata rakenteen siirtymän, sisäisen tai pintajännityksen ja muut tärkeät parametrit. Maa- ja vesirakentamisessa käytettävät kuituoptiset anturityypit sisältävät pääasiassa Math-Zender-interferometriset kuituoptiset anturit, Fabry-pero-ontelokuituoptiset anturit ja kuitu-Bragg-ritilä-anturit.

Optisen kuituanturin keveys, kestävyys ja pitkäaikainen vakaus mahdollistavat sen soveltamisen helposti erilaisten rakennusmateriaalien, kuten rakennusteräsrakenteiden ja betonin, sisäiseen jännitykseen ja venymien havaitsemiseen. Rakennuksen toteutunut terveystarkastus.

Toinen suuri kuituoptisten anturien luokka on kuituoptisten antureiden käyttö. Sen rakenne on suunnilleen seuraava: Anturi sijaitsee optisen kuidun päässä, ja valokuitu on vain valon siirtojohto, joka muuntaa mitatun fyysisen määrän valon amplitudiksi, vaiheeksi tai amplitudiksi. Tässä anturijärjestelmässä perinteinen anturi ja valokuitu yhdistyvät. Optisen kuidun käyttöönotto mahdollistaa koepohjaisen telemetrian toteuttamisen. Tällä optisen kuidun lähetysanturilla on laaja käyttöalue ja sitä on helppo käyttää, mutta sen tarkkuus on hieman alhaisempi kuin ensimmäisen tyyppisellä anturilla.

Optinen kuitu on nouseva tähti anturiperheessä. Sitä käytetään laajalti optisen kuidun erinomaisen suorituskyvyn vuoksi. Se on eräänlainen anturi, joka kannattaa huomioida tuotantokäytännössä.

Valokuituantureista on tullut anturiperheen nouseva tähti monien etujensa ansiosta, ja niillä on oma ainutlaatuinen roolinsa erilaisissa mittauksissa, jolloin niistä tulee anturiperheen välttämätön jäsen.

sovellus
Eristetty lialta, magneettiselta, ääneltä, paineelta, lämpötilalta, kiihtyvyydeltä, gyrosta, siirtymältä, nestetasolta, vääntömomentilta, fotoakustiselta, nykyiseltä, valokuituanturia voidaan käyttää siirtymässä, tärinässä, pyörimisessä, paineessa, taivutuksessa, venymässä, nopeudessa, kiihtyvyydessä, virta, magneettikenttä, jännite, kosteus, lämpötila, äänikenttä, virtaus, pitoisuus, PH-arvo ja venymän mittaus. Optisilla kuituantureilla on laaja käyttöalue, joka kattaa melkein kaikki tärkeät kansantalouden ja maanpuolustuksen sekä ihmisten jokapäiväisen elämän alueet. Niitä voidaan käyttää turvallisesti ja tehokkaasti ankarissa olosuhteissa. Ne ratkaisevat monia teknisiä ongelmia, joita on esiintynyt monilla teollisuudenaloilla monien vuosien ajan. Markkinakysynnän. Ilmentyy pääasiassa seuraavissa sovelluksissa:

Interferometristen gyroskooppien ja ritilän paineanturien käyttö silloissa, patoissa, öljykentissä jne. Kaupunkirakentamisessa. Optiset kuituanturit voidaan upottaa betoniin, hiilikuituvahvisteisiin muoveihin ja erilaisiin komposiittimateriaaleihin jännityksen rentoutumisen, rakennusjännityksen ja dynaamisen kuormitusjännityksen testaamiseksi siltan rakenteellisen suorituskyvyn arvioimiseksi lyhyellä aikavälillä ja pitkällä aikavälillä. aikavälin toimintatila.

Voimajärjestelmässä on tarpeen mitata lämpötila, virta ja muut parametrit, kuten lämpötilan havaitseminen staattorissa ja roottorissa suurjännitemuuntajilla ja suurilla moottoreilla. Koska sähköiset anturit ovat alttiita sähkömagneettisen kentän häiriöille, niitä ei voida käyttää tällaisissa tilanteissa. Kuituoptinen anturi. Hajautettu optisen kuidun lämpötila-anturi on viime vuosina kehitetty korkean teknologian paikkalämpötilakenttäjakauman reaaliaikaiseen mittaamiseen. Hajautetulla optisen kuidun lämpötilatunnistusjärjestelmällä ei ole vain yhteisten optisten kuituantureiden etuja, vaan sillä on myös kyky mitata optisen kuidun eri pisteiden lämpötilaa. Hajautetulla tunnistuskyvyllä voimme mitata jatkuvasti muutaman kilometrin sisällä olevien pisteiden lämpötilaa optista kuitua pitkin reaaliajassa. Paikannustarkkuus voi saavuttaa metriä ja mittaustarkkuus 1 asteen. Se soveltuu erittäin hyvin laajamittaiseen risteyslämpötilan mittaukseen. Sovellustilaisuudet.

Lisäksi optisia kuituantureita voidaan käyttää myös rautateiden seurannassa, rakettien työntövoimajärjestelmissä ja öljykaivojen havaitsemisessa.

Optisella kuidulla on huomattavat edut: laajakaista, suuri kapasiteetti, kaukoliikenne ja moniparametrinen, hajautettu ja matalan energiankulutuksen tunnistus. Optisen kuidun tunnistaminen voi edelleen omaksua uusia tekniikoita ja laitteita optisen kuidun viestintään, ja erilaisten valokuituantureiden odotetaan olevan laajasti käytössä esineiden internetissä.