L’any 1960 es va inventar la llum làser i, després de la invenció dels làsers, els investigadors van mostrar interès a estudiar les aplicacions dels sistemes de comunicació de fibra òptica per a la detecció, les comunicacions de dades i moltes altres aplicacions. Posteriorment el fitxer sistema de comunicació de fibra òptica s'ha convertit en l'elecció definitiva per a la transmissió de dades de gigabits i més enllà dels gigabits. Aquest tipus de comunicació de fibra òptica s’utilitza per transmetre dades, veu, telemetría i vídeo a través de comunicacions de llarga distància o xarxes d’ordinadors o LAN. Aquesta tecnologia utilitza una ona de llum per transmetre les dades a través d’una fibra canviant els senyals electrònics a llum. Alguns dels excel·lents trets característics d’aquesta tecnologia inclouen pes lleuger, baixa atenuació, diàmetre menor, transmissió de senyal de llarga distància, seguretat de transmissió, etc.
Sensors de fibra òptica
Significativament, el tecnologia de telecomunicacions ha canviat els recents avenços en tecnologia de fibra òptica. L'última revolució va aparèixer com a dissenyadors per combinar els resultats productius de dispositius optoelectrònics amb dispositius de telecomunicacions de fibra òptica per crear sensors de fibra òptica. Molts dels components associats a aquests dispositius sovint es desenvolupen per a aplicacions de sensor de fibra òptica. La capacitat dels sensors de fibra òptica ha augmentat en lloc del sensor tradicional.
Sensors de fibra òptica
Els sensors de fibra òptica també anomenats sensors de fibra òptica utilitzen fibra òptica o element sensor. Aquests sensors s’utilitzen per detectar algunes quantitats com temperatura, pressió, vibracions, desplaçaments, rotacions o concentració d’espècies químiques. Les fibres tenen tants usos en el camp de la teledetecció perquè no requereixen energia elèctrica a la ubicació remota i tenen una mida petita.
Els sensors de fibra òptica són excel·lents per a condicions insensibles, inclosos el soroll, les altes vibracions, la calor extrema, els entorns humits i inestables. Aquests sensors s’adapten fàcilment a zones petites i es poden col·locar correctament allà on es necessitin fibres flexibles. El desplaçament de la longitud d'ona es pot calcular mitjançant un dispositiu, reflectrometria òptica de domini de freqüència. El retard de temps dels sensors de fibra òptica es pot decidir mitjançant un dispositiu com ara un reflectòmetre de domini temporal òptic.
Esquema de blocs del sensor de fibra òptica
El diagrama general de blocs del sensor de fibra òptica es mostra a la part superior. El diagrama de blocs consisteix en una font òptica ( Díode emissor de llum , LASER i díode làser), fibra òptica, element de detecció, detector òptic i dispositius de processament final (analitzador d’espectre òptic, oscil·loscopi). Aquests sensors es classifiquen en tres categories segons els principis de funcionament, la ubicació i l’aplicació del sensor.
Tipus de sistemes de sensors de fibra òptica
Aquests sensors es poden classificar i explicar de la manera següent:
1. Segons la ubicació del sensor, els sensors de fibra òptica es classifiquen en dos tipus:
- Sensors de fibra òptica intrínsecs
- Sensor de fibra òptica extrínseca
Sensors de fibra òptica de tipus intrínsec
En aquest tipus de sensors, la detecció té lloc dins de la pròpia fibra. Els sensors depenen de les propietats de la pròpia fibra òptica per convertir una acció ambiental en a modulació del feix de llum que el travessa. Aquí, una de les propietats físiques del senyal lumínic pot estar en forma de freqüència, fase i intensitat de polarització. La característica més útil del sensor de fibra òptica intrínseca és que proporciona detecció distribuïda a llargues distàncies. El concepte bàsic del sensor de fibra òptica intrínsec es mostra a la figura següent.
Sensors de fibra òptica de tipus intrínsec
Sensors de fibra òptica de tipus extrínsec
En els sensors de fibra òptica de tipus extrínsec, la fibra es pot utilitzar com a portadors d'informació que mostren el camí cap a una caixa negra. Genera un senyal de llum en funció de la informació que arribi a la caixa negra. La caixa negra pot estar formada per miralls,gas o qualsevol altre mecanisme que generi un senyal òptic. Aquests sensors s’utilitzen per mesurar la rotació, la velocitat de les vibracions, el desplaçament, la torsió, el parell i l’acceleració. L'alcalde benefici d’aquests sensors és la seva capacitat per arribar a llocs que d'una altra manera no s'hi poden arribar.
Sensors de fibra òptica de tipus extrínsec
El millor exemple d’aquest sensor és la mesura de la temperatura interior del motor de reacció de l’avió que utilitza una fibra per transmetre una radiació a un piròmetre de radiació, que es troba fora del motor. De la mateixa manera, aquests sensors també es poden utilitzar per mesurar la temperatura interna del transformadors . Aquests sensors ofereixen una excel·lent protecció dels senyals de mesura contra la corrupció del soroll. La següent figura mostra el concepte bàsic del sensor de fibra òptica extrínseca.
2. Segons els principis de funcionament, els sensors de fibra òptica es classifiquen en tres tipus:
- Basat en la intensitat
- Basat en fases
- Polarització basada
Sensor de fibra òptica basat en intensitat
Els sensors de fibra òptica basats en la intensitat requereixen més llum i aquests sensors utilitzen fibres de nucli gran multimode. sensor de vibracions. Quan hi hagi una vibració, es produirà un canvi de llum inserit d’un extrem a un altre i això farà que la intel·ligència per mesurar l’amplitud de la vibració.
Sensor de fibra òptica basat en intensitat
A la figura, el sensor de vibració i fibra òptica més proper depèn de la intensitat de la llum de les parts posteriors. Aquests sensors tenen moltes limitacions a causa de pèrdues variables en el sistema que no es produeixen al medi ambient. Aquestes pèrdues variables inclouen pèrdues per empalmes, pèrdues de flexió de micro i macro, pèrdues per connexions a les articulacions, etc. Els exemples inclouen sensors basats en intensitat o sensor de microcorba i sensor d'ona evanescent.
Els avantatges d’aquests sensors de fibra òptica són el baix cost, la capacitat de funcionar com a sensors distribuïts reals, molt senzills d’implementar, la possibilitat de ser multiplexats, etc. Els desavantatges inclouen variacions en la intensitat de la llum i mesures relatives, etc.
Sensor de fibra òptica basat en la polarització
Les fibres òptiques basades en la polarització són importants per a una determinada classe de sensors. Aquesta propietat es pot modificar simplement mitjançant diverses variables externes i, per tant, aquestes tipus de sensors es pot utilitzar per mesurar diversos paràmetres.S’han desenvolupat fibres especials i altres components amb característiques de polarització exactes. En general, s’utilitzen en diverses aplicacions de mesurament, comunicació i processament de senyal.
Sensor de fibra òptica basat en la polarització
La configuració òptica d’un sensor de fibra òptica basada en la polarització es mostra a la part superior. Es forma polaritzant la llum de la font de llum a través d’un polaritzador. La llum polaritzada s’inicia a 45o dels eixos seleccionats d’una longitud de polarització birrefringent que protegeix la fibra. Aquesta secció de la fibra es fa servir com a fibra sensible. Aleshores, la diferència de fase entre els dos estats de polarització es modifica amb qualsevol pertorbació externa, com ara tensió o tensió. Després, segons les pertorbacions externes, es modifica la polarització de sortida, de manera que, en considerar l’estat de polarització de sortida al següent extrem de la fibra, es poden detectar les pertorbacions externes.
Sensor de fibra òptica basat en fases
Aquest tipus de sensors s’utilitzen per canviar la llum de l’emissor en el senyal d’informació en què el senyal és observat pel sensor de fibra òptica basat en fases. Quan es fa passar un feix de llum a través de l’interferòmetre, la llum es separa en dos feixos, on un feix s’exposa a l’entorn de detecció i l’altre feix s’aïlla de l’entorn de detecció, que s’utilitza com a referència. Un cop recombinades les dues bigues separades, s’interposen entre elles. Els interferòmetres més utilitzats són els interferòmetres Michelson, Mach Zehnder, Sagnac, de reixeta i polarimètrics. A continuació es mostren els interferòmetres Mach Zehnder i Michelson.
Sensor de fibra òptica basat en fases
aquí hi ha diferències i similituds entre els dos interferòmetres. En termes de similituds, l’interferòmetre de Michelson es considera freqüentment com un interferòmetre Mach Zehnder plegat. La configuració de l'interferòmetre Michelson només requereix un acoblador de fibra òptica. Com que la llum passa dues vegades a través de les fibres de detecció i de referència, el desplaçament de fase òptic per unitat de longitud de la fibra es duplica. Per tant, els Michelson poden tenir sensiblement una sensibilitat millor. Un altre clar avantatge del Michelson és que el sensor només es pot interrogar amb una sola fibra entre la font i el mòdul del detector de font. Però, es necessita un mirall de reflexió de bona qualitat per a l’interferòmetre de Michelson
3. Segons l’aplicació, els sensors de fibra òptica es classifiquen en tres tipus, com ara
- Sensor químic
- Sensor físic
- Sensor mèdic bio
Sensor químic
Un sensor químic és un dispositiu que s’utilitza per transformar informació química en forma de senyal físic mesurable que s’associa a la concentració d’una determinada espècie química. El sensor químic és un component important d’un analitzador i pot incloure alguns dispositius que realitzen el següent: funcions: processament de senyal, mostreig i processament de dades. Un analitzador pot ser una part important d’un sistema automatitzat.
Sensor químic
El funcionament de l'analitzador segons un pla de mostreig en funció del temps actua com a monitor. Aquests sensors inclouen dues unitats funcionals: un receptor i un transductor. A la part del receptor, la informació química es transforma en una energia que pot mesurar el transductor. A la part del transductor, la informació química es transforma en un senyal analític i no mostra sensibilitat.
Sensor físic
Un sensor físic és un dispositiu que es fabrica d’acord amb l’efecte físic i la naturalesa. Aquests sensors s’utilitzen per proporcionar informació sobre una propietat física del sistema. Aquest tipus de sensors són majoritàriament significats per sensors com els sensors fotoelèctrics, sensors piezoelèctrics , sensors de tensió de resistència metàl·lica i sensors piezo-resistius semiconductors.
Sensor mèdic bio
El sensor biomèdic és un dispositiu electrònic que s’utilitza per transferir diverses magnituds no elèctriques en camps biomèdics a magnituds elèctriques fàcilment detectables. Per aquest motiu, aquests sensors s’inclouen en l’anàlisi de la salut. Aquesta tecnologia de detecció és la clau per recollir informació patològica i fisiològica humana.
Sensor mèdic bio
Aplicacions de sensors de fibra òptica
Els sensors de fibra òptica s'utilitzen en una àmplia gamma d'aplicacions, com ara
- Mesura de propietats físiques com la temperatura, el desplaçament,velocitat, deformació en estructures de qualsevol mida o forma.
- En temps real, supervisar l’estructura física de la salut.
- Edificis i ponts, túnels,Preses, estructures patrimonials.
- Càmera de visió nocturna, sistemes de seguretat electrònics , Detecció de descàrrega parcial i mesura de càrregues de rodes de vehicles
Per tant, una visió general de sensors de fibra òptica i aplicacions. Hi ha molts avantatges d’utilitzar sensors de fibra òptica per a comunicacions de llarga distància que inclouen dimensions reduïdes, pes lleuger, compacitat, alta sensibilitat, amplada de banda ampla, etc. Totes aquestes característiques fan el millor ús de la fibra òptica com a sensor. A part d'això, per a qualsevol ajuda relacionada amb aquest tema o idees de projectes basades en sensors , podeu contactar amb nosaltres fent comentaris a la secció de comentaris següent.
Crèdits fotogràfics:
- Sensor de fibra òptica de automatització directa
- Sensor químic per ira.el
- Bio Medical Sensor de imimg
