Im Jahr 1960 wurde das Laserlicht erfunden und nach der Erfindung der Laser hatten Forscher Interesse gezeigt, die Anwendungen von Glasfaserkommunikationssystemen für die Erfassung, Datenkommunikation und viele andere Anwendungen zu untersuchen. Anschließend die Glasfaserkommunikationssystem ist die ultimative Wahl für die Übertragung von Daten über Gigabit und darüber hinaus. Diese Art der Glasfaserkommunikation wird verwendet, um Daten, Sprache, Telemetrie und Video über eine Fernkommunikation oder Computernetzwerke oder LANs zu übertragen. Diese Technologie verwendet eine Lichtwelle, um die Daten über eine Faser zu übertragen, indem elektronische Signale in Licht umgewandelt werden. Einige der hervorragenden charakteristischen Merkmale dieser Technologie umfassen geringes Gewicht, geringe Dämpfung, kleineren Durchmesser, Signalübertragung über große Entfernungen, Übertragungssicherheit usw.

Lichtleitersensoren

Bezeichnenderweise ist die Telekommunikationstechnologie hat die jüngsten Fortschritte in der Glasfasertechnologie verändert. Die letzte Revolution erschien als Designer, um die produktiven Ergebnisse von zu kombinieren optoelektronische Geräte mit Glasfaser-Telekommunikationsgeräten zur Herstellung von Glasfasersensoren. Viele der mit diesen Geräten verbundenen Komponenten werden häufig für Glasfasersensoranwendungen entwickelt. Die Fähigkeit der Glasfasersensoren hat anstelle des herkömmlichen Sensors zugenommen.

Lichtleitersensoren

Die Glasfasersensoren, auch als Lichtleitersensoren bezeichnet, verwenden Lichtwellenleiter oder Sensorelemente. Diese Sensoren werden verwendet, um bestimmte Größen wie Temperatur, Druck, Vibrationen, Verschiebungen, Rotationen oder die Konzentration chemischer Spezies zu erfassen. Fasern haben im Bereich der Fernerkundung so viele Verwendungsmöglichkeiten, weil sie am entfernten Standort keinen Strom benötigen und eine winzige Größe haben.

Glasfasersensoren eignen sich hervorragend für unempfindliche Bedingungen wie Geräusche, hohe Vibrationen, extreme Hitze, Nässe und instabile Umgebungen. Diese Sensoren passen problemlos in kleine Bereiche und können überall dort richtig positioniert werden, wo flexible Fasern benötigt werden. Die Wellenlängenverschiebung kann unter Verwendung einer Vorrichtung, einer optischen Frequenzbereichsreflektrometrie, berechnet werden. Die Zeitverzögerung der Glasfasersensoren kann unter Verwendung eines Geräts wie eines optischen Zeitbereichsreflektometers bestimmt werden.

Blockdiagramm des Lichtleitersensors

Das allgemeine Blockdiagramm des Lichtleitersensors ist oben gezeigt. Das Blockschaltbild besteht aus einer optischen Quelle ( Leuchtdiode , LASER und Laserdiode), Lichtwellenleiter, Sensorelement, optischer Detektor und Endverarbeitungsgeräte (optischer Spektrumanalysator, Oszilloskop). Diese Sensoren werden basierend auf den Funktionsprinzipien, der Sensorposition und der Anwendung in drei Kategorien eingeteilt.

Arten von faseroptischen Sensorsystemen

Diese Sensoren können folgendermaßen klassifiziert und erklärt werden:

1. Basierend auf der Sensorposition werden die Glasfasersensoren in zwei Typen eingeteilt:

Eigenfasersensoren
Extrinsischer Glasfasersensor

Intrinsische Glasfasersensoren

Bei dieser Art von Sensoren erfolgt die Erfassung innerhalb der Faser selbst. Die Sensoren hängen von den Eigenschaften der optischen Faser selbst ab, um eine Umgebungswirkung in eine umzuwandeln Modulation des durch ihn hindurchtretenden Lichtstrahls. Hier kann eine der physikalischen Eigenschaften des Lichtsignals in Form von Frequenz, Phase und Polarisationsintensität vorliegen. Das nützlichste Merkmal des intrinsischen Lichtleitersensors ist, dass er eine verteilte Erfassung über große Entfernungen ermöglicht. Das Grundkonzept des intrinsischen Lichtleitersensors ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Intrinsische Glasfasersensoren

Extrinsische Glasfasersensoren

Bei Glasfasersensoren vom extrinsischen Typ kann die Faser als Informationsträger verwendet werden, die den Weg zu einer Black Box weisen. Es erzeugt ein Lichtsignal in Abhängigkeit von den Informationen, die an der Black Box eingehen. Die Blackbox kann aus Spiegeln bestehen,Gas oder andere Mechanismen, die ein optisches Signal erzeugen. Diese Sensoren werden verwendet, um Rotation, Vibrationsgeschwindigkeit, Verschiebung, Verdrehung, Drehmoment und Beschleunigung zu messen. Der Bürgermeister Nutzen dieser Sensoren ist ihre Fähigkeit, Orte zu erreichen, die sonst nicht erreichbar sind.

Extrinsische Glasfasersensoren

“faseroptische Sender- und Empfängerschaltung ”

Das beste Beispiel für diesen Sensor ist die Innentemperaturmessung des Flugzeugtriebwerks, bei der mithilfe einer Faser eine Strahlung in ein Strahlungspyrometer übertragen wird, das sich außerhalb des Triebwerks befindet. In gleicher Weise können diese Sensoren auch zur Messung der Innentemperatur des verwendet werden Transformer . Diese Sensoren bieten einen hervorragenden Schutz der Messsignale gegen Rauschverfälschung. Die folgende Abbildung zeigt das Grundkonzept des extrinsischen Lichtleitersensors.

2. Auf der Grundlage von Funktionsprinzipien werden Glasfasersensoren in drei Typen eingeteilt:

Intensitätsbasiert
Phasenbasiert
Polarisationsbasiert

Intensitätsbasierter Lichtleitersensor

Intensitätsbasierte Glasfasersensoren benötigen mehr Licht und diese Sensoren verwenden eine Multimode-Großkernfaser. Die gezeigte Abbildung gibt eine Vorstellung davon, wie die Lichtintensität als Erfassungsparameter funktioniert und wie diese Anordnung die Faser als Funktion arbeitet Schwingungssensor. Wenn es eine Vibration gibt, ändert sich das Licht von einem Ende zum anderen und dies macht die Intelligenz für die Messung der Vibrationsamplitude.

Intensitätsbasierter Lichtleitersensor

In der Abbildung hängen der nähere Glasfaser- und Vibrationssensor von der Lichtintensität in späteren Teilen ab. Diese Sensoren weisen aufgrund variabler Verluste im System, die in der Umgebung nicht auftreten, viele Einschränkungen auf. Diese variablen Verluste umfassen Verluste aufgrund von Spleißen, Mikro- und Makrobiegeverluste, Verluste aufgrund von Verbindungen an Gelenken usw. Die Beispiele umfassen intensitätsbasierte Sensoren oder Mikrobiegungssensoren und evaneszente Wellensensoren.

Die Vorteile dieser faseroptischen Sensoren umfassen niedrige Kosten, die Fähigkeit, als echte verteilte Sensoren zu arbeiten, die sehr einfach zu implementieren sind, die Möglichkeit des Multiplexens usw. Die Nachteile umfassen Variationen in der Intensität des Lichts und relative Messungen usw.

Polarisationsbasierter Lichtleitersensor

Polarisationsbasierte optische Fasern sind für eine bestimmte Klasse von Sensoren wichtig. Diese Eigenschaft kann einfach durch verschiedene externe Variablen und damit diese geändert werden Arten von Sensoren kann zur Messung einer Reihe von Parametern verwendet werden.Spezielle Fasern und andere Komponenten wurden mit genauen Polarisationsmerkmalen entwickelt. Im Allgemeinen werden diese in einer Vielzahl von Mess-, Kommunikations- und Signalverarbeitungsanwendungen verwendet.

Polarisationsbasierter Lichtleitersensor

Der optische Aufbau für einen polarisationsbasierten Glasfasersensor ist oben gezeigt. Es wird geformt, indem das Licht von der Lichtquelle durch einen Polarisator polarisiert wird. Das polarisierte Licht wird bei 45 ° zu den ausgewählten Achsen einer Länge einer doppelbrechenden Polarisationsschutzfaser gestartet. Dieser Abschnitt der Faser dient als Erfassungsfaser. Dann wird die Phasendifferenz zwischen den beiden Polarisationszuständen unter externen Störungen wie Spannung oder Dehnung geändert. Dann wird gemäß den externen Störungen die Ausgangspolarisation geändert. Auf diese Weise können unter Berücksichtigung des Ausgangspolarisationszustands am nächsten Ende der Faser die äußeren Störungen erfasst werden.

Phasenbasierter Lichtleitersensor

Diese Arten von Sensoren werden verwendet, um das Emitterlicht im Informationssignal zu ändern, wobei das Signal vom phasenbasierten Glasfasersensor beobachtet wird. Wenn ein Lichtstrahl durch das Interferometer geleitet wird, trennt sich das Licht in zwei Strahlen. Dabei ist ein Strahl der Erfassungsumgebung ausgesetzt und der andere Strahl ist von der Erfassungsumgebung isoliert, die als Referenz verwendet wird. Sobald die beiden getrennten Strahlen rekombiniert sind, stören sie sich gegenseitig. Die am häufigsten verwendeten Interferometer sind Michelson, Mach Zehnder, Sagnac, Gitter- und polarimetrische Interferometer. Hier sind die Interferometer Mach Zehnder und Michelson unten gezeigt.

Phasenbasierter Lichtleitersensor

Hier gibt es Unterschiede und Ähnlichkeiten zwischen den beiden Interferometern. In Bezug auf Ähnlichkeiten wird das Michelson-Interferometer häufig als gefaltetes Mach-Zehnder-Interferometer angesehen. Die Konfiguration des Michelson-Interferometers erfordert nur einen Lichtleiterkoppler. Da das Licht zweimal durch die Erfassungs- und Referenzfasern fällt, wird die optische Phasenverschiebung pro Längeneinheit der Faser verdoppelt. Somit kann der Michelson wesentlich besser empfindlich sein. Ein weiterer klarer Vorteil des Michelson besteht darin, dass der Sensor mit nur einer einzigen Faser zwischen der Quelle und dem Quellendetektormodul abgefragt werden kann. Für das Michelson-Interferometer ist jedoch ein Reflexionsspiegel von guter Qualität erforderlich

3. Glasfasersensoren werden je nach Anwendung in drei Typen eingeteilt, z

Chemischer Sensor
Physikalischer Sensor
Biomedizinischer Sensor

Chemischer Sensor

Ein chemischer Sensor ist ein Gerät, mit dem chemische Informationen in Form eines messbaren physikalischen Signals umgewandelt werden, das mit der Konzentration einer bestimmten chemischen Spezies verbunden ist. Der chemische Sensor ist eine wichtige Komponente eines Analysators und kann einige Geräte enthalten, die Folgendes ausführen Funktionen: Signalverarbeitung, Abtastung und Datenverarbeitung. Ein Analysator kann ein wichtiger Bestandteil eines automatisierten Systems sein.

Chemischer Sensor

Die Arbeit des Analysators nach einem Probenahmeplan als Funktion der Zeit wirkt als Monitor. Diese Sensoren umfassen zwei Funktionseinheiten: einen Rezeptor und einen Wandler. Im Rezeptorteil wird die chemische Information in eine Energie umgewandelt, die vom Wandler gemessen werden kann. Im Wandlerteil wird die chemische Information in ein analytisches Signal umgewandelt und zeigt keine Empfindlichkeit.

Physikalischer Sensor

Ein physikalischer Sensor ist ein Gerät, das entsprechend der physikalischen Wirkung und der Natur hergestellt wird. Diese Sensoren werden verwendet, um Informationen über eine physikalische Eigenschaft des Systems bereitzustellen. Diese Art von Sensoren wird meist durch Sensoren wie Lichtschranken bezeichnet. piezoelektrische Sensoren , Metallwiderstands-Dehnungssensoren und piezo-resistive Halbleitersensoren.

Biomedizinischer Sensor

Der biomedizinische Sensor ist ein elektronisches Gerät, mit dem verschiedene nichtelektrische Größen in biomedizinischen Bereichen in leicht nachweisbare elektrische Größen umgewandelt werden. Aus diesem Grund werden diese Sensoren in die Gesundheitsanalyse einbezogen. Diese Sensortechnologie ist der Schlüssel zum Sammeln von pathologischen und physiologischen Informationen des Menschen.

Biomedizinischer Sensor

Anwendungen von Lichtleitersensoren

Lichtleitersensoren werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, wie z

Messung physikalischer Eigenschaften wie Temperatur, Verschiebung,Geschwindigkeit, Dehnung in Strukturen jeder Größe oder Form.
In Echtzeit Überwachung der physischen Struktur der Gesundheit.
Gebäude und Brücken, Tunnel,Dämme, historische Strukturen.
Nachtsichtkamera, elektronische Sicherheitssysteme Teilentladungserkennung und Messung der Radlasten von Fahrzeugen.

So ein Überblick über Glasfasersensoren und Anwendungen wurde diskutiert. Die Verwendung von Glasfasersensoren für die Fernkommunikation bietet viele Vorteile, darunter geringe Größe, geringes Gewicht, Kompaktheit, hohe Empfindlichkeit, große Bandbreite usw. All diese Eigenschaften machen die Glasfaser als Sensor optimal. Ansonsten für jede Hilfe zu diesem Thema oder sensorgestützte Projektideen können Sie uns kontaktieren, indem Sie im Kommentarbereich unten einen Kommentar abgeben.

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