Best?mning av n?rvaron av en del p? transport?ren av en automatiserad linje, erh?llande av information om arbetet belysningsanordning, kontroll av en kompakt men effektiv maskin .. ?verallt kr?vs ett minimum av fel i processkontroll, och om det ?r ett fel, d? ?r det viktigt att veta orsaken till felet s? att misstag inte upprepas i framtiden, eftersom modern tekniska processer tolererar inte d?lig kvalitet. Det ?r h?r sensorer kommer v?l till pass.

Det finns m?nga typer av sensorer: magnetiska, induktiva, fotoelektriska, kapacitiva - var och en av dem har sina egna f?rdelar och nackdelar. Solceller - en av de mest m?ngsidiga. H?r och laser och infrar?d, och enkelstr?le, och reflekterande. Men vi kommer att ?verv?ga fiberoptiska sensorer, eftersom de har de bredaste konfigurationsm?jligheterna och ?r perfekta ?ven f?r de mest otillg?ngliga platserna.

Den fiberoptiska sensorn ?r uppdelad i ett par enheter: en fiberfotoelektrisk f?rst?rkare och en fiberoptisk kabel med ett optiskt huvud. Kabeln s?nder ljus fr?n f?rst?rkaren.

Principen h?r ?r enkel. S?ndaren och mottagaren arbetar tillsammans: mottagaren k?nner av ljusv?gen som s?nds ut av s?ndaren. Teknologiskt implementeras denna process p? olika s?tt: sp?ra ljusv?gens vinkel, m?ta m?ngden ljus eller m?ta ljusv?gens ?terkomsttid f?r att m?ta avst?ndet till objektet.

Den optiska k?llan och mottagaren kan enkelt placeras i huvudet (diffusa eller reflekterande enheter), eller s? kan de g?ras separat - tv? huvuden (enstr?leenheter). Huvud fiberoptisk sensor inneh?ller elektronik inuti, medan mottagaren ?r ansluten till elektroniken exakt med hj?lp av en optisk fiber. De mottagna och emitterade v?gorna f?rdas genom fibern p? ett s?tt som liknar h?ghastighetsdata?verf?ring i fiberoptiska n?tverk.

F?rdelen med denna separation ?r att mottagaren ?r installerad p? det uppm?tta objektet. Den fiberoptiska kabeln l?ggs och ansluts till f?rst?rkaren, som ?r placerad i ett speciellt styrsk?p som skyddar f?rst?rkaren fr?n den yttre, ofta tuffa, milj?n i fabriken. Valet av alternativ ?r varierat. F?rst?rkare ?r enkla och komplexa, i synnerhet multifunktionella, med f?rm?gan att utf?ra logiska operationer och omkopplingsoperationer.

Grundl?ggande fiberoptiska sensorf?rst?rkare har ett minimum av elektroniska komponenter och funktionalitet, och de mest komplexa k?nnetecknas av "plug and play"-principen, elektroniken i dem ?r helt individuellt konfigurerade. En del sensorelektronik klarar av att bearbeta mer ?n 10 fibering?ngar. Naturligtvis finns det ocks? en indikation. Indikatorer visar om sensorn fungerar korrekt. Dessutom finns det andra funktioner.

Gr?nssnittet till styrenheten best?ms av utdataformatet. B?de sensorjustering och ?terst?llning av f?rst?rkaren tillhandah?lls h?r. Utg?ngar ?r normalt ?ppna, normalt st?ngda, kollektor, emitter, push-pull. Anslutningarna g?rs med en kabel med flerstiftskontakt. Programmering utf?rs med knappar eller helt enkelt en potentiometer.

Ytterligare flexibilitet tillhandah?lls av sensoralternativ som till/fr?n f?rdr?jning, pulsutg?ngar och intermittent signaluteslutning f?r st?rre frihet att detaljera och justera f?rst?rkarparametrar beroende p? individuella krav. produktionsprocess. F?rseningar g?r att du kan sakta ner reaktionen fr?n arbetskroppen, intermittenta signaler - tj?nar som ett tecken p? att arbetsf?rh?llandena kr?nks. Allt konfigureras individuellt.

LED-indikering av utg?ngsstatus, eller n?rvaron av en display med information om signaler och utg?ngstillst?nd - dessa ?r avancerade alternativ som l?ter dig diagnostisera och programmera sensorn p? plats.

F?r mer stabila m?tningar i en f?r?nderlig milj? ?r en sensor med ?kad samplingshastighet och signalfiltrering l?mplig. Blocket, ?ven om det fortfarande kommer att fungera p? en l?g frekvens, kommer ?nd? att vara anv?ndbart. P?/av-f?rdr?jningar hj?lper till att matcha ut- och ing?ngssignaler.

Anv?ndningen av hj?lpblock kommer att ut?ka programmeringsm?jligheterna, till exempel kan du justera k?nsligheten f?r m?telementet n?r du arbetar med speciella material, s?som glas, eller programmera av / p? mellan kopplingspunkter: sp?ra delens position och dess position positionering i rymden.

Det fina med fiberoptiska kablar ?r att de ?verf?r ljus ist?llet f?r str?m. Konfigurationer fr?n olika material, med olika grader av k?nslighet hos huvuden ?r m?jliga.

Diffus fiberoptisk kabel best?r av ett par faner, varav en g?r till f?rst?rkaren, den andra - till det k?nsliga huvudet. Samtidigt ?r tv? kablar anslutna till det k?nsliga huvudet - en f?r ljusk?llan, den andra f?r elektroniken.

En enkelstr?le fiberoptisk kabel inneh?ller ett par identiska kablar, som var och en ?r ansluten till en f?rst?rkare och har sitt eget optiska huvud. En kabel anv?nds f?r att ?verf?ra ljus, den andra - f?r att ta emot.

Sj?lva fibern ?r vanligtvis glas eller plast. Plast - tunnare, billigare, mer flexibel. Glas ?r starkare och kan fungera mer h?ga temperaturer. Plast kan sk?ras till ?nskad l?ngd, medan glas endast sk?rs i tillverkningsstadiet. Fiberjacka - fr?n extruderad plast till rostfri fl?ta, f?r h?rda f?rh?llanden drift.

Det viktigaste n?r du v?ljer en fiberoptisk sensor ?r att v?lja r?tt optiskt huvud. N?r allt kommer omkring ?r det med huvudets k?nslighet som noggrannheten f?r att uppt?cka delar, sm?, fasta eller r?rliga, ?r associerad. I vilken vinkel kommer mottagaren och s?ndaren att placeras i f?rh?llande till objektet, vad ?r den till?tna spridningen. Om det kr?vs ett runt fiberknippe f?r att f? en cirkul?r balk eller en f?rl?ngd f?r att f? ett horisontellt utspr?ng.

N?r det g?ller runda balkar kan de i ett diffust huvud vara j?mnt f?rgrenade med alla k?llfibrer p? ena halvan och med mottagarfibrerna p? den andra. Denna design f?rekommer ofta, men kan orsaka en f?rdr?jning vid l?sning av information fr?n en del som r?r sig i r?t vinkel mot bifurkationslinjen.

Alternativet med en enhetlig f?rdelning av k?ll- och mottagarfibrer ger mer enhetliga str?lar. Uniforma str?lar l?ter dig utj?mna effekterna av att skicka och ta emot v?gor, och detekteringen kommer att visa sig vara oberoende av objektets r?relseriktning.

Typ av optisk huvud, kabell?ngd och f?rst?rkare har en betydande inverkan p? optikens avk?nningsavst?nd. Det ?r sv?rt att ge en exakt uppskattning, men tillverkare anger dessa uppgifter. En enkelstr?lesensor har ett st?rre r?ckvidd ?n en diffus. L?ngre fiber - kortare r?ckvidd. Mer perfekt f?rst?rkare - starkare signal, st?rre r?ckvidd.

I allt st?rre utstr?ckning anv?nds distribuerad I/O inom industriell automation, och det ?r m?jligt att ansluta flera sensorkablar till ett enda grenr?r.

Fiberoptiska f?rst?rkare ?r ofta frist?ende enkanaliga DIN-skena enheter, de ?r l?tta att montera i en panel och den enda nackdelen ?r att dirigera anslutningar fr?n enskilda f?rst?rkare.

Samlaren kan gruppera flera fiberkanaler i en enda kontrollcentral: uppsamlarna ?r utrustade med menydisplayer och varje kanal programmeras individuellt. De konfigurerade kanalerna kan anv?ndas via OCH/ELLER-logik vilket avsev?rt f?renklar PLC-styrningen.

Ans?kan fiberoptik visar sig v?l i system som arbetar under f?rh?llanden med starkt elektriskt brus. Den optiska fibern uppfattar inte elektriskt brus, och den elektroniska f?rst?rkaren ?r skyddad av ett sk?p. Sm? monteringslinjer med automatisk detektering av delar p? transport?rer under montering av enheter ?r en annan mycket lovande och redan ganska vanlig riktning f?r att anv?nda fiberoptiska sensorer.

Huvuden med olika orientering, olika storlekar, utm?rkt i spridning f?r att ge r?tt grad av fokusnoggrannhet oavsett sensorstorlek - allt detta, tillsammans med kontrolllogiken, ?ppnar en enorm potential f?r m?jligheter. Till exempel uppt?cker en sensor n?rvaron av en del i b?rjan av monteringen, och den andra bekr?ftar slutet av monteringen.

Oavsett applikation ?r det med andra ord viktigt att v?lja en sensor och ett huvud med parametrar som l?mpar sig f?r den efterfr?gade konsumentapplikationen: vad g?ller spridning, avst?nd, provtagning, valm?jligheter g?llande inst?llningar och programmering.

Det enda, kanske, minuset ?r att fibrerna inte kan b?jas ?verdrivet. Det ?r v?rt att b?ja lite mer, och irreparabel plastisk deformation av fibrerna kommer att intr?ffa, genomstr?mningen kommer att minska eller f?rsvinna helt. Den till?tna b?jradien beror p? fibertyp, storlek och spridning av fibrerna i bunten. Dessa egenskaper m?ste beaktas n?r du v?ljer en sensor f?r din applikation.

Boken ?r en introduktionskurs i det snabbt v?xande omr?det f?r fiberoptiska sensorer som t?cker nya anv?ndningsomr?den. Var och en av de tre avsnitten - "Huvudkomponenter", "Teknik" och "Applikationer" - ger individuella exempel p? stora framsteg inom detta omr?de. Tillsammans ger de ingenj?rer, forskare, grund- och doktorander en fullst?ndig f?rst?else f?r fiberoptiska sensorer.
Boken kan anv?ndas som l?shj?lp tr?ningskurser, samt vid industriseminarier om fiberoptiska sensorer.

Typer av optiska fibrer.

Anv?ndningen av ljus som kommunikationsmedel verkar ha startat av m?nniskor ?nda sedan de l?rde sig att anv?nda eld. Signalbr?nder och r?ksignaler har anv?nts i tusentals ?r. Med uppfinningen av speglar f?r att ?verf?ra signaler ?ver avsev?rda avst?nd b?rjade solen anv?ndas som ljusk?lla. Personerna som fick meddelandena tolkade dem p? r?tt s?tt. S?dana metoder har f?rb?ttrats och utvecklats under ?rhundradena. V?l k?nd ?r Alexander Graham Bells videotelefon, som anv?ndes f?r att s?nda meddelanden med hj?lp av en ljusstr?le ?ver ett avst?nd p? cirka 200 m. Utvecklingen av s?dana metoder f?rsv?rades av bristen p? bra ljusk?llor och p?litliga s?ndningskanaler med l?g f?rlust. Situationen f?r?ndrades helt 1962 med laserns uppfinning. I ledigt utrymme kan det koherenta ljuset som s?nds ut av en s?dan k?lla tas emot av en fj?rrmottagare hundratusentals kilometer bort. Bristen p? ett l?mpligt ?verf?ringsmedium fortsatte dock att h?mma utvecklingen optisk kommunikation tills Capron et al visade att d?mpningen av ljus i en sm?lt kiseldioxidfiber ?r s? l?g att den till?ter l?nga kommunikationslinjer. Med l?nga h?rtunna fibrer ?r det m?jligt att l?gga m?nga kilometer fiberledningar f?r signal?verf?ring
med en modulerad laserstr?lning.

P? fig. Figur 2.2 visar hur ljus ?verf?rs genom en fiber. T?nk p? en simmare p? botten av en damm. Om han tittar p? vattenytan i en tillr?ckligt liten vinkel, kommer botten av reservoaren att reflekteras helt p? vatten-luft-gr?nsytan. Ungef?r samma sak h?nder inuti fibern; ljus ?verf?rs p? grund av m?nga inre reflektioner. Inuti fibern reflekteras ljus fr?n det optiska bekl?dnadsmaterialet, som har ett l?gre brytningsindex, tillbaka mot k?rnan. S? kontinuerligt inre reflektioner l?t ljuset spridas i f?rdriktningen. Samtidig produktionsstart av Corning Inc. och Bell Labs l?gf?rlustfiber har ?ppnat d?rren till optisk kommunikation och l?gkostnadsfiberoptiska sensorer med h?g prestanda.

Inneh?llsf?rteckning
F?rord
Kapitel 1
Framv?xten av fiberoptisk sensorteknik
kapitel 2
Optisk fiber
2.1. Introduktion
2.2. Typer av optiska fibrer
2.2.1. Snells (Snells) brytningslag och total inre reflektion
2.2.2. Multimode fiber stegad profil (stegat brytningsindex)
2.2.3. Single-mode stepped index fiber
2.2.4. Pulsbreddning
2.2.5. Optisk fiber med graderad brytningsindexprofil
2.2.6. Single-mode polarisationsuppr?tth?llande fiber
2.3. Teknik f?r tillverkning av optiska fibrer
2.3.1. Modifierad kemisk ?ngavs?ttningsmetod
2.3.2. Extern kemisk utf?llningsmetod
2.3.3. Axial Deposition Method (VAD)
2.3.4. glasstavar
2.3.5. D?mpning i fiberoptiska v?gledare
2.4. Anv?nda egenskaperna hos optiska fibrer f?r att skapa sensorer
2.4.1. b?ja
2.4.2. D?mpad oscillationskommunikation och sensor byggd p? denna princip
2.4.3. Riktningsdelare och deras anv?ndning f?r att bygga sensorer
2.5. Sammanfattning
Litteratur
Kapitel 3
Ljusk?llor
3.1. Introduktion
3.2. Ljusk?llors grundl?ggande egenskaper
3.2.1. Spontan emission
3.2.2. Stimulerad emission
3.2.3. superstr?lning
3.3. Koherensl?ngd
3.4. Halvledarljusk?llor
3.4.1. Ljusemitterande dioder
3.4.2. Laserdioder
3.4.3. Superemitterande dioder
3.4.4. Fiberoptiska laser och f?rst?rkare
3.5. Sammanfattning
Litteratur
kapitel 4
Optiska str?lningsmottagare
4.1. Introduktion
4.2. Teoretisk grund
4.2.1. Statistik f?r registrering av optisk str?lning
4.2.2. Grundl?ggande principer f?r halvledardrift
4.3. Halvledarfotodioder
4.4. Lavinfotodioder
4.5. Ljud
4.5.1. Matematiska grunder
4.5.2. Buller p? grund av fl?det av likstr?m i detektorkretsen
4.5.3. Buller p? grund av termiska effekter
4.5.4. Signal-brusf?rh?llande
4.6. Spektrumregistrering
4.7. Sammanfattning
Litteratur
Kapitel 5
Optiska modulatorer f?r fiberoptiska sensorer
5.1. Introduktion
5.2. Elektrooptisk effekt
5.3. Volymmodulatorer
5.3.1. Elektrooptisk fasmodulering
5.3.2. Elektrooptisk intensitetsmodulering
5.3.3. Volumetrisk akusto-optisk frekvensf?rskjutning
5.4. Integrerade optiska modulatorer
5.4.1. Fasmodulering
5.4.2. Interferometrisk intensitetsmodulering
5.4.3. Integrerade optiska frekvensomvandlare
5.5. Rena fiberoptiska modulatorer
5.5.1. Fasmodulering
5.5.2. Frekvensoffset
Litteratur
Kapitel 6
Sensorer baserade p? intensitetsm?tning och Fabry-Perot interferometer
6.1. Intensitetssensorer
6.2. Temperaturgivare med halvledaravk?nningselement
6.3. Positionsgivare
6.4. Multimode Fabry-Perot sensorer
6.4.1. Historien om utvecklingen av multimode Fabry-Perot-sensorer
6.4.2. Arbetsprinciper
6.4.3. Sensordesign
6.4.4. L?smetoder
6.5. Singlemode Fabry-Perot-sensorer
6.5.1. L?saralternativ f?r enkell?gessensorer
Litteratur
Kapitel 7
Multimode diffraktiva sensorer
7.1. Introduktion
7.2. Teoretisk grund
7.2.1. Optiska kodningsmetoder
7.3. Sensorer baserade p? den relativa r?relsen av arrayer mitt emot varandra
7.4. Sensorer baserade p? gitterperiodmodulering
7.5. Status f?r sensorutveckling
7.6. Sammanfattning
Litteratur
Kapitel 8
Multimode polarisationssensorer
8.1. Introduktion
8.2. Teoretisk grund
8.2.1. Fenomenologisk beskrivning av polarisering och f?rdr?jning
8.2.2. Poincar?-sf?r
8.2.3. Muller och Jones formalism
8.2.4. F?rdr?jning och speciella egenskaper hos en halvv?gsplatta
8.2.5. Fotoelasticitetseffekt
8.2.6. Optiskt common mode-avslag
8.2.7. Optiska kodningsmetoder
8.2.8. Uppl?sning och brus
8.3. Sensorer baserade p? effekten av fotoelasticitet
8.4. Fasplatta sensorer
8.5. Status f?r sensorutveckling
Litteratur
Kapitel 9
Fiberoptiska sensorer baserade p? Sagnac-interferometer och passiv ringresonator
9.1. Introduktion
9.2. Kort recension optiska rotations- och Sagnac-effektsensorer
9.3. Ringlasergyroskop
9.3.1. L?ser blockeringsproblemet
9.4. Gyroskop med passiv ringresonator
9.5. fiberoptiskt gyroskop
9.6. Avv?gning mellan ringlaser, passiv ringresonator och fiberoptisk interferometer n?r den anv?nds som rotationssensorer
9.6.1. Layout och produktionsm?jligheter
9.6.2. Tillf?rlitlighetsfr?gor och till?mpningar
9.7. Parametersensorer yttre milj?n med Sagnac interferometer
9.7.1. Snabbt f?r?nderliga milj?fenomen: Akustisk vibrationsdetektering
9.7.2. Akustisk sensor baserad p? Sagnac interferometer med en ljusk?lla som f?rst?rkare
9.7.3. Fiberoptiska rullkonfigurationer
9.7.4. Fas- och polarisationsmodulering
9.7.5. Mekanisk stress
9.7.6. V?gl?ngdsm?tning
9.7.7. Slutsatser
Litteratur
Kapitel 10
Fiberoptiska sensorer baserade p? Mach-Zehnder och Michelson interferometrar
10.1. Introduktion
10.2. Funktionsprincip
10.2.1. Dubbelstr?leinterferometri
10.2.2. Demodulering
10.2.3. Ljud
10.2.4. Polarisering
10.3. Schema f?r fiberinterferometrar
10.4. Ans?kningar
10.4.1. Dynamiska applikationer
10.4.2. Statiska applikationer
10.5. Sammanfattning
Litteratur
Kapitel 11
Distribuerade och multiplexade fiberoptiska sensorer
11.1. Introduktion
11.2. Distribuerade m?tt
11.2.1. Optisk r?ckvidd i fibersystem
11.2.2. Rayleigh backscatter m?tmetoder
11.2.3. Raman backscatter temperaturm?tning
11.2.4. Distribuerade m?tningar baserat p? l?gesinteraktion
11.2.5. Kvasif?rdelade sensorer
11.3. Grundl?ggande principer f?r sensormultiplexering
11.3.1. Grundl?ggande telemetri: N?tverk
11.3.2. Intensitetssensorn?tverk
11.4. Multiplexering av interferometriska sensorer
11.4.1. Interferometriska demoduleringstekniker f?r multiplexade kopplade sensorer
11.4.2. Multiplexingstopologi f?r interferometriska sensorer
Litteratur
Kapitel 12
Fiberoptiska magnetf?ltssensorer
12.1. Introduktion
12.2. Sensorer baserade p? Faraday-effekten
12.2.1. Faradays effekt optiska fibrer
12.2.2. Ljud
12.2.3. Sensorstrukturer
12.3. Magnetostriktiva sensorer
12.3.1. Magnetostriktion
12.3.2. Magnetostriktiva givare
12.3.3. Brus i magnetostriktiva sensorer
12.3.4. Sensorstrukturer
12.4. Sensorer baserade p? Lorentz-kraften
Litteratur
Kapitel 13
Industriella till?mpningar av fiberoptiska sensorer
13.1. Introduktion
13.2. Grunderna
13.3. Temperaturm?tning
13.4. Tryckm?tning
13.5. V?tskeniv?m?tning
13.6. Fl?desm?tning
13.7. Positionsm?tning
13.8. Vibrationsm?tning
13.9. Kemisk analys
13.10. Str?m- och sp?nningsm?tning
13.11. Viktiga anm?rkningar f?r industriella till?mpningar
13.12. Sammanfattning
Litteratur
Kapitel 14
Fiberoptiska smarta strukturer
14.1. Introduktion
14.2. Fiberoptiska sensorsystem
14.3. Till?mpningar av fiberoptiska smarta strukturer och skal
14.4. Ett exempel p? att anv?nda en fiberoptisk sensor i smarta strukturer
14.5. Slutsats
Litteratur
Till?gg A
Kapitel A.1
Noll skift
Kapitel A.2
Optiska element
Ans?kan
Litteratur
Till?gg B
Litteratur.

Kunskap om f?rekomsten av delar i maskiner, driften av belysningsarmaturer, n?rvaron av delar p? - en av kritiska komponenter industriell automation. En sekvens av fel i delmontering och processkontroll ?r ofta n?dv?ndig f?r att identifiera orsaken till ett fel. I m?nga fall beror felet p? den saknade delen som kr?vs f?r montering, eller dess D?lig kvalit?t. F?r att undvika detta installeras en sensor som utf?r funktionen att kontrollera n?rvaron av n?dv?ndiga delar.

Existerar stor m?ngd olika typer sensorer - induktiva, magnetiska, fotoelektriska. Var och en av dem har sina styrkor och svaga sidor beroende p? anv?ndningsomr?de. D?remot har fotoelektriska sensorer det bredaste utbudet olika tekniker och typer, s?v?l som de flesta brett utbud applikationer.

Fotoelektriska sensorer finns i en m?ngd olika ljustyper (infrar?d, synlig r?d, laserklass 1 och 2), avk?nningsteknik (diffus, bakgrundsd?mpning, reflekterande, enkelstr?le) och kroppskonfigurationer (foto?ga eller fiberoptik). Den h?r artikeln diskuterar definitionen och till?mpningen av fiberoptiska sensorer (eller som de ocks? kallas fiberoptiska sensorer), som erbjuder avancerade funktioner och konfigurationsalternativ och ?r bra f?r flaskhalsar som ?r f?r sm? f?r en foto?gonsensor (foto?ga).

fiberoptisk teknik

Fiberoptiska sensorer inkluderar tv? enheter som vanligtvis listas separat: en f?rst?rkare, ofta kallad en elektronisk eller fiberfotovoltaisk f?rst?rkare; och en fiberoptisk kabel, som inkluderar ett optiskt huvud och en fiberoptisk kabel som s?nder ljus fr?n f?rst?rkaren.

Funktionsprincipen f?r alla fotoelektriska sensorer ?r ganska enkel. Varje enhet har en ljusv?gss?ndare och en mottagare som k?nner av denna signal. Det finns dock m?nga tekniker f?r att detektera och m?ta ljusv?gor som kommer in i mottagaren. Till exempel ?vervakar bakgrundsd?mpningssensorer vinkeln med vilken ljusv?gen ?terv?nder, medan standardfotometrar ?vervakar m?ngden ljus som ?terf?rs till sensorn. Andra typer av fotometrar styr ?terg?ngstiden f?r ljusv?gen och ger d?rigenom en avst?ndsm?tning.

Ett k?ll-mottagarepar kan installeras b?de i ett optiskt huvud (vid anv?ndning av diffusa och reflekterande enheter), och i tv? optiska huvuden (med enstr?leenheter). Fiberoptiska sensorer placerar all elektronik i ett hus med optiska huvuden f?r s?ndaren och mottagaren av ljusv?gor, d?r mottagaren ?r separerad fr?n elektroniken som ?r ansluten till huset fiberoptisk kabel. S?nda och mottagna v?gor passerar genom denna kabel p? samma s?tt som h?ghastighetsdata?verf?ring i fiberoptiska n?tverk.

En av f?rdelarna med denna separation ?r att m?tarhuvudet m?ste monteras p? det f?rem?l som m?ts. En integrerad fiberoptisk kabel dras och ansluts till f?rst?rkaren, som kan installeras p? en s?ker plats (vanligtvis ett kontrollsk?p), vilket skyddar den fr?n den ofta h?rda industriella milj?n.

M?ngfalden av alternativ f?r b?de f?rst?rkare och fiberoptiska kablar ?r helt enkelt enorm. F?rst?rkare str?cker sig fr?n primitiva till komplexa, och maskinbyggare forts?tter att efterfr?ga fler funktioner, inklusive logik och kommunikationsm?jligheter.

F?rst?rkare f?r fiberoptiska sensorer

Fiberoptiska f?rst?rkare str?cker sig fr?n grundl?ggande elektroniska komponenter och funktionalitet till plug and play-modeller med helt anpassningsbar elektronik. Vissa har till och med elektronik som kan hantera upp till 15 fiberinlopp i en konfiguration av kollektortyp. En utg?ngsindikering ?r mycket ?nskv?rd eftersom den indikerar om sensorn fungerar korrekt, men de andra huvudfunktionerna (tabell nedan) b?r ocks? anges:

Utdataformatet och anslutningarna till f?rst?rkarna ?r viktiga eftersom de definierar gr?nssnittet till styrenheten, eftersom inst?llning och ?terst?llning ?r en integrerad del av f?rst?rkarkonfigurationen.

Utg?ngstyper kan vara antingen normalt ?ppna (NO) eller normalt st?ngda (NC) och anslutningen kan vara sjunkande, k?lla eller push-pull. De elektriska anslutningsalternativen ?r f?rkopplade, vanligtvis med en 2 meter l?ng kabel eller en snabbkoppling med en standard M8 eller M12 flerstiftskontakt. Omkopplarinst?llningar programmeras med en potentiometer eller digitalt med knappar.

Ut?ver grunderna ger avancerade f?rst?rkarfunktioner betydande flexibilitet med funktioner som pulsutg?ngar, p?/av-f?rdr?jningar och m?jligheten att eliminera intermittenta signaler. Denna toppmoderna elektronik ger maskinbyggare m?jligheten att finjustera och finjustera f?rst?rkarparametrar f?r att passa installationskraven.

De flesta modeller har lysdioder f?r utg?ngsstatus, medan vissa erbjuder sk?rmar som ger information om signalstyrka och utg?ngsstatus. Mer avancerade enheter har flerradiga OLED-sk?rmar med anpassningsbar diagnostik och programmeringsm?jligheter.

Signalfiltrering kr?ver ofta en ?kning av samplingsfrekvensen, eftersom detta ger en mer stabil m?tning under f?r?nderliga milj?f?rh?llanden. Detta f?rst?rker signalen men tvingar enheten att arbeta vid l?gre kopplingsfrekvenser. Pulsutg?ngarna g?r att du kan str?cka ut insignalen, vilket kan vara anv?ndbart om frekvensen ?r f?r h?g f?r ing?ngen till den programmerbara PLC-styrenheten. P?/av-f?rdr?jningar till?ter anv?ndare att st?lla in de n?dv?ndiga f?rdr?jningstiderna f?r ut- och ing?ngssignaler.

Ytterligare block ger fler m?jligheter programmering, som att st?lla in k?nsligheten. Med dessa alternativ kan anv?ndarna skr?ddarsy k?nsligheten hos m?telementet f?r att arbeta med sv?ra material som glas. Denna funktion inl?rning eliminerar eller minskar behovet av att programmera styrenheten f?r att utf?ra dessa funktioner. De kan ocks? programmera utg?ngen att sl?s p?/av mellan tv? kopplingspunkter. Till exempel, f?r att placera delar, sl?s omkopplaren p? i ett l?ge och st?ngs av i ett annat, samtidigt som den sp?rar delens position i rymden.

Synlighet av fiberoptisk kabelljus

Fiberoptiska kablar leder inte elektricitet– De sl?pper igenom ljuset. De tillverkas i olika konfigurationer och fr?n olika material och har ?ven olika typer av avk?nningshuvud. Tabellen nedan visar n?gra av huvudparametrarna f?r fiberoptiska kablar:

Diffusa fiberoptiska kablar best?r av tv? faner - en f?r anslutning till f?rst?rkaren och den andra med ett avk?nningshuvud. Dessutom ?r tv? kablar anslutna till det k?nsliga huvudet - den som ?r ansluten till ljusk?llan och den som ?r ansluten till m?telementet. Enkelstr?liga fiberoptiska kablar har tv? separata identiska kablar som ansluts till f?rst?rkaren och var och en har sitt eget optiska huvud. En kabel s?nder ljus, den andra tar emot det. Vanligt misstag vid arbete med enstr?lskablar ?r detta en best?llning p? endast en kabel av tv?. Detta beror p? att vissa leverant?rer kanske bara levererar en del av systemet per artikelnummer, s? var f?rsiktig n?r du v?ljer enkelstr?lskablar.

Fibermaterial best?r vanligtvis av plast eller glas. plastblock tunnare, billigare, ger stora b?jradier. glasblock mer h?llbara och har h?gre driftstemperaturer. Plastfibrer kan sk?ras till ?nskad l?ngd med en speciell sk?rare, medan glasfibrer sk?rs endast en g?ng under tillverkningen och levereras i ?nskad l?ngd. Fibermaterialets h?lje kan variera fr?n extruderad plast till fl?tad av rostfritt st?l, att arbeta under de mest ogynnsamma f?rh?llanden.

Valet av optiskt huvud ?r det mest milstolpe vid val av fiberoptisk sensor. Detta beror p? att det ?r huvudets k?nslighet som p?verkar uppt?ckten av sm? fasta eller r?rliga delar. Valet av huvud beror p? i vilken vinkel s?ndaren och mottagaren ?r placerade mot det uppm?tta objektet, samt p? spridningen. Huvudena kan ha rundade fiberbuntar f?r att skapa en cirkul?r str?le, eller f?rl?ngda, f?r att skapa horisontella projektioner.

Runda balkar i diffusionshuvudet kan vara strikt f?rgrenade med alla k?llfibrer p? ena halvan och mottagarfibrer p? den andra halvan. En s?dan konstruktion ?r vanlig, men den kan leda till en f?rdr?jning av att l?sa information fr?n en del som r?r sig vinkelr?tt mot bifurkationslinjen. Det finns ett alternativ med en enhetlig f?rdelning av fibrerna i k?llan och mottagaren av signalen f?r att f? mer enhetliga str?lar. J?mn f?rdelning l?ter dig utj?mna effekterna av att skicka och ta emot ljusv?gor, vilket s?kerst?ller detektering oavsett r?relseriktning.

Avk?nningsavst?ndet f?r fiberoptik kommer att p?verkas av f?rst?rkaren, typen av optiskt huvud och l?ngden p? kabelfibern. Baserat p? dessa tre parametrar som p?verkar sensorns funktion ?r det sv?rt att ge en exakt bed?mning av noggrannheten och svarsintervallet, men tillverkare brukar ge dessa data. En enkelstr?lesensor har ett st?rre r?ckvidd ?n en diffus. Ju l?ngre kabelfibrer desto kortare r?ckvidd, och det ?r v?rt att notera att avancerade f?rst?rkare vanligtvis har starkare str?lningssignaler och l?ngre r?ckvidd.

Anslutning av fiberoptiska sensorer

Anv?ndningen av distribuerad I/O och distribuerad intelligens ?kar inom industriell automation, och fiberoptiska sensorer ?r inget undantag. Att ansluta flera fiberoptiska sensorkablar till ett enda elektroniskt grenr?r har sina f?rdelar.

Fiberoptiska f?rst?rkare ?r vanligtvis enkanaliga frist?ende enheter. Med smala h?ljen och DIN-skena montering kan de enkelt monteras i kontrollpaneler. En av nackdelarna kan vara relaterad till routing elektriska anslutningar f?r varje enskild f?rst?rkare.

Ett annat alternativ ?r att anv?nda en fiberoptisk samlare som grupperar flera fiberkanaler till en enda kontrollcentral:

Dessa fiberoptiska grenr?r ?r vanligtvis utrustade med en menystyrd OLED-display f?r att m?jligg?ra programmering av varje fiberkanal. Varje fiberoptisk kanal kan konfigureras separat, s?som ljus eller m?rk, eller v?xlingshysteres. Denna centraliserade styrning till?ter ?ven gruppering av utg?ngar via OCH/ELLER-logik, vilket kan f?rkorta och f?renkla utsignalen i PLC:n.

Applikationer och nyckelfr?gor

Fiberoptik fungerar ganska bra och anv?nds ofta i system med betydande elektriskt brus. Kabelns fiber ?r inte k?nslig f?r elektriskt brus, och f?rst?rkaren (k?nslig f?r brus) kan installeras p? avst?nd fr?n brusk?llan (t.ex. i ett kontrollsk?p).

En annan mycket vanlig applikation ?r i sm? l?pande band. Operationer p? dessa linjer ?r vanligtvis helt automatiserade och kr?ver deldetekteringssensorer p? transport?ren eller i monteringsmaskinen f?r att bekr?fta monteringsoperationen.

Fiberoptiska l?sningar finns tillg?ngliga i en m?ngd olika optiska huvudstorlekar, orienteringar och dispersioner f?r att ge de minsta och mest exakta ljusfoci f?r varje applikation, oavsett f?rpackningsstorlek. Med hj?lp av logik p? styrkortet och anv?ndningen av en dubbelkanalssensor kan en kanal anv?ndas f?r att detektera n?rvaron av en del p? monteringsplatsen, och den andra kanalen kan anv?ndas f?r att bekr?fta slutet av monteringsoperationen .

Ett vanligt problem av alla slag fiberoptiska system?r ?verdriven b?jning av fibrerna. Kablar och individuella fiberbuntar ?r ganska formbara, vilket g?r att installat?ren enkelt kan b?ja dem utanf?r den maximala b?jradien. Detta kan leda till irreparabel plastisk deformation av fibrerna, vilket avsev?rt kommer att minska ?verf?ringen av ljusv?gor, eller till och med leda till fiberbrott och of?rm?ga att ?verf?ra en signal. Den maximala b?jradien varierar beroende p? typ av fibermaterial, dimensioner, spridning av fibrerna i bunten och m?ste uppfyllas under alla f?rh?llanden.

Oavsett applikation m?ste anv?ndarna v?lja l?mplig sensorteknik. Fiberoptiska sensorer, f?rst?rkare och fiberoptiska huvuden m?ste v?ljas noggrant f?r applikationen f?r att s?kerst?lla tillf?rlitlig m?tprestanda.

?vers?ttning av Rostislav Liventsov

Fiberoptiska sensorer (?ven ofta kallade optiska fibersensorer) ?r fiberoptiska enheter f?r att detektera vissa kvantiteter, vanligtvis temperatur eller mekanisk p?k?nning, men ibland ?ven f?rskjutning, vibration, tryck, acceleration, rotation (m?tt med optiska gyroskop baserade p? Sagnac-effekten ) och koncentration kemiska substanser. Allm?n princip s?dana anordningar ?r att ljus fr?n en laser (oftast en singelmodsfiberlaser) eller en superluminescerande optisk k?lla s?nds genom en optisk fiber och upplever en liten f?r?ndring i dess parametrar i fibern eller i ett eller flera Bragg-gitter, och sedan n?r en detektionskrets som utv?rderar dessa f?r?ndringar.

J?mf?rt med andra typer av sensorer, fiberoptiska sensorer har f?ljande f?rdelar:

· De ?r gjorda av elektriskt icke-ledande material (inga elkablar kr?vs), vilket g?r att de kan anv?ndas till exempel p? platser med h?gsp?nning.

· De kan s?kert anv?ndas i explosiva milj?er eftersom det inte finns n?gon risk f?r elektrisk gnista, ?ven vid haverier.

· De p?verkas inte av elektromagnetisk st?rning (EMI), inte ens i n?rheten av ett blixtnedslag, och elektrifierar inte andra enheter av sig sj?lva.

Deras material kan vara kemiskt inerta, d.v.s. f?rorenar inte milj? och ?r inte utsatta f?r korrosion.

· De har ett mycket brett driftstemperaturomr?de (mycket mer ?n elektroniska enheter).

· De har m?jlighet till multiplexering; flera sensorer i en enda fiberl?nk kan integreras med en optisk k?lla(se nedan).

Sensorer baserade p? Bragg-galler

Fiberoptiska sensorer ?r ofta baserade p? fiber Bragg-galler. Grundprincipen f?r m?nga fiberoptiska sensorer ?r att Bragg-v?gl?ngden (d.v.s. v?gl?ngden f?r maximal reflektion) i ett gitter beror inte bara p? Bragg-gittrets period, utan ocks? p? temperatur och mekanisk p?k?nning. F?r kvartsfibrer ?r f?r?ndringen i Bragg-v?gl?ngden per t?jningsenhet cirka 20 % mindre ?n str?ckning, eftersom det finns en effekt av t?jning p? minskningen av brytningsindex. Temperatureffekterna ?r n?ra de f?rv?ntade endast f?r termisk expansion. Temperatur- och deformationseffekter kan skilja sig vid anv?ndning av olika tekniska medel(till exempel n?r du anv?nder ett referensgitter som inte ?r f?rem?l f?r deformation, eller anv?nder olika typer av fibergitter) s? att b?da v?rdena registreras samtidigt. F?r att endast registrera deformationen n?r uppl?sningen flera µe (d.v.s. en relativ f?r?ndring i l?ngden av ordningen ) medan noggrannheten har samma storleksordning. F?r dynamiska m?tningar (t.ex. akustiska fenomen) uppn?s en k?nslighet st?rre ?n 1me i 1 Hz bandbredd.

Distribuerad avk?nning

Andra fiberoptiska sensorer anv?nder inte fiber Bragg-gitter som sensorer, utan sj?lva fibern som sensorer. Ljudprincipen i dem ?r baserad p? effekten av Rayleigh-spridning, Raman-spridning eller Brillouin-spridning. Till exempel, optisk reflektometrimetod tidsdom?n, d?r l?get f?r omr?det med svag reflektion kan best?mmas med hj?lp av en pulsad sonderingssignal. Denna metod anv?nds ocks? f?r att best?mma andra storheter, s?som temperatur eller sp?nning, beroende p? Brillouins frekvensskifte.

I vissa fall ?r det uppm?tta v?rdet medelv?rdet ?ver fiberns hela l?ngd. Denna metod ?r typisk f?r vissa temperatursensorer, s?v?l som f?r interferometrar baserade p? Sagnac-effekten som anv?nds som gyroskop. I andra fall m?ts l?gesberoende storheter (t.ex. temperatur eller sp?nning). Detta kallas distribuerad avk?nning.

Kvasif?rdelad avk?nning

Vissa fibrer kan inneh?lla en serie sensormatriser (se ovan) f?r att ?vervaka temperatur och t?jningsf?rdelning genom fibern. Detta kallas kvasi-f?rdelad avk?nning. Det finns olika tekniska l?sningar f?r att adressera endast ett gitter (och d?rmed exakt best?mma positionen l?ngs fibern)

I en teknik, kallad full-v?gl?ngdsdelningsmultiplexering (WDM) eller optisk frekvensdom?nreflektometri (OFDR), har gittren en n?got annorlunda Bragg-v?gl?ngd. V?gl?ngden p? den avst?mbara lasern i integrationsenheten kan avst?mmas till en v?gl?ngd som h?r till en viss typ av gitter, och v?gl?ngden f?r maximal reflektion indikerar p?verkan av deformation eller till exempel temperatur. Dessutom kan bredbandsljusk?llor (t.ex. superluminescerande k?llor) anv?ndas tillsammans med en v?gl?ngdsavs?kningsfotodetektor (t.ex. baserad p? en Fabry-Perot-fiberresonator) eller baserat p? en CCD-spektrometer. I alla fall, h?gsta belopp galler ?verstiger som regel inte 10-50, vilket begr?nsas av inst?llningsomr?det bandbredd ljusk?lla och den erforderliga v?gl?ngdsskillnaden i fibergittren.

En annan metod, som kallas tidsdelningsmultiplexering (TDM), anv?nder identiska, l?greflekterande gitter till vilka korta ljuspulser skickas. Reflektion fr?n olika gitter registreras med hj?lp av deras ankomsttid. Time Division Division (TDM) anv?nds ofta i kombination med Wavelength Division (WDM) f?r att multiplicera antalet olika kanaler med hundratals eller till och med tusentals g?nger.

Andra tillv?gag?ngss?tt

Ut?ver de ovan beskrivna tillv?gag?ngss?tten finns det m?nga alternativa metoder. H?r ?r n?gra av dem:

· Fiber Bragg-gitter kan anv?ndas i optiska interferensfibrer, d?r de endast anv?nds som reflektorer, och m?ter fasf?rskjutningen beroende p? avst?ndet mellan dem.

· Det finns laser Bragg-sensorer, d?r gittersensorn ?r placerad i den sista spegeln av laserfiberoptiska kaviteten, baserad p? erbiumdopad fiber, som uppfattar pumpljus vid en v?gl?ngd av 980 nm genom fibern. Bragg-v?gl?ngden, som beror till exempel p? temperatur eller mekanisk p?k?nning, best?mmer genereringsv?gl?ngden. Detta tillv?gag?ngss?tt, som har m?nga alternativ f?r vidareutveckling, lovar att ge h?ga resultat p? grund av den smala bandbredden i spektralomr?det, vilket ?r karakteristiskt f?r en fiberlaser, och h?g k?nslighet.

· I vissa fall anv?nds par av Bragg-galler som fibrer f?r Fabry-Perot interferometrar, som kan reagera s?rskilt k?nsligt p? yttre p?verkan. Fabry-Perot-interferometern kan ocks? tillverkas p? annat s?tt, till exempel genom att anv?nda en variabel luftspalt i fibern.

· L?ngperiodiska gitter ?r av s?rskilt intresse f?r att k?nna av flera parametrar samtidigt (t.ex. temperatur och stress) eller p? annat s?tt f?r alternativ t?jningsdetektering med mycket l?g k?nslighet f?r temperaturf?r?ndringar.

Anv?ndningsomr?den

?ven efter flera ?rs utveckling har fiberoptiska sensorer fortfarande inte n?gon st?rre kommersiell framg?ng, eftersom det ?r sv?rt att ers?tta nuvarande teknologier, ?ven om de har vissa begr?nsningar. ?ven om fiberoptiska sensorer i vissa applikationer vinner acceptans som en teknik med stor potential f?r intressanta m?jligheter. Detta ?r till exempel arbete under tuffa f?rh?llanden, som att sondera i enheter med h?g sp?nning, eller i mikrov?gsugnar. Bragg-gittersensorer kan ocks? anv?ndas f?r att till exempel ?vervaka f?rh?llandena inuti flygplansvingar, vindkraftverk, broar, stora dammar, oljek?llor och r?rledningar. Byggnader med inbyggda fiberoptiska sensorer kallas ibland "smarta strukturer", sensorerna i dem ?vervakar deformationen inom olika delar av strukturen, och tar emot data om dessa f?r?ndringar, s?som slitage, vibrationer etc. Smart design ?r den fr?msta drivkraften f?r utvecklingen av fiberoptiska sensorer.

Fotoelektriska sensorer

optisk sensor ?gon f?r modern automatiserad produktion. I huvuddelen av fotosensorerna arbetar i det infrar?da omr?det av spektrumet. Fotoelektriska sensorer ?r indelade i tre huvudtyper:

T-typ eller THRU-BEAM(distanserad optik) eller sensorer f?r att avbryta den optiska str?len. Best?r av en mottagare och s?ndare installerade mitt emot varandra. Objektet, som passerar mellan mottagaren och s?ndaren, avbryter den optiska str?len, vilket leder till en f?r?ndring i tillst?ndet f?r mottagarens utg?ngsnyckel.

R - typ eller RETRO(med reflektor/reflektor reflektion). S?ndaren och mottagaren ?r i samma h?lje. Den optiska pulsen som skickas av s?ndaren reflekteras fr?n reflektorn och tr?ffar mottagaren. Avbrott av str?len av ett f?rem?l som ?r placerat mellan reflektorn och sensorn leder till en f?r?ndring i tillst?ndet f?r sensorns utg?ngsnyckel.

D-typ eller DIFFUSE(med reflektion fr?n objektet). Reflektion av den optiska str?len sker direkt fr?n detektionsobjektet. I fr?nvaro av ett f?rem?l optisk linje?ppen, n?r man n?rmar sig objektsensorn reflekteras en del av energin (beroende p? objektets f?rg och dess grovhet) av den optiska pulsen fr?n objektet och g?r in i sensormottagaren som ?r placerad i samma h?lje med s?ndaren, vilket leder till en f?r?ndring i tillst?ndet f?r utmatningsnyckeln.

P? korta avst?nd, inom den "d?da zonen" uppfattar sensorer av R-typ objektet som en reflektor, vilket resulterar i att objektet inte detekteras. F?r att undvika s?dana fall b?r sensorer med polarisationsfilter anv?ndas.