Utvr?ivanje prisustva dijela na transporteru automatizirane linije, dobivanje informacija o radu ure?aj za osvetljenje, upravljanje kompaktnom ali efikasnom masinom.. Svugdje je potreban minimum gresaka u upravljanju procesom, a ako doslo do kvara onda je vazno znati razlog kvara kako se greske ne bi ponavljale u buducnosti, jer moderno tehnolo?kim procesima ne toleri?u lo?u kvalitetu. Ovdje senzori dobro dolaze.

Postoji mnogo vrsta senzora: magnetni, induktivni, fotoelektri?ni, kapacitivni - svaki od njih ima svoje prednosti i nedostatke. Fotonaponski - jedan od najsvestranijih. Ovdje i laserski i infracrveni, i jednosmjerni, i reflektiraju?i. Ali mi ?emo razmotriti opti?ke senzore, jer oni imaju naj?ire mogu?nosti za konfiguraciju i savr?eni su ?ak i za najnepristupa?nija mjesta.

Opti?ki senzor je podijeljen na par ure?aja: svjetlovodno fotoelektri?no poja?alo i opti?ki kabel s opti?kom glavom. Kabl prenosi svjetlost iz poja?ala.

Ovdje je princip jednostavan. Emiter i prijemnik rade zajedno: prijemnik detektuje svetlosni talas koji emituje emiter. Tehnolo?ki, ovaj proces se realizuje na razli?ite na?ine: pra?enje ugla svetlosnog talasa, merenje koli?ine svetlosti ili merenje vremena povratka svetlosnog talasa kako bi se izmerila udaljenost do objekta.

Opti?ki izvor i prijemnik mogu biti locirani jednostavno u glavi (difuzne ili reflektiraju?e jedinice), ili se mogu napraviti odvojeno - dvije glave (jednostruke jedinice). Glava opti?ki senzor sadr?i elektroniku unutra, dok je prijemnik povezan sa elektronikom upravo pomo?u opti?kog vlakna. Primljeni i emitirani valovi putuju kroz vlakno na na?in sli?an brzom prijenosu podataka u opti?kim mre?ama.

Prednost ovog odvajanja je ?to je prijemnik instaliran na mjernom objektu. Opti?ki kabel je polo?en i spojen na poja?alo, koje se nalazi u posebnom kontrolnom ormaru koji ?titi poja?alo od vanjskog, ?esto grubog, okru?enja proizvodnog pogona. Izbor opcija je raznolik. Poja?ala su jednostavna i slo?ena, posebno - multifunkcionalna, sa mogu?no??u izvo?enja logi?kih i sklopnih operacija.

Osnovna poja?iva?a senzora sa opti?kim vlaknima imaju minimum elektronskih komponenti i funkcionalnost, a najslo?enije se razlikuju po principu "uklju?i i igraj", elektronika u njima je potpuno individualno konfigurirana. Neke senzorske elektronike mogu obraditi vi?e od 10 ulaza vlakana. Naravno, postoji i indikacija. Indikatori pokazuju da li senzor radi ispravno. Osim toga, postoje i druge funkcije.

Interfejs za kontroler je odre?en izlaznim formatom. Ovdje se nalaze i pode?avanje senzora i resetiranje poja?ala. Izlazi su normalno otvoreni, normalno zatvoreni, kolektor, emiter, push-pull. Povezivanje se vr?i pomo?u kabla sa vi?epinskim konektorom. Programiranje se vr?i pomo?u dugmadi ili jednostavno potenciometra.

Dodatnu fleksibilnost pru?aju opcije senzora kao ?to su ka?njenje uklju?ivanja/isklju?ivanja, impulsni izlazi i isklju?ivanje povremenog signala za vi?e slobode u detaljima i pode?avanju parametara poja?ala u zavisnosti od individualnih zahteva. proizvodni proces. Ka?njenja vam omogu?avaju da usporite reakciju radnog tijela, isprekidani signali - slu?e kao znak da su uvjeti rada naru?eni. Sve se konfiguri?e individualno.

LED indikacija izlaznog statusa, odnosno prisutnost displeja sa informacijama o signalima i izlaznim stanjima - ovo su napredne opcije koje vam omogu?avaju da dijagnostikujete i programirate senzor na licu mesta.

Za stabilnija mjerenja u promjenjivom okru?enju, prikladan je senzor sa pove?anom stopom uzorkovanja i filtriranjem signala. Blok ?e, iako ?e i dalje raditi na niskoj frekvenciji, ipak biti koristan. Ka?njenja za uklju?ivanje/isklju?ivanje ?e pomo?i u uskla?ivanju izlaznih i ulaznih signala.

Upotreba pomo?nih blokova pro?irit ?e mogu?nosti programiranja, na primjer, mo?ete podesiti osjetljivost mjernog elementa pri radu sa posebnim materijalima, kao ?to je staklo, ili programirati isklju?ivanje / uklju?ivanje izme?u ta?aka prebacivanja: pra?enje polo?aja dijela i njegovog pozicioniranje u prostoru.

Ljepota opti?kih kablova je u tome ?to prenose svjetlost umjesto struje. Mogu?e su konfiguracije od razli?itih materijala, sa razli?itim stepenom osetljivosti glava.

Difuzni opti?ki kabel sastoji se od para furnira, od kojih jedan ide do poja?ala, drugi - do osjetljive glave. Istovremeno, dva kabla su povezana na osetljivu glavu - jedan za izvor svetlosti, drugi za elektroniku.

Jednosmjerni opti?ki kabel sadr?i par identi?nih kablova, od kojih je svaki spojen na poja?alo i ima svoju opti?ku glavu. Jedan kabel se koristi za prijenos svjetlosti, drugi - za prijem.

Sama vlakna su obi?no staklena ili plasti?na. Plastika - tanja, jeftinija, fleksibilnija. Staklo je ja?e i mo?e raditi vi?e visoke temperature. Plastika se mo?e rezati na potrebnu du?inu, dok se staklo re?e samo u fazi proizvodnje. Jakna od vlakana - od ekstrudirane plastike do pletenice od ner?aju?eg ?elika, za te?ki uslovi operacija.

Najva?nija stvar pri odabiru opti?kog senzora je odabrati pravu opti?ku glavu. Na kraju krajeva, s osjetljivo??u glave povezana je to?nost detekcije dijelova, malih, fiksnih ili pokretnih. Pod kojim uglom ?e se nalaziti prijemnik i emiter u odnosu na objekat, kolika je dozvoljena disperzija. Bilo da je potreban okrugli snop vlakana za dobivanje kru?ne grede ili produ?eni za dobivanje horizontalne projekcije.

?to se ti?e okruglih greda, u difuznoj glavi mogu se ravnomjerno razgranati sa svim izvornim vlaknima na jednoj polovini, a sa prijemnim vlaknima na drugoj. Ovaj dizajn javlja se ?esto, ali mo?e uzrokovati ka?njenje u ?itanju informacija iz dijela koji se kre?e pod pravim uglom u odnosu na liniju bifurkacije.

Opcija sa ujedna?enom distribucijom izvornih i prijemnih vlakana daje ujedna?enije zrake. Ujedna?eni snopovi omogu?uju vam da izjedna?ite efekte slanja i primanja valova, a detekcija ?e se pokazati neovisnom o smjeru kretanja objekta.

Tip opti?ke glave, du?ina kabla i poja?alo imaju zna?ajan uticaj na senzorsku udaljenost optike. Te?ko je dati ta?nu procjenu, ali proizvo?a?i navode ove podatke. Senzor sa jednim snopom ima ve?i domet od difuznog. Du?e vlakno - kra?i domet. Savr?enije poja?alo - ja?i signal, ve?i domet.

Distribuirani I/O se sve vi?e koristi u industrijskoj automatizaciji i mogu?e je povezati vi?e senzorskih opti?kih kablova na jedan razvodnik.

Poja?ala sa opti?kim vlaknima su ?esto samostalni jednokanalni ure?aji na DIN ?inu, lako se montiraju u panel, a jedini nedostatak je usmjeravanje konekcija iz pojedina?nih poja?ala.

Kolektor mo?e grupirati vi?e kanala u jednom kontrolnom centru: kolektori su opremljeni ekranima menija i svaki kanal se programira pojedina?no. Konfigurirani kanali se mogu koristiti putem AND/OR logike ?to uvelike pojednostavljuje PLC kontrolu.

Aplikacija opti?ka vlakna dobro se pokazuje u sistemima koji rade u uslovima jake elektri?ne buke. Opti?ko vlakno ne percipira elektri?ni ?um, a elektronsko poja?alo je za?ti?eno ku?i?tem. Male monta?ne linije sa automatizovanom detekcijom delova na transporterima tokom monta?e ure?aja je jo? jedan vrlo obe?avaju?i i ve? prili?no uobi?ajen pravac za kori??enje opti?kih senzora.

Glave razli?ite orijentacije, razli?ite veli?ine, odli?an u disperziji za pru?anje odgovaraju?eg stepena preciznosti fokusa bez obzira na veli?inu senzora - sve to, zajedno sa kontrolnom logikom, otvara ogroman potencijal za mogu?nosti. Na primjer, jedan senzor detektuje prisustvo dijela na po?etku monta?e, a drugi potvr?uje kraj monta?e.

Drugim rije?ima, bez obzira na primjenu, va?no je odabrati senzor i glavu s parametrima prikladnim za potrebnu primjenu potro?a?a: u smislu disperzije, udaljenosti, uzorkovanja, mogu?nosti pode?avanja i programiranja.

Jedini, mo?da, minus je to ?to se vlakna ne mogu pretjerano savijati. Vrijedi se malo vi?e savijati i do?i ?e do nepopravljive plasti?ne deformacije vlakana, propusnost ?e se smanjiti ili potpuno nestati. Dozvoljeni radijus savijanja ovisi o vrsti vlakana, veli?ini i disperziji vlakana u snopu. Ove karakteristike morate uzeti u obzir pri odabiru senzora za va?u primjenu.

Knjiga je uvodni kurs u brzo razvijaju?e polje opti?kih senzora koji pokriva nova podru?ja primjene. Svaki od tri odjeljka - "Glavne komponente", "Tehnologija" i "Aplikacije" - daje pojedina?ne primjere velikog napretka u ovoj oblasti. Zajedno, oni pru?aju in?enjerima, nau?nicima, dodiplomskim i postdiplomskim studentima potpuno razumijevanje opti?kih senzora.
Knjiga se mo?e koristiti kao pomo?no sredstvo za ?itanje obuke, kao i na industrijskim seminarima o opti?kim senzorima.

Vrste opti?kih vlakana.

?ini se da su ljudi po?eli koristiti svjetlost kao sredstvo komunikacije otkako su nau?ili koristiti vatru. Signalni po?ari i dimni signali se koriste hiljadama godina. Izumom ogledala za prijenos signala na znatne udaljenosti, sunce se po?elo koristiti kao izvor svjetlosti. Ljudi koji su primili poruke su ih protuma?ili na odgovaraju?i na?in. Takve metode su se vekovima pobolj?avale i razvijale. Poznat je videotelefon Alexandera Grahama Bella, koji se koristi za prijenos poruka pomo?u svjetlosnog snopa na udaljenosti od 200 m. Razvoj ovakvih metoda bio je sputan nedostatkom dobrih izvora svjetlosti i pouzdanih kanala za prijenos sa malim gubicima. Situacija se potpuno promijenila 1962. izumom lasera. U slobodnom prostoru, koherentnu svjetlost koju emituje takav izvor mo?e primiti udaljeni prijemnik stotinama hiljada kilometara. Nedostatak odgovaraju?eg medija za prenos, me?utim, nastavio je da ko?i razvoj opti?ka komunikacija sve dok Capron i saradnici nisu pokazali da je slabljenje svjetlosti u fuzioniranom silicijumskom vlaknu toliko nisko da omogu?ava duge komunikacijske linije. Koriste?i duga?ka vlakna tanka kao dlaka, mogu?e je polo?iti mnogo kilometara vlaknastih linija za prijenos signala
sa modulisanim lasersko zra?enje.

Na sl. Slika 2.2 pokazuje kako se svjetlost prenosi kroz vlakno. Zamislite pliva?a na dnu jezera. Ako gleda na povr?inu vode pod dovoljno malim uglom, dno rezervoara ?e se u potpunosti odraziti na interfejs voda-vazduh. Otprilike ista stvar se de?ava unutar vlakna; svjetlost se prenosi zbog mnogih unutra?njih refleksija. Unutar vlakna, svjetlost se odbija od materijala opti?kog omota?a, koji ima ni?i indeks prelamanja, natrag prema jezgri. Tako kontinuirano unutra?nje refleksije dozvolite da se svetlost ?iri u pravcu kretanja. Istovremeni po?etak proizvodnje od strane Corning Inc. i Bell Labs vlakna s malim gubicima otvorila su vrata opti?kim komunikacijama i jeftinim opti?kim senzorima koji imaju visoke performanse.

Sadr?aj
Predgovor
Poglavlje 1
Pojava tehnologije opti?kih senzora
Poglavlje 2
Opti?ko vlakno
2.1. Uvod
2.2. Vrste opti?kih vlakana
2.2.1. Snelov (Snellov) zakon prelamanja i totalne unutra?nje refleksije
2.2.2. Vi?emodno vlakno stepenasti profil (stepeni indeks loma)
2.2.3. Jednomodno stepenasto indeksno vlakno
2.2.4. Pro?irenje pulsa
2.2.5. Opti?ko vlakno sa stepenastim profilom indeksa prelamanja
2.2.6. Jednomodno vlakno koje odr?ava polarizaciju
2.3. Tehnologije proizvodnje opti?kih vlakana
2.3.1. Modificirana metoda hemijskog talo?enja parom
2.3.2. Metoda eksterne hemijske precipitacije
2.3.3. Metoda aksijalnog talo?enja (VAD)
2.3.4. staklene ?ipke
2.3.5. Slabljenje u talasovodima opti?kih vlakana
2.4. Kori?tenje svojstava opti?kih vlakana za stvaranje senzora
2.4.1. bend
2.4.2. Komunikacija prigu?enih oscilacija i senzor izgra?en na ovom principu
2.4.3. Usmjereni razdjelnici i njihova upotreba za izgradnju senzora
2.5. Sa?etak
Knji?evnost
Poglavlje 3
Izvori svjetlosti
3.1. Uvod
3.2. Osnovna svojstva izvora svjetlosti
3.2.1. Spontana emisija
3.2.2. Stimulirana emisija
3.2.3. superradiance
3.3. Du?ina koherencije
3.4. Poluprovodni?ki izvori svjetlosti
3.4.1. Diode koje emituju svetlost
3.4.2. Laserske diode
3.4.3. Super-emitiraju?e diode
3.4.4. Laseri i poja?ala sa opti?kim vlaknima
3.5. Sa?etak
Knji?evnost
Poglavlje 4
Prijemnici opti?kog zra?enja
4.1. Uvod
4.2. Teorijska osnova
4.2.1. Statistika registracije opti?kog zra?enja
4.2.2. Osnovni principi rada poluprovodnika
4.3. Poluprovodni?ke fotodiode
4.4. Avalanche photodiodes
4.5. Buka
4.5.1. Mathematical Foundations
4.5.2. ?um zbog strujanja jednosmjernih struja u krugu detektora
4.5.3. Buka zbog termi?kih efekata
4.5.4. Odnos signala i ?uma
4.6. Registracija spektra
4.7. Sa?etak
Knji?evnost
Poglavlje 5
Opti?ki modulatori za opti?ke senzore
5.1. Uvod
5.2. Elektro-opti?ki efekat
5.3. Modulatori volumena
5.3.1. Elektroopti?ka fazna modulacija
5.3.2. Elektro-opti?ka modulacija intenziteta
5.3.3. Volumetrijski akusto-opti?ki pomak frekvencije
5.4. Integrisani opti?ki modulatori
5.4.1. Fazna modulacija
5.4.2. Interferometrijska modulacija intenziteta
5.4.3. Integrirani opti?ki pretvara?i frekvencije
5.5. ?isti opti?ki modulatori
5.5.1. Fazna modulacija
5.5.2. Odstupanje frekvencije
Knji?evnost
Poglavlje 6
Senzori zasnovani na mjerenju intenziteta i Fabry-Perot interferometru
6.1. Senzori intenziteta
6.2. Senzori temperature sa poluvodi?kim senzorskim elementom
6.3. Dava?i polo?aja
6.4. Multimode Fabry-Perot senzori
6.4.1. Istorija razvoja multimodnih Fabry-Perot senzora
6.4.2. Principi rada
6.4.3. Dizajn senzora
6.4.4. Metode ?itanja
6.5. Jednomodni Fabry-Perot senzori
6.5.1. Opcije ?ita?a za jednostruke senzore
Knji?evnost
Poglavlje 7
Vi?emodni difrakcijski senzori
7.1. Uvod
7.2. Teorijska osnova
7.2.1. Metode opti?kog kodiranja
7.3. Senzori zasnovani na relativnom kretanju nizova jedan naspram drugog
7.4. Senzori bazirani na modulaciji perioda re?etke
7.5. Status razvoja senzora
7.6. Sa?etak
Knji?evnost
Poglavlje 8
Multimode polarizacijski senzori
8.1. Uvod
8.2. Teorijska osnova
8.2.1. Fenomenolo?ki opis polarizacije i ka?njenja
8.2.2. Poincar? sfera
8.2.3. Muller i Jones formalizmi
8.2.4. Ka?njenje i posebna svojstva polutalasne plo?e
8.2.5. Efekat fotoelasti?nosti
8.2.6. Opti?ko odbijanje zajedni?kog moda
8.2.7. Metode opti?kog kodiranja
8.2.8. Rezolucija i ?um
8.3. Senzori zasnovani na efektu fotoelasti?nosti
8.4. Senzori faznih plo?a
8.5. Status razvoja senzora
Knji?evnost
Poglavlje 9
Opti?ki senzori bazirani na Sagnac interferometru i pasivnom prstenastom rezonatoru
9.1. Uvod
9.2. Kratka recenzija senzori opti?ke rotacije i Sagnac efekta
9.3. Prstenasti laserski ?iroskop
9.3.1. Rje?avanje problema blokiranja
9.4. ?iroskop sa pasivnim prstenastim rezonatorom
9.5. opti?ki ?iroskop
9.6. Kompromis izme?u prstenastog lasera, pasivnog prstenastog rezonatora i opti?kog interferometra kada se koristi kao senzor rotacije
9.6.1. Raspored i proizvodne mogu?nosti
9.6.2. Pitanja pouzdanosti i primjene
9.7. Senzori parametara spolja?nje okru?enje koriste?i Sagnac interferometar
9.7.1. Ekolo?ki fenomeni koji se brzo mijenjaju: detekcija akusti?nih vibracija
9.7.2. Akusti?ni senzor baziran na Sagnac interferometru koji koristi izvor svjetlosti kao poja?alo
9.7.3. Konfiguracije opti?kih koluta
9.7.4. Fazna i polarizaciona modulacija
9.7.5. Mehani?ki stres
9.7.6. Merenje talasne du?ine
9.7.7. zaklju?ci
Knji?evnost
Poglavlje 10
Opti?ki senzori bazirani na interferometrima Mach-Zehnder i Michelson
10.1. Uvod
10.2. Princip rada
10.2.1. Dvostruka interferometrija
10.2.2. Demodulacija
10.2.3. Buka
10.2.4. Polarizacija
10.3. ?eme fiber interferometara
10.4. Prijave
10.4.1. Dinami?ke aplikacije
10.4.2. Stati?ke aplikacije
10.5. Sa?etak
Knji?evnost
Poglavlje 11
Distribuirani i multipleksirani opti?ki senzori
11.1. Uvod
11.2. Distribuirana mjerenja
11.2.1. Opti?ki raspon u sistemima vlakana
11.2.2. Rejlejeve metode merenja povratnog rasejanja
11.2.3. Ramanovo mjerenje temperature povratnog raspr?enja
11.2.4. Distribuirana mjerenja zasnovana na interakciji modova
11.2.5. Kvazi-distribuirani senzori
11.3. Osnovni principi multipleksiranja senzora
11.3.1. Osnove telemetrije: Mre?e
11.3.2. Mre?e senzora intenziteta
11.4. Multipleksiranje interferometrijskih senzora
11.4.1. Interferometrijske tehnike demodulacije za multipleksno spregnute senzore
11.4.2. Multipleksna topologija interferometrijskih senzora
Knji?evnost
Poglavlje 12
Senzori magnetnog polja opti?kih vlakana
12.1. Uvod
12.2. Senzori zasnovani na Faradejevom efektu
12.2.1. Faradejev efekat opti?ka vlakna
12.2.2. Buka
12.2.3. Senzorske strukture
12.3. Magnetostriktivni senzori
12.3.1. Magnetostrikcija
12.3.2. Magnetostriktivni pretvara?i
12.3.3. ?um u magnetostriktivnim senzorima
12.3.4. Senzorske strukture
12.4. Senzori zasnovani na Lorencovoj sili
Knji?evnost
Poglavlje 13
Industrijska primjena opti?kih senzora
13.1. Uvod
13.2. Osnove
13.3. Merenje temperature
13.4. Merenje pritiska
13.5. Merenje nivoa te?nosti
13.6. Merenje protoka
13.7. Merenje polo?aja
13.8. Merenje vibracija
13.9. Hemijska analiza
13.10. Mjerenje struje i napona
13.11. Va?ne napomene za industrijsku primjenu
13.12. Sa?etak
Knji?evnost
Poglavlje 14
Pametne strukture opti?kih vlakana
14.1. Uvod
14.2. Sistemi opti?kih senzora
14.3. Primjena pametnih struktura i ?koljki iz opti?kih vlakana
14.4. Primjer kori?tenja opti?kog senzora u pametnim strukturama
14.5. Zaklju?ak
Knji?evnost
Dodatak A
Poglavlje A.1
Zero shift
Poglavlje A.2
Opti?ki elementi
Aplikacija
Knji?evnost
Dodatak B
Knji?evnost.

Saznanja o prisustvu delova u ma?inama, radu rasvetnih tela, prisustvu delova na - jedan od kriti?ne komponente industrijska automatizacija. Redoslijed gre?aka u sastavljanju dijelova i kontroli procesa ?esto je neophodan da bi se identificirao uzrok kvara. U mnogim slu?ajevima, gre?ka je zbog nedostatka dijela potrebnog za monta?u, ili njegovog Lo?a kvaliteta. Da bi se to izbjeglo, instaliran je senzor koji obavlja funkciju provjere prisutnosti potrebnih dijelova.

Postoji velika koli?ina razne vrste senzori - induktivni, magnetni, fotoelektri?ni. Svaki od njih ima svoje prednosti i slabe strane ovisno o podru?ju primjene. Ipak, fotoelektri?ni senzori imaju naj?iru ponudu razne tehnologije i vrste, kao i ve?ina ?irok raspon aplikacije.

Fotoelektri?ni senzori dolaze u razli?itim tipovima svjetlosti (infracrvena, vidljiva crvena, laserska klasa 1 i 2), tehnologijama senzora (difuzno, potiskivanje pozadine, reflektiraju?i, jednostruki snop) i konfiguracijama tijela (foto oko ili opti?ko vlakno). Ovaj ?lanak govori o definiciji i primjeni opti?kih senzora (ili kako ih jo? zovu opti?ki senzori), koji nude napredne funkcije i opcije konfiguracije, a odli?ni su za uska grla koja su premala za foto senzor za o?i (foto oko).

tehnologija opti?kih vlakana

Senzori sa opti?kim vlaknima uklju?uju dva ure?aja koja se obi?no navode zasebno: poja?alo, koje se ?esto naziva elektronskim ili opti?kim fotonaponskim poja?alom; i opti?ki kabel, koji uklju?uje opti?ku glavu i opti?ki kabel koji prenosi svjetlost iz poja?ala.

Princip rada svih fotoelektri?nih senzora je prili?no jednostavan. Svaki ure?aj ima emiter svjetlosnih valova i prijemnik koji detektuje ovaj signal. Me?utim, postoji mnogo tehnologija za detekciju i mjerenje svjetlosnih valova koji ulaze u prijemnik. Na primjer, senzori za potiskivanje pozadine prate ugao pod kojim se svjetlosni val vra?a, dok standardni fotometri prate koli?inu svjetlosti koja se vra?a senzoru. Druge vrste fotometara kontroli?u vreme povratka svetlosnog talasa, ?ime se obezbe?uje merenje udaljenosti.

Par izvor-prijemnik mo?e se instalirati i u jednu opti?ku glavu (kada se koriste difuzne i reflektiraju?e jedinice), i u dvije opti?ke glave (kod jedinica sa jednim snopom). Opti?ki senzori stavljaju svu elektroniku u jedno ku?i?te sa opti?kim glavama za emiter i prijemnik svjetlosnih valova, u kojem je prijemnik odvojen od elektronike spojene na ku?i?te opti?ki kabl. Preneseni i primljeni talasi prolaze kroz ovaj kabl na isti na?in kao i brzi prenos podataka u opti?kim mre?ama.

Jedna od prednosti ovog odvajanja je da glava mjera?a mora biti montirana na objekt koji se mjeri. Integrisani opti?ki kabl se provla?i i povezuje na poja?alo, koje se mo?e instalirati na sigurnom mestu (obi?no u upravlja?kom ormaru), ?tite?i ga od ?esto o?trog industrijskog okru?enja.

Raznovrsnost dostupnih opcija za poja?ala i opti?ke kablove je jednostavno ogromna. Poja?ala se kre?u od primitivnih do slo?enih, a proizvo?a?i ma?ina i dalje zahtijevaju vi?e funkcija, uklju?uju?i logiku i komunikacijske mogu?nosti.

Poja?ala za opti?ke senzore

Opti?ka poja?ala se kre?u od osnovnih elektronskih komponenti i funkcionalnosti do plug and play modela sa potpuno prilagodljivom elektronikom. Neki ?ak imaju elektroniku koja mo?e podnijeti do 15 ulaza za vlakna u konfiguraciji tipa kolektora. Indikacija izlaza je vrlo po?eljna jer pokazuje da li senzor radi ispravno, ali treba navesti i druge glavne funkcije (tabela ispod):

Izlazni format i veze sa poja?alima su va?ni jer definiraju su?elje s kontrolerom, jer je pode?avanje i resetiranje sastavni dio konfiguracije poja?ala.

Tipovi izlaza mogu biti ili normalno otvoreni (NO) ili normalno zatvoreni (NC), a veza mo?e biti potopljena, izvorna ili push-pull. Mogu?nosti elektri?nog povezivanja su prethodno o?i?ene, obi?no sa kablom od 2 metra ili brzim odvajanjem sa standardnim M8 ili M12 vi?epinskim konektorom. Postavke prekida?a se programiraju pomo?u potenciometra ili digitalno pomo?u dugmadi.

Osim osnova, napredne karakteristike poja?ala pru?aju zna?ajnu fleksibilnost sa karakteristikama kao ?to su impulsni izlazi, ka?njenja uklju?ivanja/isklju?ivanja i mogu?nost eliminacije isprekidanih signala. Ova najsavremenija elektronika daje proizvo?a?ima ma?ina mogu?nost da fino podese i fino podese parametre poja?ala kako bi odgovarali zahtevima instalacije.

Ve?ina modela ima LED diode statusa izlaza, dok neki nude displeje koji pru?aju informacije o ja?ini signala i statusu izlaza. Naprednije jedinice imaju vi?elinijske OLED displeje sa prilagodljivim mogu?nostima dijagnostike i programiranja.

Filtriranje signala ?esto zahtijeva pove?anje brzine uzorkovanja, jer to obezbje?uje stabilnije mjerenje u promjenjivim uvjetima okoline. Ovo poja?ava signal, ali tjera jedinicu da radi na ni?im frekvencijama prebacivanja. Impulsni izlazi vam omogu?avaju da rastegnete ulazni signal, ?to mo?e biti korisno ako je frekvencija previsoka za ulaz PLC programabilnog logi?kog kontrolera. Ka?njenja za uklju?ivanje/isklju?ivanje omogu?avaju korisnicima da postave potrebna vremena ka?njenja za izlazne i ulazne signale.

Dodatni blokovi pru?aju vi?e mogu?nosti programiranje, kao ?to je pode?avanje osjetljivosti. Uz ove opcije, korisnici mogu prilagoditi osjetljivost mjernog elementa za rad sa te?kim materijalima kao ?to je staklo. Ova funkcija u?enje eliminira ili smanjuje potrebu za programiranjem kontrolera za obavljanje ovih funkcija. Oni tako?er mogu programirati izlaz da se uklju?i/isklju?i izme?u dvije ta?ke uklju?ivanja. Na primjer, za pozicioniranje dijelova, prekida? se uklju?uje u jednom polo?aju i isklju?uje u drugom, dok prati polo?aj dijela u prostoru.

Vidljivost svjetlosnog svjetlosnog kabela

Opti?ki kablovi ne provode struja- Propustili su svetlo. Proizvode se u razli?itim konfiguracijama i od razli?itog materijala i tako?e imaju razli?ite tipove senzorske glave. Tabela ispod prikazuje neke od glavnih parametara opti?kih kablova:

Difuzni opti?ki kablovi se sastoje od dva furnira - jedan za povezivanje na poja?alo, a drugi sa senzorskom glavom. ?tavi?e, na osjetljivu glavu su spojena dva kabla - onaj koji je spojen na izvor svjetlosti i onaj koji je spojen na mjerni element. Jednosnopni opti?ki kablovi imaju dva odvojena identi?na kabla koji se spajaju na poja?alo i svaki ima svoju opti?ku glavu. Jedan kabl prenosi svetlost, drugi je prima. Uobi?ajena gre?ka kada se radi sa jednostrukim kablovima, ovo je narud?ba za samo jedan od dva kabla. To je zato ?to neki dobavlja?i mogu isporu?iti samo jedan dio sistema po broju dijela, stoga budite oprezni pri odabiru jednostrukih kablova.

Vlaknasti materijali se obi?no sastoje od plastike ili stakla. plasti?ni blokovi tanji, jeftiniji, pru?aju velike radijuse savijanja. stakleni blokovi izdr?ljiviji i imaju vi?e radne temperature. Plasti?na vlakna se mogu se?i na ?eljenu du?inu posebnim reza?em, dok se staklena vlakna seku samo jednom u toku proizvodnje i isporu?uju se u ?eljenoj du?ini. Pla?t od vlaknastog materijala mo?e varirati od ekstrudirane plastike do pletene od ner?aju?eg ?elika, za rad u najnepovoljnijim uslovima.

Izbor opti?ke glave je najve?i prekretnica pri odabiru opti?kog senzora. To je zbog ?injenice da je osjetljivost glave ta koja utje?e na detekciju malih fiksnih ili pokretnih dijelova. Izbor glave zavisi od ugla pod kojim se emiter i prijemnik nalaze u odnosu na merni objekat, kao i od disperzije. Glave mogu imati zaobljene snopove vlakana kako bi se stvorila kru?na greda ili pro?irene za stvaranje horizontalnih izbo?ina.

Okrugli snopovi u difuzionoj glavi mogu biti striktno razgranati sa svim izvornim vlaknima na jednoj polovini i prijemnim vlaknima na drugoj polovini. Takva konstrukcija je uobi?ajena, ali mo?e dovesti do ka?njenja u ?itanju informacija iz dijela koji se kre?e okomito na liniju bifurkacije. Postoji opcija sa ujedna?enom distribucijom vlakana izvora i prijemnika signala kako bi se dobili ujedna?eniji snopovi. Ujedna?ena distribucija omogu?ava vam da izjedna?ite efekte slanja i prijema svjetlosnih valova, ?to osigurava detekciju bez obzira na smjer kretanja.

Na udaljenost senzora opti?kih vlakana utje?u poja?alo, tip opti?ke glave i du?ina kabelskog vlakna. Na osnovu ova tri parametra koji uti?u na rad senzora, te?ko je dati ta?nu procenu ta?nosti i opsega odziva, ali proizvo?a?i obi?no daju te podatke. Senzor sa jednim snopom ima ve?i domet od difuznog. ?to su kablovska vlakna du?a, to je kra?i domet, a vrijedno je napomenuti da napredna poja?ala obi?no imaju ja?e zra?enje signala i ve?e domete.

Povezivanje opti?kih senzora

Upotreba distribuiranih I/O i distribuirane inteligencije je u porastu kroz industrijsku automatizaciju, a opti?ki senzori nisu izuzetak. Povezivanje vi?e kablova opti?kih senzora na jedan elektronski razvodnik ima svoje prednosti.

Poja?ala sa opti?kim vlaknima su obi?no jednokanalna samostalni ure?aji. Uz tanka ku?i?ta i monta?u na DIN ?inu, mogu se lako montirati u kontrolne plo?e. Jedan od nedostataka mo?e biti vezan za rutiranje elektri?ni priklju?ci za svako pojedina?no poja?alo.

Druga opcija je kori?tenje opti?kog kolektora koji grupi?e vi?e kanala vlakana u jedan kontrolni centar:

Ovi razdjelnici s opti?kim vlaknima obi?no su opremljeni OLED displejom vo?enim menijima koji omogu?avaju programiranje svakog opti?kog kanala. Svaki opti?ki kanal se mo?e posebno konfigurirati, kao ?to je svijetlo ili tamno, ili histereza prebacivanja. Ova centralizovana kontrola tako?e omogu?ava grupisanje izlaza preko AND/OR logike, ?to mo?e skratiti i pojednostaviti izlazni signal u PLC-u.

Prijave i klju?na pitanja

Optika radi prili?no dobro i obi?no se koristi u sistemima sa zna?ajnim elektri?nim ?umom. Vlakno kabla nije podlo?no elektri?nom ?umu, a poja?alo (osjetljivo na ?um) mo?e se instalirati dalje od izvora buke (npr. u kontrolnom ormaru).

Druga vrlo ?esta primjena je u malim monta?nim linijama. Operacije na ovim linijama obi?no su potpuno automatizirane i zahtijevaju senzore za detekciju dijelova na transporteru ili u stroju za sklapanje kako bi potvrdili operaciju monta?e.

Opti?ka rje?enja su dostupna u razli?itim veli?inama opti?kih glava, orijentacijama i disperzijama kako bi se osigurala najmanja i najpreciznija ?ari?ta svjetlosti za svaku primjenu, bez obzira na veli?inu pakovanja. Uz pomo? logike na kontrolnoj plo?i i kori?tenjem dvokanalnog senzora, jedan kanal se mo?e koristiti za detekciju prisustva dijela na mjestu monta?e, a drugi kanal se mo?e koristiti za potvrdu zavr?etka operacije monta?e. .

Uobi?ajeni problem svih vrsta opti?kih sistema je pretjerano savijanje vlakana. Kablovi i pojedina?ni snopovi vlakana su prili?no savitljivi, ?to omogu?ava instalateru da ih lako savije izvan maksimalnog radijusa savijanja. To mo?e dovesti do nepopravljive plasti?ne deformacije vlakana, ?to ?e zna?ajno smanjiti prijenos svjetlosnih valova, ili ?ak dovesti do pucanja vlakana i nemogu?nosti prijenosa signala. Maksimalni radijus savijanja varira u zavisnosti od vrste vlaknastog materijala, dimenzija, disperzije vlakana u snopu i mora biti zadovoljen u svim uslovima.

Bez obzira na aplikaciju, korisnici moraju odabrati odgovaraju?u senzorsku tehnologiju. Opti?ki senzori, poja?ala i opti?ke glave moraju biti pa?ljivo odabrani za primjenu kako bi se osigurale pouzdane performanse mjerenja.

Prevod Rostislava Livencova

Senzori sa opti?kim vlaknima (tako?er ?esto nazivani senzori opti?kih vlakana) su opti?ki ure?aji za detekciju odre?enih koli?ina, obi?no temperature ili mehani?kog naprezanja, ali ponekad i pomaka, vibracija, pritiska, ubrzanja, rotacije (mjereno pomo?u opti?kih ?iroskopa zasnovanih na Sagnac efektu ), i koncentraciju hemijske supstance. Op?ti princip takvi ure?aji u tome ?to se svjetlost iz lasera (naj?e??e jednomodnog fiber lasera) ili superluminiscentnog opti?kog izvora prenosi kroz opti?ko vlakno, do?ivljava blagu promjenu svojih parametara u vlaknu ili u jednoj ili vi?e Braggovih re?etki, a zatim dosti?e krug za detekciju koji procjenjuje ove promjene.

U pore?enju sa drugim tipovima senzora, opti?ki senzori imaju sljede?e prednosti:

· Sastoje se od elektri?no neprovodnih materijala (nisu potrebni elektri?ni kablovi), ?to im omogu?ava da se koriste, na primjer, na mjestima sa visokog napona.

· Mogu se bezbedno koristiti u eksplozivnim okru?enjima jer ne postoji opasnost od elektri?ne varnice, ?ak ni u slu?aju kvara.

· Na njih ne uti?u elektromagnetne smetnje (EMI), ?ak ni u blizini udara groma, i ne elektrifikuju druge ure?aje sami.

Njihovi materijali mogu biti hemijski inertni, tj. ne kontaminiraju okru?enje i nisu podlo?ni koroziji.

· Imaju veoma ?irok raspon radnih temperatura (mnogo vi?e od elektronskih ure?aja).

· Imaju mogu?nost multipleksiranja; vi?e senzora u jednoj fiber vezi mo?e se integrirati sa jednim opti?ki izvor(vidi dolje).

Senzori bazirani na Braggovim re?etkama

Opti?ki senzori se ?esto baziraju na vlaknastim Braggovim re?etkama. Osnovni princip mnogih opti?kih senzora je da Braggova talasna du?ina (tj. talasna du?ina maksimalne refleksije) u re?etki zavisi ne samo od perioda Braggove re?etke, ve? i od temperature i mehani?kog naprezanja. Za kvarcna vlakna, promena Braggove talasne du?ine po jedinici deformacije je oko 20% manja od istezanja, jer postoji efekat deformacije na smanjenje indeksa prelamanja. Temperaturni efekti su bliski onima koji se o?ekuju samo za termi?ko ?irenje. Efekti temperature i deformacije mogu se razlikovati kada se koriste razli?iti tehni?ka sredstva(na primjer, kada koristite referentnu re?etku koja nije podlo?na deformaciji, ili koristite razli?ite vrste re?etki od vlakana) tako da se obje vrijednosti bilje?e istovremeno. Da bi se registrovala samo deformacija, rezolucija dose?e nekoliko µe (tj. relativna promjena du?ine reda ) dok ta?nost ima isti red malenosti. Za dinami?ka mjerenja (npr. akusti?ne pojave), posti?e se osjetljivost ve?a od 1me u opsegu od 1 Hz.

Distributed sensing

Drugi opti?ki senzori ne koriste vlaknaste Braggove re?etke kao senzore, ve? samo vlakno kao senzore. Princip sondiranja u njima se zasniva na efektu Rayleighovog rasejanja, Ramanovog rasejanja ili Brillouinovog rasejanja. Na primjer, metoda opti?ke reflektometrije vremenska domena, gdje se polo?aj podru?ja sa slabom refleksijom mo?e odrediti pomo?u impulsnog sondiraju?eg signala. Ova metoda se tako?er koristi za odre?ivanje drugih veli?ina, kao ?to su temperatura ili napon, ovisno o Brillouin frekventnom pomaku.

U nekim slu?ajevima, izmjerena vrijednost je prosje?na vrijednost po cijeloj du?ini vlakna. Ova metoda je tipi?na za neke temperaturne senzore, kao i za interferometre bazirane na Sagnac efektu koji se koriste kao ?iroskopi. U drugim slu?ajevima mjere se veli?ine zavisne od polo?aja (npr. temperatura ili napon). Ovo se zove distribuirano sensing.

Kvazi-distribuirano sensing

Odre?ena vlakna mogu sadr?avati niz nizova senzora (vidi gore) za pra?enje temperature i distribucije naprezanja kroz vlakno. To se naziva kvazi-distribuirano sensing. Postoje razna tehni?ka rje?enja za adresiranje samo jedne re?etke (i time precizno odre?ivanje polo?aja du? vlakna)

U jednoj metodi, koja se zove multipleksiranje pune talasne du?ine (WDM) ili reflektometrija opti?kog frekvencijskog domena (OFDR), re?etke imaju ne?to druga?iju Braggovu talasnu du?inu. Talasna du?ina podesivog lasera u integracijskoj jedinici mo?e se podesiti na valnu du?inu koja pripada odre?enoj vrsti re?etke, a valna du?ina maksimalnog odraza ukazuje na utjecaj deformacije ili, na primjer, temperature. Osim toga, ?irokopojasni izvori svjetlosti (npr. superluminiscentni izvori) mogu se koristiti zajedno sa fotodetektorom za skeniranje talasne du?ine (npr. baziran na Fabry-Perot fiber rezonatoru) ili baziran na CCD spektrometru. u svakom slu?aju, maksimalni iznos re?etke, u pravilu, ne prelaze 10-50, ?to je ograni?eno rasponom pode?avanja propusni opseg izvor svjetlosti i potrebnu razliku talasnih du?ina u re?etkama vlakana.

Druga metoda, nazvana multipleksiranje s vremenskim podjelom (TDM), koristi identi?ne re?etke niske refleksije u koje se ?alju kratki impulsi svjetlosti. Refleksija od razli?itih re?etki se bilje?i pomo?u vremena njihovog dolaska. Vremenska podjela (TDM) se ?esto koristi u sprezi sa podjelom talasne du?ine (WDM) za mno?enje broja razli?itih kanala stotinama ili ?ak hiljadama puta.

Drugi pristupi

Pored gore opisanih pristupa, postoji mnogo alternativne metode. Evo nekih od njih:

· Fiber Braggove re?etke mogu se koristiti u interferentnim opti?kim vlaknima, gdje se koriste samo kao reflektori i mjere fazni pomak u zavisnosti od udaljenosti izme?u njih.

· Postoje laserski Bragg senzori, gde se senzor re?etke nalazi u poslednjem ogledalu opti?ke ?upljine laserskog vlakna, na bazi vlakna dopiranog erbijem, koje percipira svetlost pumpe na talasnoj du?ini od 980 nm kroz vlakno. Braggova talasna du?ina, koja zavisi, na primer, o temperaturi ili mehani?kom naprezanju, odre?uje talasnu du?inu generisanja. Ovaj pristup, koji ima mnogo opcija za dalji razvoj, obe?ava visoke rezultate zbog uskog opsega spektralnog podru?ja, ?to je karakteristi?no za fiber laser, i visoke osjetljivosti.

· U nekim slu?ajevima, parovi Braggovih re?etki se koriste kao vlakna za Fabry-Perot interferometre, koji mogu posebno osjetljivo reagirati na spoljni uticaji. Fabry-Perot interferometar se mo?e napraviti i na drugi na?in, na primjer, kori?tenjem promjenjivog zra?nog raspora u vlaknu.

· Dugotrajne re?etke su od posebnog interesa za istovremeno otkrivanje vi?e parametara (npr. temperature i naprezanja) ili na drugi na?in za alternativnu detekciju deformacija sa vrlo niskom osjetljivo??u na promjene temperature.

Podru?ja upotrebe

?ak i nakon nekoliko godina razvoja, opti?ki senzori jo? uvijek ne u?ivaju veliki komercijalni uspjeh, jer je te?ko zamijeniti postoje?e tehnologije, ?ak i ako imaju odre?ena ograni?enja. Iako u nekim aplikacijama, opti?ki senzori dobivaju priznanje kao tehnologija s velikim potencijalom za zanimljive mogu?nosti. To je, na primjer, rad u te?kim uvjetima, kao ?to je sondiranje u ure?ajima s visokim naponom ili u mikrovalnim pe?nicama. Senzori Braggove re?etke se tako?e mogu koristiti, na primjer, za pra?enje stanja unutar krila aviona, vjetroturbina, mostova, velikih brana, naftnih bu?otina i cjevovoda. Zgrade sa ugra?enim opti?kim senzorima ponekad se nazivaju "pametnim strukturama", senzori u njima prate deformacije unutar razli?itih dijelova konstrukcije i primaju podatke o tim promjenama, kao ?to su habanje, vibracije itd. Pametni dizajni su glavna pokreta?ka snaga za razvoj opti?kih senzora.

Fotoelektri?ni senzori

opti?ki senzor o?ima moderne automatizovane proizvodnje. Ve?ina fotosenzora radi u infracrvenom podru?ju spektra. Fotoelektri?ni senzori se dijele u tri glavna tipa:

T-tip ili THRU-BEAM(razmaknuta optika) ili senzori za prekid opti?kog snopa. Sastoje se od prijemnika i emitera postavljenih jedan naspram drugog. Objekt, prolaze?i izme?u prijemnika i emitera, prekida opti?ki snop, ?to dovodi do promjene stanja izlaznog klju?a prijemnika.

R - tip ili RETRO(sa refleksijom reflektora/reflektora). Emiter i prijemnik su u istom ku?i?tu. Opti?ki impuls koji ?alje emiter odbija se od reflektora i poga?a prijemnik. Prekid zraka od strane objekta koji se nalazi izme?u reflektora i senzora dovodi do promjene stanja izlaznog klju?a senzora.

D-tip ili DIFFUSE(sa odrazom od objekta). Refleksija opti?kog snopa se javlja direktno od objekta detekcije. U odsustvu objekta opti?ka linija otvoren, pri pribli?avanju senzoru objekta, dio energije (u zavisnosti od boje objekta i njegove hrapavosti) opti?kog impulsa se odbija od objekta i ulazi u prijemnik senzora koji se nalazi u istom ku?i?tu sa emiterom, ?to dovodi do promjena u stanju izlaznog klju?a.

Na malim udaljenostima, unutar "mrtve zone" senzori tipa R percipiraju objekt kao reflektor, zbog ?ega se objekt ne detektuje. Da biste izbjegli takve slu?ajeve, treba koristiti senzore s polarizacijskim filterom.