Johdanto kuituoptisiin antureihin ja niiden tyyppeihin sovellusten kanssa

Johdanto kuituoptisiin antureihin ja niiden tyyppeihin sovellusten kanssa

Vuonna 1960 keksittiin laservalo, ja lasereiden keksimisen jälkeen tutkijat olivat osoittaneet kiinnostusta tutkia optisten kuitujen viestintäjärjestelmien sovelluksia tunnistamiseen, tietoliikenteeseen ja moniin muihin sovelluksiin. Myöhemmin valokuitu viestintäjärjestelmä Siitä on tullut perimmäinen valinta gigabittien ja gigabittien ulkopuolelle. Tämäntyyppistä valokuituviestintää käytetään datan, puheen, telemetrian ja videon lähettämiseen pitkän matkan viestintä- tai tietokoneverkoissa tai lähiverkkoissa. Tämä tekniikka käyttää valoaaltoa tiedon siirtämiseen kuidun kautta muuttamalla elektroniset signaalit valoksi. Joitakin tämän tekniikan erinomaisista ominaispiirteistä ovat keveys, matala vaimennus, pienempi halkaisija, pitkän matkan signaalin lähetys, lähetysturva ja niin edelleen.



Kuituoptiset anturit

Kuituoptiset anturit

On merkittävää, että tietoliikennetekniikka on muuttanut valokuitutekniikan viimeaikaista kehitystä. Viimeinen vallankumous ilmestyi suunnittelijoina yhdistämään tuottavat tulokset optoelektroniset laitteet valokuitu-tietoliikennelaitteilla kuituoptisten antureiden luomiseksi. Monet näihin laitteisiin liittyvät komponentit on usein kehitetty valokuitu-anturisovelluksia varten. Kuituoptisten antureiden kyky on kasvanut perinteisten anturien sijaan.






Kuituoptiset anturit

Valokuituanturit, joita kutsutaan myös valokuituantureiksi, käyttävät optista kuitua tai anturia. Näitä antureita käytetään tiettyjen määrien, kuten lämpötilan, paineen, tärinän, siirtymien, kiertymien tai kemiallisten aineiden pitoisuuksien, tunnistamiseen. Kuiduilla on niin monia käyttötarkoituksia kaukokartoituksen alalla, koska ne eivät vaadi sähkövirtaa etäisyydellä ja niiden koko on pieni.

Kuituoptiset anturit ovat parhaita herkissä olosuhteissa, kuten melu, korkea tärinä, äärimmäinen kuumuus, märkä ja epävakaa ympäristö. Nämä anturit sopivat helposti pienille alueille ja voidaan sijoittaa oikein missä tahansa joustavia kuituja tarvitaan. Aallonpituuden muutos voidaan laskea käyttämällä laitetta, optisen taajuusalueen reflektrometriaa. Kuituoptisten antureiden aikaviive voidaan päättää käyttämällä laitetta, kuten optista aikatason heijastinmittaria.



Valokaapelianturin lohkokaavio

Valokaapelianturin lohkokaavio

Valokuituanturin yleinen lohkokaavio on esitetty yllä. Lohkokaavio koostuu optisesta lähteestä ( Valodiodi , LASER ja laserdiodi), optinen kuitu, anturi, optinen ilmaisin ja loppuprosessointilaitteet (optisen spektrin analysaattori, oskilloskooppi). Nämä anturit luokitellaan kolmeen luokkaan toimintaperiaatteiden, anturin sijainnin ja sovelluksen perusteella.

Kuituoptisten anturijärjestelmien tyypit

Nämä anturit voidaan luokitella ja selittää seuraavasti:


1. Anturin sijainnin perusteella kuituoptiset anturit luokitellaan kahteen tyyppiin:

  • Luontaiset kuituoptiset anturit
  • Ulkoinen kuituoptinen anturi

Luontaiset kuituoptiset anturit

Tämän tyyppisissä antureissa tunnistus tapahtuu itse kuidussa. Anturit riippuvat itse optisen kuidun ominaisuuksista muuntaa ympäristötoiminta a: ksi modulointi sen läpi kulkevasta valonsäteestä. Tässä yksi valosignaalin fysikaalisista ominaisuuksista voi olla taajuuden, vaiheen, polarisaation voimakkuuden muodossa. Sisäisen valokuituanturin hyödyllisin ominaisuus on, että se tarjoaa hajautetun tunnistuksen pitkillä etäisyyksillä. Sisäisen valokuituanturin peruskonsepti on esitetty seuraavassa kuvassa.

Luontaiset kuituoptiset anturit

Luontaiset kuituoptiset anturit

Ulkoiset kuituoptiset anturit

Ulkoisissa kuituoptisissa antureissa kuitua voidaan käyttää tietovälineinä, jotka osoittavat tien mustaan ​​laatikkoon. Se tuottaa valosignaalin mustaan ​​ruutuun saapuneiden tietojen mukaan. Musta laatikko voi olla valmistettu peileistä,kaasu tai muut mekanismit, jotka tuottavat optisen signaalin. Näitä antureita käytetään mittaamaan pyörimistä, tärinänopeutta, siirtymää, kiertymistä, vääntömomenttia ja kiihtyvyyttä. Majuri hyötyä näistä antureista on heidän kykynsä tavoittaa paikkoja, joihin ei muuten päästä.

Ulkoiset kuituoptiset anturit

Ulkoiset kuituoptiset anturit

Paras esimerkki tästä anturista on sellaisen lentokoneen suihkumoottorin sisäilman lämpötilan mittaus, joka käyttää kuitua säteilyn siirtämiseen moottorin ulkopuolella sijaitsevaan säteilypyrometriin. Samalla tavalla näitä antureita voidaan käyttää myös lämpötilan mittaamiseen muuntajat . Nämä anturit tarjoavat erinomaisen suojan mittaussignaaleille meluhäiriöiltä. Seuraava kuva esittää ulkoisen valokuituanturin peruskonseptin.

2. Toimintaperiaatteiden perusteella valokuituanturit luokitellaan kolmeen tyyppiin:

  • Teho perustuu
  • Vaihepohjainen
  • Polarisaatioon perustuva

Intensiteettiin perustuva valokuituanturi

Intensiteettiin perustuvat kuituoptiset anturit vaativat enemmän valoa ja nämä anturit käyttävät monimoodisia suuria ydinkuituja. Kuvassa annettu kuva antaa kuvan siitä, kuinka valon voimakkuus toimii tunnistusparametrina, sekä siitä, miten tämä järjestely saa kuidun toimimaan tärinäanturi. Kun värähtely tapahtuu, valossa tapahtuu muutos toisesta päästä toiseen päähän, mikä tekee älykkyydestä värähtelyamplitudin mittaamiseksi.

Intensiteettiin perustuva valokuituanturi

Intensiteettiin perustuva valokuituanturi

Kuvassa lähempi kuituoptiikka ja tärinäanturi riippuvat myöhempien osien valon voimakkuudesta. Näillä antureilla on monia rajoituksia, jotka johtuvat järjestelmän muuttuvista häviöistä, joita ei esiinny ympäristössä. Näihin muuttuviin häviöihin kuuluvat liitosten aiheuttamat menetykset, mikro- ja makro-taivutushäviöt, menetykset liitosten liitoksista jne. Esimerkkejä ovat intensiteettiin perustuvat anturit tai mikrosuunta-anturi ja haihtuvat aaltosensorit.

Näiden kuituoptisten antureiden etuihin kuuluvat alhaiset kustannukset, kyky toimia todellisina hajautettuina antureina, hyvin yksinkertainen toteuttaa, mahdollisuus multipleksoida jne. Haittoja ovat valon voimakkuuden vaihtelut ja suhteelliset mittaukset jne.

Polarisaatioon perustuva valokuituanturi

Polarisaatioon perustuvat optiset kuidut ovat tärkeitä tietyn luokan antureille. Tätä ominaisuutta voidaan yksinkertaisesti muokata useilla ulkoisilla muuttujilla ja siten näillä antureiden tyypit voidaan käyttää mittaamaan useita parametreja.Erityisiä kuituja ja muita komponentteja on kehitetty tarkoilla polarisaatio-ominaisuuksilla. Yleensä niitä käytetään monissa mittaus-, viestintä- ja signaalinkäsittelysovelluksissa.

Polarisaatioon perustuva valokuituanturi

Polarisaatioon perustuva valokuituanturi

Polarisaatioon perustuvan kuituoptisen anturin optinen asetus on esitetty yllä. Se on muotoiltu polarisoimalla valonlähteestä tuleva valo polarisaattorin läpi. Polarisoitu valo aloitetaan 45 °: ssa valituille akseleille, joiden pituus on kaksisuuntaista polarisaatiota suojaava kuitu. Tätä kuidun osaa käytetään anturikuituina. Sitten kahden polarisaatiotilan välinen vaihe-ero muuttuu ulkoisissa häiriöissä, kuten jännityksessä tai rasituksessa. Sitten ulkoisten häiriöiden mukaan ulostulopolarisaatiota muutetaan, joten ulkoiset häiriöt voidaan havaita ottamalla huomioon kuidun seuraavassa päässä oleva lähtöpolarisaatiotila.

Vaihepohjainen valokuituanturi

Tämän tyyppisiä antureita käytetään lähettimen valon vaihtamiseen informaatiosignaalissa, jolloin signaalin tarkkailee vaihepohjainen valokuituanturi. Kun valonsäde viedään interferometrin läpi, valo erottuu kahdeksi säteeksi, jolloin yksi säde altistetaan aistimisympäristölle ja toinen säde eristetään aistimisympäristöstä, jota käytetään vertailuna. Kun kaksi erillistä palkkia on yhdistetty, ne estävät toisiaan. Yleisimmin käytetyt interferometrit ovat Michelson, Mach Zehnder, Sagnac, ritilä- ja polarimetriset interferometrit. Tässä on esitetty Mach Zehnderin ja Michelsonin interferometrit.

Vaihepohjainen valokuituanturi

Vaihepohjainen valokuituanturi

tässä on eroja ja yhtäläisyyksiä kahden interferometrin välillä. Samankaltaisuuksien suhteen Michelsonin interferometriä pidetään usein taitettuna Mach Zehnder -interometrinä. Michelsonin interferometrin kokoonpano vaatii vain yhden valokuituliittimen. Koska valo kulkee kahdesti tunnistus- ja vertailukuitujen läpi, optinen vaihesiirto kuidun pituusyksikköä kohti kaksinkertaistuu. Siksi Michelsonilla voi olla olematon parempi herkkyys. Toinen Michelsonin selkeä etu on, että anturia voidaan kysellä vain yhden kuidun kanssa lähteen ja lähdetunnistimen välillä. Mutta Michelsonin interferometrille tarvitaan laadukas heijastinpeili

3. Sovelluksen perusteella valokuituanturit luokitellaan kolmeen tyyppiin, kuten

  • Kemiallinen anturi
  • Fyysinen anturi
  • Bio lääketieteellinen anturi

Kemiallinen anturi

Kemiallinen anturi on laite, jota käytetään kemiallisten tietojen muuntamiseen mitattavan fysikaalisen signaalin muodossa, joka liittyy tietyn kemiallisen lajin pitoisuuteen. Kemiallinen anturi on tärkeä komponentti analysaattorissa ja voi sisältää joitain laitteita, jotka suorittavat seuraavat toiminnot: signaalinkäsittely, näytteenotto ja tietojenkäsittely. Analysaattori voi olla tärkeä osa automatisoitua järjestelmää.

Kemiallinen anturi

Kemiallinen anturi

Analysaattorin toiminta näytteenottosuunnitelman mukaisesti ajan funktiona toimii monitorina. Nämä anturit sisältävät kaksi toiminnallista yksikköä: reseptorin ja anturin. Reseptoriosassa kemialliset tiedot muunnetaan energiaksi, jonka anturi voi mitata. Anturiosassa kemialliset tiedot muunnetaan analyyttiseksi signaaliksi, eikä se osoita herkkyyttä.

Fyysinen anturi

Fyysinen anturi on laite, joka on valmistettu fyysisen vaikutuksen ja luonteen mukaan. Näitä antureita käytetään antamaan tietoja järjestelmän fyysisistä ominaisuuksista. Tämän tyyppisiä antureita merkitsevät enimmäkseen anturit, kuten valosähköiset anturit, pietsosähköiset anturit , metalliresistanssivedonanturit ja puolijohde-pietsoresistiiviset anturit.

Bio lääketieteellinen anturi

Biolääketieteellinen anturi on elektroninen laite, jota käytetään siirtämään erilaisia ​​ei-sähköisiä määriä biolääketieteellisissä kentissä helposti havaittaviksi sähköisiksi määriksi. Tästä syystä nämä anturit sisältyvät terveydenhuollon analyysiin. Tämä tunnistustekniikka on avain ihmisen patologisten ja fysiologisten tietojen keräämiseen.

Bio lääketieteellinen anturi

Bio lääketieteellinen anturi

Kuituoptisten antureiden sovellukset

Valokuituantureita käytetään monenlaisissa sovelluksissa, kuten

  • Fysikaalisten ominaisuuksien, kuten lämpötilan, siirtymän mittaus,nopeus, venymä minkä tahansa kokoisissa tai minkä tahansa muotoisissa rakenteissa.
  • Reaaliajassa terveyden fyysisen rakenteen seuraaminen.
  • Rakennukset ja sillat, tunnelit,Patoja, perintörakenteita.
  • Yökuvakamera, sähköiset turvajärjestelmät , Ajoneuvojen osittainen purkauksen havaitseminen ja pyörän kuormituksen mittaaminen.

Näin ollen yleiskatsaus kuituoptiset anturit ja sovelluksista on keskusteltu. Kuituoptisten antureiden käytöstä kaukoliikenteessä on monia etuja, jotka sisältävät pienen koon, kevyen painon, kompaktuuden, suuren herkkyyden, suuren kaistanleveyden jne. Kaikilla näillä ominaisuuksilla kuituoptiikka hyödynnetään parhaiten anturina. Tämän lisäksi apua tähän aiheeseen tai anturipohjaiset projektiideat , voit ottaa meihin yhteyttä kommentoimalla alla olevassa kommenttiosassa.

Valokuvahyvitykset: