Abstrakt

I kursarbete Teknologier, funktionsprinciper och praktisk till?mpning av fiberoptiska sensorer diskuteras. Syftet med arbetet ?r att studera konstruktionsegenskaper och funktionsprinciper f?r fiberoptiska sensorer och deras klassificering.

Denna artikel beskriver design och principer f?r drift av fiberoptiska sensorer och deras strukturella element, och klassificerar ?ven fiberoptiska sensorer.

Introduktion

Idealiska sensorer f?r m?nga applikationer m?ste vara l?tta, sm? i storlek, l?g effekt, milj?- och EMI-immuna, bra prestanda och l?g kostnad. N?r tekniken g?r fram?t ?kar behovet av sensorer med liknande egenskaper dramatiskt inom omr?den som flyg och f?rsvar, materialtillverkning, medicin och konstruktion. Fiberoptisk tekniks penetration, som utvecklades snabbt under 1970- och 1980-talen tack vare telekommunikationsindustrin, till kommersiella marknader f?r tillverkare av CD-spelare, personliga kopiatorer och laserskrivare, tillsammans med fallande kostnader f?r optoelektroniska komponenter, har gjort det m?jligt f?r fiberoptisk sensorteknik att realisera sin potential f?r m?nga applikationer. I den specialiserade litteraturen kan du hitta beskrivningar av olika fiberoptiska sensorer.

Syftet med detta arbete ?r att studera designegenskaperna och funktionsprinciperna f?r fiberoptiska sensorer, s?v?l som deras klassificering.

I det h?r fallet ?r det viktigt:

Genomf?r en genomg?ng av befintlig litteratur f?r att samla in n?dv?ndig information.

Beskriv konstruktioner och funktionsprinciper f?r fiberoptiska sensorer och deras strukturella element.

Klassificera fiberoptiska sensorer.

Utforska s?tt att anv?nda fiberoptiska sensorer i praktiken.

1. Teknik f?r fiberoptiska sensorer

Fiberoptisk teknik har revolutionerat telekommunikationen. Revolutionen b?rjade med den begr?nsade anv?ndningen av optiska fibrer i system som kr?ver ultrah?g prestanda. Revolutionen kom n?r massproduktion, tillsammans med tekniska f?rb?ttringar, kunde uppn? ultrah?g produktivitet till en l?gre kostnad ?n n?got annat alternativt tillv?gag?ngss?tt. Samtidiga f?rb?ttringar och kostnadsminskningar i kombination med kommersiell massproduktion har lett till b?de f?rskjutningen av analoger och uppkomsten av nya applikationer och produkter som CD-spelare, personliga kopiatorer och laserskrivare. Den tredje revolutionen intr?ffade tack vare utvecklare som anv?nde prestationerna fr?n det snabbt v?xande omr?det f?r fiberoptisk kommunikation tillsammans med optoelektroniska enheter och skapade fiberoptiska sensorer.

Utsikterna ?r sp?nnande, inklusive m?jligheten att ers?tta de flesta av de milj?sensorer som f?r n?rvarande finns, samt uppkomsten av fundamentalt nya sensorer p? marknaden som ger kapacitet som inte fanns tidigare.

I fiberoptiska sensorer med ett externt avk?nningselement m?ts parametrar i ett omr?de utanf?r fibern. Detsamma g?ller hybridfiberoptiska sensorer. Sj?lva sensorerna kan ses som "svarta l?dor", med optiska fibrer som anv?nds f?r att transportera ljus till "l?dorna" och data i motsatt riktning. I de flesta fall anv?nds begreppen externa sensorer och hybridsensorer omv?xlande. Den st?rsta skillnaden uppst?r n?r det g?ller anv?ndningen av energi fr?n ljusk?nsliga element, d?r en ljusstr?le anv?nds f?r att driva en elektronisk sensor och data returneras tillbaka genom en fiberoptisk kanal. I det h?r fallet ?r termen "hybrid" mer l?mplig.

En stor och viktig underklass av sensorer som anv?nder optisk fiber som avk?nningselement, eller rena fibersensorer, ?r interferometriska sensorer. De flesta av de sensorer som ger h?gst prestanda tillh?r denna underklass.

Inledande marknadspenetration av fiberoptiska sensorer drevs av deras prestandaf?rdelar. Tabell 1 listar alla f?rdelar med s?dana sensorer j?mf?rt med traditionella elektroniska sensorer. Elementen som anv?nds i fiberoptiska sensorer ?r helt passiva med avseende p? elektricitet (de avger eller leder inte elstr?m), som ofta har ett avg?rande inflytande p? deras framg?ngsrika till?mpning inom vissa omr?den. Inom medicin g?r detta det m?jligt att isolera patienter fr?n elektriska apparater, i f?lt h?gsp?nning eliminera ledande banor, och n?r den placeras s?kerst?lls kompatibilitet med alla material. Vikt- och storleksegenskaper hos sensorer ?r kritiska n?r de anv?nds i omr?den som flyg och rymd, och h?r, p? grund av deras l?tt vikt och storlek erbjuder fiberoptiska sensorer betydande f?rdelar j?mf?rt med m?nga andra produkter. Dessutom ?r s?dana sensorer immuna mot elektromagnetiska st?rningar. Traditionella elektriska sensorer m?ste ofta inrymmas i ett kraftigt sk?rmande h?lje, vilket avsev?rt ?kar deras kostnad, storlek och vikt. Motst?ndskraft mot milj?p?verkan ?r avg?rande n?r fiberoptiska sensorer anv?nds i h?gtemperaturmilj?er, och solid state-strukturen till?ter dem att motst? extrema niv?er av vibrationer och st?tbelastningar. Till egenskaperna ovan kan du l?gga till h?gk?nslighet och bredband. N?r man kombinerar kanaler i en sensorupps?ttning till?ter den breda bandbredden hos de optiska fibrerna sj?lva att den resulterande datan kan ?verf?ras och ger s?ledes en distinkt f?rdel.

Tabell 1 - P f?rdelarna med fiberoptiska sensorer

Passivitet (heldielektriska sensorer) L?ttvikt Liten storlek Immunitet mot elektromagnetiska st?rningar F?rm?ga att arbeta vid h?ga temperaturer Bred bandbredd Motst?nd mot vibrationer och st?tar H?g k?nslighet M?jlighet att multiplexera elektriska och optiska signaler Kostnaden f?r komponenter best?ms av den stora telekommunikations- och optoelektroniska f?rs?ljningsmarknaden

Tidigt arbete med fiberoptiska sensorer delas i allm?nhet in i tv? huvudkategorier. Relativt enkla fiberoptiska sensorer blev snabbt kommersiellt tillg?ngliga produkter, ofta tack vare sm? nystartade f?retag, och bildade en specialiserad m?tmarknad. Ett av de f?rsta s?dana exemplen ?r temperaturm?tning i h?gsp?nningsomr?det. Mer komplexa fiberoptiska sensorer, s?som fiberoptiska gyroskop eller hydroakustiska mottagningsantenner, utvecklades av stora tillverkningsf?retag med st?d av statliga program, som f?rs?ker komma in p? potentiellt stora, h?gbetalande marknader. Initial marknadspenetration mellan 1980 och 1990 inf?r st?ndig konkurrens fr?n traditionella tekniker sensorutvecklingen har g?tt l?ngsamt, till stor del p? grund av de h?ga kostnaderna f?r ett begr?nsat antal l?mpliga komponenter. Men situationen f?r?ndras snabbt och utsikterna ser mycket goda ut. Som visas i figur 1, sjunker kostnaderna f?r grundl?ggande optiska element snabbt, medan deras antal och variation ?kar. Alla dessa faktorer kombineras med ?kad tillf?rlitlighet och f?rb?ttrad kvalitet p? komponenter. I slut?ndan ledde detta till en snabb expansion av utbudet av tillverkade fiberoptiska sensorer och b?rjan p? deras snabba avancemang till marknaden.

198019902000

Figur 1 - Trender i utvecklingen av fiberoptiska sensorer

Tabell 2 illustrerar de dramatiska och betydande f?r?ndringarna i n?gra nyckelelement. Single-mode laserdioder kostade flera tusen dollar i slutet av 1970-talet och hade en livsl?ngd p? bara n?gra timmar. ?r 1990 anv?ndes dessa element i miljontals CD-spelare och laserskrivare, deras kostnad hade sjunkit till n?gra dollar per enhet, och deras livsl?ngd var i tiotusentals timmar. Single-mode optisk fiber kostade cirka 10 dollar per meter i slutet av 1970-talet och var sv?r att f? tag p?. 1990 blev anv?ndningen av s?dan fiber normen inom telekommunikationsindustrin, med miljontals kilometer av kommunikationslinjer installerade ?rligen till en fiberkostnad p? mindre ?n $0,10 per meter. I b?da fallen ledde utvecklingen till en kostnadsminskning med cirka tre storleksordningar och ?tf?ljdes av en lika kraftig ?kning av kvalitet och standardisering.

Grundelementen f?ljdes av mer komplexa enheter, s?som integrerade optiska modulatorer, som i slutet av 1970-talet var laboratoriekuriosa, l?ngt borta fr?n massproducerade produkter. ?r 1990 d?k dessa produkter upp p? marknaden i sm? kvantiteter, med kostnaden f?r var och en av dem p? flera tusen dollar. Denna sensor, som i slutet av 1970-talet i sig var en s?llsynt laboratorieanordning, ?r gjord med integrerade optiska fasmodulatorer, som ?r dess nyckelelement. 1990 erbj?ds dessa enheter p? marknaden i begr?nsade kvantiteter till ett pris av 20 000 USD per enhet. F?r att n? marknadspenetration m?ste kostnaden f?r medelstora enheter sjunka till cirka 500-1 000 USD. Och detta kr?ver i sin tur att kostnaden f?r fasmodulatorer sjunker till cirka $50 per enhet.

Tabell 2 - N?dv?ndiga komponenter f?r fiberoptiska sensorer blir betydligt billigare

198019902000Laserdioder$3000/st. (prototyper) $3/styck (CD-spelare) -Single-mode fiber$5-10/m (begr?nsat utbud p? marknaden)$0,1/m (standardkommunikation) -Integrerade optiska modulatorerLaboratorieprover $7000/styck. (prototyper)$50/st. (fiberoptiska gyron)Fiberoptiska gyrosLaboratorieprover $20 000/styck. (prototyper)$500-1000/styck. (billiga navigationsenheter)

Med varje ny framg?ngsrik produkt forts?tter kostnaderna f?r befintliga och nyintroducerade komponenter att sjunka, vilket banar v?g f?r ett infl?de av nya kommersiellt tillg?ngliga fiberoptiska sensorer. 1980 fanns det mycket f? komponenter tillg?ngliga och deras kostnader var relativt h?ga, vilket gjorde att fiberoptiska sensorapplikationer var en mycket liten nischmarknad och utbudet var begr?nsat till ett f?tal artiklar. ?r 1990 hade kostnaderna f?r fiberkomponenter, ljusk?llor och fiberdelare sjunkit kraftigt och multiplexelement blev l?tt tillg?ngliga till rimliga priser. Vissa nya produkter d?k ocks? upp p? marknaden, s?som integrerade optiska enheter, vars pris var relativt h?gt. Denna utveckling har m?jliggjort anv?ndningen av fiberoptiska sensorer som instrumentering inom industri och kraftgenerering, s?v?l som introduktionen av ett begr?nsat antal mer sofistikerade fiberoptiska sensorprototyper, s?som fiberoptiska gyroskop. Det kan f?rv?ntas att till ?r 2000 kommer det att ske en betydande ?kning av antalet tillg?ngliga enheter p? marknaden till l?ga priser, vilket g?r det m?jligt f?r utvecklare av optiska fibrer att producera ett brett utbud av enheter som ger h?g prestanda till betydligt l?gre priser ?n befintlig teknik till?ta. Samtidigt kommer det att vara m?jligt att anv?nda sensorer inom helt nya omr?den inom vetenskap och teknik. Framf?r allt kommer den senaste utvecklingen att g?ra det m?jligt att ers?tta traditionella roterande tr?ghetssensorer med fiberoptiska gyroskop, g?ra en bredare anv?ndning av fiberoptiska sensorer i styr- och produktionsprocesser och ?ven anv?nda dem f?r att ?vervaka tillst?ndet hos system och utrustning i flyg- och byggindustrin.

Alla dessa utvecklingar kommer att medf?ra uppkomsten av fler och fler komplexa system baserat p? fusionen av telekommunikations- och fiberoptiska sensorteknologier. De nya byggnaderna kommer att anv?nda fiberoptiska system f?r att ansluta alla boende och tillhandah?lla kritiska prestandatj?nster. S?dana tj?nster kommer att ha en dubbel funktion: ?vervaka temperatur, luftfuktighet och energif?rbrukning och ?verf?ra den mest relevanta informationen till central punkt f?rvaltning. Bandbredden och m?tm?jligheterna hos optiska fibrer kommer att tillhandah?lla m?jligheter l?ngt ut?ver den nuvarande teknikens st?ndpunkt. Liknande tj?nster skulle kunna tillhandah?lla universell anslutning som skulle eliminera behovet av att manuellt kontrollera gas och elm?tare. Enligt samma princip kan byggas centraliserade system s?kerhet och brandskydd samt akutv?rdssamordning.

F?r att g?ra dessa dr?mmar till verklighet ?r det n?dv?ndigt att f?rb?ttra tekniker och metoder f?r att omvandla r?material till optiska komponenter, optiska komponenter- i fiberoptiska sensorer och skapande av anv?ndbara system baserade p? fiberoptiska sensorer. Resten av den h?r boken granskar utvalda ?mnen inom varje omr?de och beskriver anv?ndbara och lovande tillv?gag?ngss?tt. Vi hoppas att l?sarna av den h?r boken kommer att ha nytta av den f?r att bygga en ny och b?ttre framtid.

2. Optiska modulatorer f?r fiberoptiska sensorer

Optiska modulatorer ?r nyckelkomponenter i fiberoptiska system som utf?r olika funktioner, inklusive amplitud-, fas-, frekvens- och polarisationsmodulering. I de flesta fall anv?nds solid-state-anordningar d?r ljuset moduleras genom att ?ndra de optiska egenskaperna hos anordningsmaterialet n?r det uts?tts f?r en elektrisk styrsignal. Mekanismen f?r att koppla styrsignalen till materialets egenskaper kan vara elektrooptisk, akustooptisk eller magnetoptisk. ?ven om m?nga optiska modulatorer fortfarande studeras i forskningslaboratorier, b?rjar h?gpresterande enheter anv?ndas extremt brett i fiberoptiska sensorer.

Det finns tre typer av solid-state optiska modulatorer. Dessa ?r volymetriska, integrerade optiska och rena fiberenheter (Figur 2). Volumetriska modulatorer, d?r signalen passerar genom ett fast materialblock, har utvecklats f?r relativt l?nge sedan och har masstillverkats i m?nga ?r. De saknar dock en v?gledare och kr?ver en h?g drivsp?nning och extern optik f?r att extrahera str?lningen fr?n de optiska fibrerna och sedan ?terstarta den in i den optiska fibern. I integrerade optiska modulatorer ?r v?gledare inbyggda direkt i modulatormaterialet. Detta minskar avsev?rt elkraftskraven och eliminerar behovet av extern optik f?r att ansluta till optiska fibrer. M?nga s?dana anordningar har utvecklats, och n?gra av dem ?r kommersiellt tillverkade.

Figur 2 - Tre huvudtyper av optiska halvledarmodulatorer: a) volumetriska; b) integrerad optik; c) ren fiber

I rena fibermodulatorer l?mnar den optiska signalen aldrig fibern, som exponeras f?r styrsignalen, vilket resulterar i den ?nskade moduleringen. F?rdelen med enheter av denna typ ?r m?jligheten att klara sig utan den optik som kr?vs f?r anslutning till optiska fibrer och finjustering. Moduleringsf?rm?gan hos vanliga fibermaterial s?som glas ?r emellertid relativt svag, och enheterna kr?ver en ganska h?g drivsp?nning. Modulatorer av denna typ ?r fortfarande p? utvecklingsstadiet.

3. Sensorer baserade p? intensitetsm?tning och Fabry-Perot interferometer

3.1 Intensitetssensorer

De f?rsta fiberoptiska sensorerna utvecklades redan innan l?gf?rlustfibrer blev tillg?ngliga p? 1970-talet. De anv?nde buntar eller enstaka fibrer f?r att m?ta ljuset som reflekteras eller transmitteras av ett f?rem?l. Denna teknik, enkel med moderna standarder, gav ?nd? f?rdelarna med fiberoptik i ett begr?nsat antal till?mpningar. N?r nya fibrer blev tillg?ngliga ?kade sensorernas prestanda. Tillg?ngen till p?litliga optiska monofilamentkablar har m?jliggjort implementeringen av effektiva optiska system och miniatyriserade sensorer. F?rutom enkla reflekterande och transmitterande system har tekniker som anv?nder franssp?rning, mikrob?jning, total intern reflektion och fotoelasticitet utvecklats. F?rflyttningen mot praktiska till?mpningar av fiberoptiska sensorer har skett snabbt.

Intensitetssensorer ?r till sin natur enkla och kr?ver ett ganska begr?nsat elektroniskt gr?nssnitt. En enfiberreflekterande sensor fungerar enligt f?ljande: Ljus passerar l?ngs fibern fr?n v?nster till h?ger, i slutet l?mnar det fibern, divergerande i form av en kon och tr?ffar en r?rlig reflektor. Om reflektorn ?r placerad n?ra ?nden av fibern reflekteras det mesta av str?lningen tillbaka in i fibern; Ju l?ngre reflektorn flyttas bort fr?n ?nden av fibern, desto mindre str?lning kommer tillbaka in i fibern. Det monotona f?rh?llandet mellan fiber-reflektoravst?ndet och returstr?lningen kan anv?ndas f?r att m?ta avst?ndet. En uppenbar begr?nsning f?r en s?dan sensor, en vanlig begr?nsning f?r de flesta intensitetssensorer, ?r avsaknaden av en l?mplig referenssignal.

Om ljusk?llans effektniv? ?ndras eller fiberf?rlusten fluktuerar ?ver tiden kommer detta att resultera i en felaktig avst?ndsm?tning. Till stor del kan detta kompenseras genom att anv?nda fler k?llor eller, fler fibrer. H?r m?ts r?relse vinkelr?tt mot fiberaxeln av tv? mottagande fibrer, mellan vilka str?lningen fr?n den r?rliga fibern f?rdelas. Med den l?mpliga kombinationen av fotostr?mmar fr?n de mottagande fibrerna kan ett n?stan linj?rt f?rh?llande mellan f?rskjutning och uteffekt observeras. Ett annat system med inf?randet av f?rluster. Kraften orsakar f?r?ndringar i polarisation, vilket modulerar str?lningens amplitud. F?r denna sensor f?rblir de ovan beskrivna problemen relaterade till referenssignalen relevanta, s?v?l som olinj?riteten hos karakteristiken och hysteresen som orsakas av det piezooptiska materialet.

En av de mest popul?ra metoderna f?r intensitetsmodulering ?r baserad p? att b?ja fibern, vilket orsakar f?rlust av str?lning. Dessa mikrob?jningssensorer anv?nds i applikationer d?r den uppm?tta parametern (t?jning, tryck, kraft, position, acceleration) kan omvandlas mekaniskt till r?relsen hos en anordning som deformerar fibern.

N?r den deformerande anordningen ?r st?ngd ?kar str?lningsf?rlusterna och m?ngden transmitterad str?lning minskar.

R?rlig

Figur 3 - Mikrob?jningssensor. Sil ?kar fiberb?jningsf?rlusten med ?kande f?rskjutning

.2 Temperaturgivare med halvledaravk?nningselement

Absorptionsbandkantens beroende av temperatur kan anv?ndas f?r att m?ta temperatur. Str?lning fr?n en fiber passerar genom ett GaAs-prisma in i en annan fiber. Om fotonenergin ?r mindre ?n bandgapet (dvs v?gl?ngd st?rre ?n cirka 900 nm), d?mpas inte str?lningen i n?gon betydande utstr?ckning i GaAs. Fotoner med kortare v?gl?ngder absorberas. Absorptionszonens gr?ns f?rskjuts med ungef?r 0,5 nm/°C. Detta inneb?r krav p? v?gl?ngdsnoggrannhet vid zongr?nsen i storleksordningen 1 A f?r att erh?lla en sensornoggrannhet p? 0,1°C. Denna noggrannhet begr?nsas av GaAs-strukturens homogenitet. Liknande temperatursensorer kan konstrueras med hj?lp av temperaturk?nsliga filter (som Schott RG830 kolloidalt l?gpassfilter).

Ett brett utbud av avl?sningsoptik kan anv?ndas tillsammans med kantsensorer, fr?n en enda fotodiod i intensitetsm?tkretsen till CCD-spektrofotometriska arrayer. Det vanligaste ?r att avl?sningsoptik anv?nder ett par fotodioder som ?r inst?llda f?r att svara p? l?nga och korta v?gl?ngder p? vardera sidan av ett slotfilter. Ljusk?llor f?r sensorn m?ste ge energi i minst tv? regioner av spektrumet. Detta kan g?ras med tv? lysdioder som motsvarar l?nga och korta v?gl?ngder p? vardera sidan av slotfiltret, eller en enda k?lla med ett spektrum som ?r bredare ?n slotfiltret. Om k?llans spektrala bredd ?r mindre ?n 100 nm, kommer fiberb?jningar, kontaktf?rluster etc. inte att p?verka sensorutg?ngen om ett l?mpligt normaliseringsschema till?mpas. Normalisering uppn?s normalt genom att anv?nda f?rh?llandet mellan l?ng- och kortv?gsfotostr?mmar som utsignal.

Multimode fibrer

Figur 4 - Temperatursensor som anv?nder zonf?rskjutning i GaAs

3.3 Multimode Fabry-Perot-sensorer

Fabry-P?rot-sensorernas historia b?rjade med anv?ndningen av parallellplattinterferometern vid 1800- och nittonhundratalets b?rjan. Sp?nnings- och trycksensorer beskrevs av Fabry och Perot; Megger och Petere m?tte brytningsindex. Naturligtvis utnyttjade inte alla dessa sensordesigner optiska fibrer eller solid-state ljusk?llor.

Multimode-sensorer har ett antal huvudsakliga f?rdelar j?mf?rt med single-mode-sensorer: (1) f?rm?gan att effektivt inf?ra ljus fr?n billiga LED-k?llor med l?ng livsl?ngd; (2) anv?ndning av l?ttillg?ngliga kontakter och andra fiberoptiska komponenter och (3) bekv?m avslutning av fibrer. Fabry-Perot-sensorer kan dra nytta av de ytterligare f?rdelarna med att anv?nda multimode-fibrer: (4) l?gkostnadsavk?nningselement och (5) m?jligheten f?r flera typer av sensorer att anv?nda samma avl?sningsoptik.

Multimode interferometriska sensorer har l?gre k?nslighet ?n deras singelmodekvivalenter; men f?r m?tningar i industriella milj?er ?r detta ofta inget problem. Till exempel har multimode temperatursensorer tillverkade av MetriCor en uppl?sning p? cirka 0,1 °C. En tio centimeter l?ng singelmods interferometrisk temperatursensor kan ha en uppl?sning p? 10-5 °C med Hawker-v?rdet f?r en fibertemperaturk?nslighet p? 100 rad °C-1 m-1, under antagande av en interferometerk?nslighet p? 10-4 rad. Den relativt l?ga k?nsligheten hos multimodsensorer ?r inte av grundl?ggande betydelse, eftersom det dynamiska omf?nget f?r alla sensorer med ?ppen slinga ?r av samma storleksordning. I denna situation minskar en st?rre uppl?sning ?n n?dv?ndigt endast sensorns effektiva arbetsomr?de. Begr?nsningen av det dynamiska omf?nget kan ?vervinnas genom att implementera fransr?kning eller en likv?rdig metod i enheten. Fransr?kningsmetoden st?ter i allm?nhet p? problem med avl?sningsos?kerhet n?r str?mf?rs?rjningen pl?tsligt avbryts, s? denna metod kan inte anv?ndas i praktiska till?mpningar.

3.4 Historien om utvecklingen av multimode Fabry-Perot-sensorer

Tidigt arbete p? Fabry-Perot-sensorer ger ett v?rde med en noggrannhet p? 0,5 % f?r en temperatursensor med ett omr?de p? 150 °C. En m?ngd olika sensorer har utvecklats med b?de l?ga och h?ga Q-standarder. Organisationen av massproduktion av Fabry-Perot-sensorer gick snabbt fr?n bit-f?r-bit-laboratorieprover till enheter som kunde arbeta inom ett brett temperaturomr?de. Andra f?rb?ttringar i sensordesignen har m?jliggjort introduktionen av en familj av sensorer tillverkade med hj?lp av integrerad kretsteknologi som ?r l?g kostnad och konsekvent. Temperatursensorer har utvecklats som kan placeras i ?nden av fibern helt enkelt genom att sputtera ett 0,7 µm tjockt lager av kisel.

.5 Funktionsprinciper

Fabry-Perot interferometrar best?r av tv? reflektorer placerade p? varje sida av ett optiskt transparent medium. Med ett l?mpligt avst?nd mellan reflektorerna ?r transmittansen hos interferometern h?g. Att ?ndra avst?ndet leder till en minskning av transmittansen. N?r reflektorer ?r mycket reflekterande ?r transmittansen mycket k?nslig f?r f?r?ndringar i v?gl?ngd eller reflektoravst?nd. I allm?nhet k?nnetecknas effektiviteten hos en interferometer ofta av dess kvalitetsfaktor

F = 4R/(1-R2) (3,1)

d?r R ?r reflektionskoefficienten f?r speglar i fr?nvaro av f?rluster. Transmittansens beroende av avst?ndet mellan reflektorer f?r olika v?rden p? kvalitetsfaktorn visas i figur 3.3. High-Q interferometrar ?r anv?ndbara eftersom de till?ter exakt best?mning av spektrala egenskaper; l?g-Q interferometrar till?ter linj?r drift ?ver ett brett omr?de av den uppm?tta parametern utan komplexa ?terkopplingskretsar.

Fabry-Perot interferometrar ?r attraktiva att anv?nda i sensorer eftersom de m?jligg?r enkel anslutning till de fysikaliska eller kemiska storheter som m?ts. N?r det g?ller en temperatursensor kan detta illustreras genom att unders?ka hur m?nga s?tt temperaturf?r?ndringar kan relateras till avst?ndet mellan interferometerreflektorerna. I f?ljande lista representerar varje objekt en separat optisk parameter, genom vilken temperaturf?r?ndringen kan relateras till interferometerns optiska resonans: (1) linj?r expansion av distansringen; (2) f?r?ndring av brytningsindex f?r mediet mellan reflektorerna; (3) expansion av mediet mellan reflektorerna; (4) f?r?ndring i reflektorernas kr?kning; (5) en f?r?ndring i reflektorns absorption eller reflektans och (6) en f?r?ndring av den spektrala absorptionen eller spridningen i mediet mellan reflektorerna. Lyckligtvis ?r det m?jligt att designa interferometrar f?r att bara m?ta en eller tv? av parametrarna som listas ovan, vilket eliminerar responsen p? interferens fr?n de andra. Detta m?jligg?r till exempel utveckling av tryckok?nsliga temperatursensorer.

Optisk tjocklek

Figur 5 - Transmittans f?r Fabry-Perot-interferometern vid olika betydelser kvalitetsfaktor

Fabry-Perot-sensorer med multimode-fibrer anv?nds olika k?llor str?lning. Som regel ?r k?llans spektrala bredd den viktigaste parametern som har betydelse och best?ms av valet av en specifik avl?sningskrets. Den slutna avl?sningsslingan till?ter anv?ndning av interferometrar med h?g Q-kvalitet och laserk?llor. I detta exempel ?tf?ljer laserv?gl?ngden en f?rskjutning i interferometerresonansen. Vita ljusk?llor kan anv?ndas om spektrofotometer eller motsvarande finns tillg?nglig. Lysdioder ?r de vanligaste och kan anv?ndas med interferometrar och avl?sningsenheter av olika utf?randen. Vissa sensorer kan anv?nda tv? k?llor f?r att minska fel p? grund av f?rluster och os?kerheter i interferometern.

4. Multimode diffraktionssensorer

Figur - 6 Diffraktion av ljus p? ett fast f?rem?l

Innan man analyserar egenskaperna hos optiska gitter ?r det n?dv?ndigt att studera diffraktion. Fenomenet diffraktion avsl?jar egenskaper hos ljus som skiljer sig v?sentligt fr?n de som kan f?rv?ntas p? basis av str?lgeometrisk optik. Det enklaste exemplet p? diffraktion kan observeras genom att studera skuggan som kastas av ett f?rem?l med regelbunden, klar form, till exempel ett mynt, n?r det belyses av en kvasi-monokromatisk k?lla (Figur 6). Geometrisk optik f?rutsp?r att skuggan som kastas av myntet b?r vara en perfekt m?rk cirkel med en kontur som matchar myntets omkrets. En s?dan skugga ?r synlig, men om du unders?ker dess kanter n?rmare kommer du att uppt?cka att de inte ?r s? tydligt definierade. Snarare best?r de av m?nga omv?xlande m?rka och ljusa omr?den (r?nder). Vid ytterligare unders?kning kommer det att uppt?ckas att sj?lva skuggan inte ?r j?mnt m?rk, utan gradvis m?rknar n?r den n?rmar sig mitten. I allm?nhet kan diffraktion definieras som effekten av hinder p? transmitterad str?lning.

Det finns tv? typer av diffraktion - Fraunhofer diffraktion och Fresnel diffraktion. Fresnel-diffraktion kallas n?rf?ltsdiffraktion och Fraunhofer-diffraktion kallas fj?rrf?ltsmanifestationer. I det andra fallet antas en parallell kollimerad ljusstr?le, och den f?rsta inneh?ller inte en s?dan begr?nsning. S?ledes ?r Fraunhofer-diffraktion ett specialfall av Fresnel-diffraktion, men eftersom det ?r mycket l?ttare att beskriva analytiskt kommer vi att ?verv?ga att det visar vissa karakteristiska manifestationer av diffraktion.

Det enklaste fallet att studera ?r enkelslitsdiffraktion. I detta fall passerar ljus genom en smal slits och projiceras p? en sk?rm. Ett centralt maximum I0 observeras - I andra delar av sk?rmen uppst?r interferens mellan ljuset som diffrakteras av slitsens ?vre och nedre kanter. Alla par av ljusstr?lar som passerar genom fragment av slitsen p? ett avst?nd a/2 fr?n varandra kommer att ha samma skillnad i utbredningsavst?nd b. I detta fall, i synnerhet, kommer d?mpningsst?rningar att intr?ffa n?r b ?r lika med ett heltal multiplicerat med l/2. Men sedan synd th - b/(a/2), vi f?r

asin th = ml (4.1)

d?r m ?r ett heltal med ett absolut v?rde lika med eller st?rre ?n 1. Ekvation (4.1) ?r ekvationen f?r Fraunhofers diffraktionsminima vid en enda slits. Att studera denna ekvation avsl?jar tv? viktiga punkter. F?r det f?rsta, n?r a minskar (minskar gapet), visas minima vid ett st?rre v?rde p? b. F?r det andra, vid en konstant slitsbredd, ?kar a b med v?gl?ngden (dvs r?tt ljus bryts starkare ?n bl?tt ljus). Detta ?r motsatsen till vad som h?nder med brytning, d?r fenomenet orsakas av en generell minskning av brytningsindex i optiska material n?r v?gl?ngden minskar (kromatisk dispersion).

Uppl?sningen hos optiska system begr?nsas ofta av diffraktion. Ett exempel p? detta ?r problemet som uppst?r n?r man f?rs?ker anv?nda ett teleskop f?r att separera bilderna av tv? separata stj?rnor som ligger i n?rheten. Diffraktionsm?nstren av ljus fr?n tv? stj?rnor skapade i ett teleskop ?verlappar varandra. Om de centrala maxima ?r tillr?ckligt n?ra ser de ut som en. Om det maximala som skapas av ljuset fr?n en stj?rna sammanfaller med det f?rsta minimum som skapas av ljuset fr?n en annan stj?rna, har den maximala uppl?sningen uppn?tts. Om bilderna flyttas l?ngre is?r blir uppl?sningen mellan de tv? stj?rnorna tydligare. Det begr?nsande uppl?sningsvillkoret kallas Rayleigh-kriteriet. F?r en given lins till?ter Rayleigh-kriteriet oss att ber?kna den minsta uppl?sningsvinkeln. Om linsen har en diameter D och ?r helt upplyst av ljus med v?gl?ngd A, ?r den minsta uppl?sningsvinkeln

thmin =1,22l /D (4,2)

Ur praktisk synvinkel ?r den mest anv?ndbara diffraktionsbaserade anordningen ett diffraktionsgitter (Figur 7). I detta fall s?nder gittret ljus genom en upps?ttning slitsar med bredd a vardera, ?tskilda p? ett avst?nd s fr?n varandra. Detta avst?nd kallas gitterperioden. En enkel analys f?r ljus som faller in p? ett gitter vinkelr?tt ger gitterekvationen s

sinth =ml (4.3)

best?mma l?get f?r maxima f?r ljus med v?gl?ngd l. En mer rigor?s analys, med h?nsyn till antalet slitsar N och slitsarnas bredd, till?ter oss att erh?lla vinkelf?rdelningen av optisk kraft I (th), faller p? sk?rmen. I detta fall ges den normaliserade optiska effektf?rdelningen av formeln

jag( th )=sin2A1sin2NA2/A21sin2A2 (4,4)

d?r A1 och A2 definieras som

A1= pa sinth /l A2= ps sinth /l (4.5)

infallande ljus

Figur - 7 Diffraktion med flera slitsar

V?rdet Al representerar effekten av diffraktion vid en slits, A2 representerar interferensen fr?n flera slitsar. Att studera ekvation (4.4) visar att positionen f?r huvudgittermaxima ?r relaterad till kvadraten p? antalet slitsar. F?ljaktligen leder en ?kning av antalet slitsar till en ?kning av de centrala maxima f?r olika ordningsf?ljder och undertryckande av de sekund?ra effekterna av diffraktion mellan dem.

Slutligen ?r tv? andra gitteregenskaper av intresse vinkeldispersion och uppl?sning. Vinkeldispersion kan ber?knas direkt fr?n den fundamentala gitterekvationen (4.3) genom att ta derivatan av b?da sidorna, h?lla s och m konstanta. Det kommer att l?sa sig

dth /dl =m/s costh (4.6) Det kan ses att f?r?ndringen i vinkel med v?gl?ngden ?kar med ?kande ordning. Mer komplex analys kr?vs f?r att best?mma uppl?sningen eller minsta v?gl?ngdsskillnad ? l, som kan detekteras vid en given v?gl?ngd l och best?ll t gitter med N

5. Multimode polarisationssensorer

fiberoptisk sensorpolarisation

5.1 Fenomenologisk beskrivning av polarisering och f?rdr?jning

En av de viktigaste egenskaperna hos en ljusstr?le ?r dess typ av polarisering. De till?tna typerna av polarisering ?r linj?ra, elliptiska eller cirkul?ra. Vilken elektromagnetisk str?lning som helst kan representeras som en upps?ttning komponenter, som var och en har ett visst tillst?nd av linj?r polarisation. Figur 8 visar en "?gonblicksbild" av det elektriska f?ltet fr?n en av huvudplanv?gskomponenterna i en ljusstr?le. Polarisationsriktningen definieras som riktningen f?r det elektriska f?ltet som ?r associerat med komponenten, vilket ?r vinkelr?t mot utbredningsriktningen. Resultatet av ett medelv?rde ?ver tid stort antal komponenter vars f?lt ?verlappar varandra, f?rutom de till?tna typerna av polarisering kan opolariserade eller delvis polariserade komponenter f?rekomma.

Energin som b?rs av en plan v?g ?r direkt relaterad till kvadraten p? det elektriska f?ltet som ?r associerat med v?gen. Detta kan visas genom att ber?kna Umov-Poynting-vektorn, som best?mmer den energi som ?verf?rs av v?gen.

Utbredning elektromagnetisk v?g Elektriskt f?lt

Utbredningsriktning

Figur - 8 "?nblicksbild" av en utbredning elektromagnetisk v?g

F?r att best?mma v?genergin kan Umov-Poynting-vektorn P = 1/2 EхH anv?ndas. Om vektorn E ?r riktad l?ngs x-axeln och H ?r riktad l?ngs y-axeln, Umov-Poynting-vektorn. ?r lika med

P = ^ExH = z(e/4m)1/2E20 (5.1)

eftersom f?r fallet med en plan v?g Н=(e/4m)1/2E, d?r e ?r dielektricitetskonstanten och m ?r mediets magnetiska konstant. F?r analys ?verv?ger vi s?dana pseudoelektriska f?lt som ?r associerade med ljusstr?lar, vars absoluta v?rde i kvadrat ?r lika med str?lens intensitet. Dessa pseudof?lt ?r lika med reella f?lt upp till en proportionalitetskoefficient

e=(e/4m)1/4E (5,2)

S?

I = e.e*=(e/4m)1/2E20 (5.3)

d?r I ?r energin per ytenhet av ljusstr?len.

F?r att beskriva de olika polarisationstillst?nden som ?r m?jliga f?r en ljusstr?le, ?verv?g tv? linj?rt polariserade planv?gskomponenter, som var och en utbreder sig i z-riktningen. Amplitudvektorerna f?r deras elektriska f?lt ?r riktade l?ngs x- respektive y-axeln. Motsvarande pseudof?lt kan representeras som

E1=xaxe-i(ot-kz+dx) (5,5)

d?r dХ och dУ representerar motsvarande fas f?r var och en av v?gorna i f?rh?llande till n?gon referenspunkt p? z-axeln. Ekvationer (5.5) kan skrivas om som

e1=xAxei(0), e2=yAyeid (5,6)

Komplexa rumsliga och tidsm?ssiga f?ltvariationer ing?r nu i Ax och Ay, och referenspunkten p? z-axeln f?rskjuts s? att dx=0 och dy=d. Nu kan vi s?ga att v?rdet p? e1 sl?par efter med d i f?rh?llande till

M?jliga polarisationstillst?nd kan nu konstrueras genom att betrakta summan av vektorerna e1 och e2:

ETxAx+yAyeid (5,7)

Om Ax = Ay = A och d = 0, d?

ET(d=0)=A(x+y) (5,8)

H?r ?r str?len polariserad i p/4-riktningen n?r observat?ren ?r v?nd optisk k?lla, ser str?len. Om d=p, d?

eT=(d=p)=A(x-y) (5,9)

dessa. ljuset ?r polariserat i riktningen - p/4.

Om du tar en "snapshot" av det elektriska f?ltet (t = 0) kan du se att f?lten i ekvationerna (5.8) och (5.9) varierar beroende p? positionen p? z-axeln, eftersom cos kz-komponenten ing?r i A Om ? andra sidan en viss punkt p? z-axeln v?ljs, kommer f?r?ndringar vid denna punkt att vara proportionella mot costot. B?da dessa fall representerar linj?r polarisering.

Betrakta nu fallet d=2p/2, eller kvartsv?gsf?rdr?jning. I detta fall blir summan av vektorerna em lika

ET=a(x cos(ot-kz)-ysin(ot-kz)) (5,10)

Vid t = 0 f?rblir f?ltvektorn konstant i storlek, men roterar runt z-axeln n?r z-positionen ?ndras. P? liknande s?tt, vid z = 0, roterar den resulterande vektorn runt z-axeln ?ver tiden. Denna typ av polarisation kallas cirkul?r polarisering eftersom slutet av f?ltvektorn beskriver en cirkel. Retardationsv?rdet p/2 skapar v?nsterh?nt cirkul?r polarisation; det vill s?ga f?r en observat?r som tittar direkt p? k?llan, roterar f?ltvektorn ?t v?nster, moturs. Vid d=-p/2 roterar f?ltvektorn medurs, vilket best?mmer h?gerh?nt cirkul?r polarisation.

F?r v?rden p? d som inte ?r lika med mp/2, d?r m ?r ett heltal, beskriver slutet av den elektriska f?ltvektorn en ellips, och d?rf?r kallas denna typ av polarisation elliptisk polarisation. Den kan vara v?nster eller h?ger elliptisk, som i fallet med cirkul?r polarisering.

Det generaliserade uttrycket f?r det totala f?ltet med en godtycklig f?rdr?jning definieras som

eT=a(xe-i(ot-kz)-ye-i(ot-kz+d)) (5.11)

Detta ?r dock ett mycket s?llsynt fall f?r den uppm?tta f?ltvektorn. Typiskt m?ts den optiska effekten som ?verf?rs vid en specifik polarisation. F?r att ber?kna den mottagna optiska effekten som en funktion av polarisatorns transmittansaxel (vinkeln th relativt x-axeln), m?ste man ber?kna kvadraten p? punktprodukten av enhetsvektorn i riktningen th och f?ltvektorn

I=|(x costh+y sinth)eT|2 (5.12)

Genom att kombinera ekvationerna f?r vi

I=a2(1+ sin2th cosd) (5,13)

Grafer ?ver den optiska energin f?r s?nd str?lning I, f?r olika orienteringar av polarisatorns ?verf?ringsaxel och f?rdr?jningar, visas i figur 9, med den pol?ra koordinatvinkeln som motsvarar b och den pol?ra radien som motsvarar I.

Figur -9 Ljusintensitet kontra vinkel f?r flera olika f?rh?llanden polarisering

6. Fiberoptiska sensorer baserade p? en Sagnac-interferometer och en passiv ringresonator

Sagnac-interferometrar och passiva ringresonatorer kan anv?ndas f?r att best?mma ett brett spektrum av milj?parametrar. Fiberoptiska gyroskop byggda p? dessa principer ?ppnar ett brett perspektiv f?r alla kompakta tr?ghetsm?tningsenheter i navigeringsapplikationer som man bara kunde dr?mma om f?r n?gra ?r sedan. Till?mpningarna av s?dana sensorer g?r ut?ver att m?ta rotation; deras unika f?rdelar ?ppnar upp m?jligheten till utbredd anv?ndning vid m?tningar av akustiskt, magnetiskt f?lt, temperatur, acceleration och mekanisk stress. Dessa anordningar kan ocks? anv?ndas f?r att studera egenskaperna hos ljusk?llor och optiska fibrer.

.1 Kort ?versikt ?ver optiska rotationssensorer och Sagnac-effekten

.2 Huvudegenskaper hos rotationssensorn

Tabell-3 Definition av egenskaper

F?rsp?nningsegenskaper Fast f?rsp?nning Utg?ende rotationshastighet f?r en roterande omkodare som inte ?r noll n?r ing?ngshastigheten ?r noll F?rsp?nningsdrift Variation i kodarens utg?ende rotationshastighet ?ver tid p? grund av effekter som f?r?ndringar i temperatur, magnetf?lt, ?ldrande och slitage av komponenter K?nslighet (tr?skel) Minsta m?tbara rotationshastighet f?r en given integrationstid Skalfaktor Linj?ritet M?t utsignalens oberoende fr?n rotationsriktningenHysteresMeasure grad till vilken v?rdet p? K f?rblir konstant f?r alla beaktade rotationshastigheter Optiska egenskaper Spektralbrusegenskaper Egenbrusniv? som funktion av frekvens Dynamiskt omr?de Omr?de fr?n minsta rotationshastighet till maximalt m?tbart rotationshastighet Tillslagstid Tid som kr?vs f?r att uppn? driftskarakteristika

K?nslighet, eller tr?skel, ?r en annan komponent i bias. Den m?ts som den l?gsta rotationshastigheten f?r en given integrationstid. Observera att ju l?ngre integrationstiden ?r, desto h?gre k?nslighet. En avv?gning ?r viktig h?r eftersom den acceptabla integrationstiden ?r mycket applikationsberoende. Till exempel, f?r ett transportflygplan som g?r l?ngsamma sv?ngar, kan en 1 Hz bandbredd eller 1 s integrationstid vara acceptabel, medan i en annan till?mpning kan en snabbt oscillerande plattform kr?va en 100 Hz bandbredd eller 0,01 s integrationstid. Betydelsen av skalfaktorfelet beror ?terigen p? applikationen. Om en applikation endast har mycket l?ngsamma sv?ngar kan kraven p? skalfaktorn vara mildare ?n en applikation med snabba sv?ngar, allt annat lika. Typiskt leder dessa fel till icke-ideal linj?ritet och hysteres.

Andra faktorer kan ocks? vara avg?rande f?r anv?ndarna. Dessa inkluderar spektrala brusegenskaper. Helst b?r en rotationssensor inte ha n?gra brusemissioner vid n?gon speciell frekvens. Detta ?r s?rskilt viktigt vid utveckling av styrsystem. M?nga mekaniska sensorer rotationer har en h?g ljudniv? vid karakteristiska frekvenser, p? grund av deras mekanisk r?relse. Dynamiskt omf?ng ?r skillnaden mellan maximala och l?gsta hastigheter som kan m?tas. Starttiden ?r kritisk f?r m?nga flygningar som kan sluta innan rotationssensorn sl?s p?. Detta problem uppst?r ofta pga mekaniska gyroskop, som tar lite tid att "varva ner". De erforderliga v?rdena f?r alla dessa parametrar best?ms av anv?ndaren av systemet, som best?mmer vilka parameterv?rden som beh?vs f?r specifika applikationer. Tre egenskaper ?r nyckeln - kostnad, storlek och livsl?ngd. Alla tre avg?r om en viss till?mpning ?r genomf?rbar. Livsl?ngd definieras ofta som den h?llbarhet under vilken enheten helt enkelt f?rvaras och inte anv?nds, plus dess livsl?ngd.

Alla optiska rotationssensorer som f?r n?rvarande utvecklas f?r styr- och styrsystem ?r baserade p? Sagnac-effekten som anv?nds f?r att m?ta rotationshastighet. Om ringen roterar med en hastighet O i medurs riktning och tidsintervallet f?r ljuset att f?rdas l?ngs ringen definieras som ?t = L/c, d?r L ?r ringens omkrets och c ?r ljusets hastighet i vakuum, sedan f?rdas en str?le som utbreder sig medurs en ljusbana av l?ngd 2 pR + OR ?t, och en str?le som utbreder sig moturs vandrar banan 2p R- O R?t. Den totala skillnaden mellan de optiska banorna f?r ljusstr?lar som utbreder sig mot varandra, p? grund av rotation, ?r lika med 2O RL/c. F?r att designa en effektiv optisk rotationssensor baserad p? Sagnac-effekten m?ste det f?rst?s att f?r att erh?lla h?g noggrannhet ?r det n?dv?ndigt att inte bara noggrant m?ta ljusv?gsskillnaden p? grund av rotation, utan att samtidigt s?kerst?lla att rotation ?r den enda extern parameter som p?verkar m?tningarna. Vid konstruktion av optiska rotationssensorer anv?nds tre huvudsakliga metoder: (1) optiska resonatorer, (2) interferometrar med ?ppen slinga feed-back och (3) interferometrar med sluten slinga. De f?ljande styckena beskriver n?gra av egenskaperna hos dessa tillv?gag?ngss?tt.

Grundprincipen f?r driften av en optisk resonator ?r att f?r att uppn? drifttillst?ndet f?r resonans ?r det n?dv?ndigt att ett helt antal v?gl?ngder passar in i den optiska kretsens l?ngd. Detta best?mmer det i medurs riktning

Fccw?t=2 pR +OR ?t/ l (6.1)

och i motsols riktning

Fccw?t=2 pR -OR ?t /l (6.2)

D?r l - ljusstr?lens v?gl?ngd. Att l?gga till (6.1) och (6.2) leder till relationen

F=Fcw-Fccw=2R /lO (6.3)

Denna ekvation ?r den karakteristiska ekvationen f?r ett ringlasergyroskop och en passiv optisk ringresonator. Genom att integrera frekvensen blir utsignalen antalet staplar per rotationsvinkel, vilket ?r typiskt f?r ett integrerande gyroskop.

F?r fiberinterferometrar med ?ppen slinga best?mmer skillnaden i v?gl?ngd dividerat med den operativa v?gl?ngden antalet fransar som ?r ett resultat av den rotationsinducerade fasskillnaden mellan de motriktade ljusstr?larna,

ZO =2RL /lcO (6.4)

Detta tillv?gag?ngss?tt ?r till?mpbart p? ett brett spektrum av applikationer som kr?ver begr?nsat dynamiskt omf?ng och skalfaktornoggrannhet, s?som pekning och sp?rning, stabilisering, robotik och gyrokompasser. Det begr?nsade dynamiska omf?nget beror p? f?rlusten av k?nslighet n?r man passerar genom remsan. Flera metoder har utvecklats baserade p? ?ppen loop-bearbetning av utsignalen fr?n fiberoptiska gyroskop f?r att f?rb?ttra dynamiskt omf?ng och skalfaktoregenskaper.

Fiberoptiska interferometriska rotationssensorer kan utformas med prestandaegenskaper som liknar de f?r ett integrerande gyroskop med hj?lp av en fas-nullningsteknik. I detta fall upph?vs den rotationsinducerade fasf?rskjutningen av den motsvarande artificiellt inf?rda balanserande fasf?rskjutningen. Ett s?tt att uppn? detta ?r att anv?nda frekvensinducerad fasf?rskjutning. I detta fall frekvensskiftas en av str?larna, t.ex. medurs, innan den g?r in i fiberslingan, medan den andra str?len frekvensskiftas efter att ha l?mnat fiberslingan. Den resulterande bandf?rskjutningen p? grund av frekvensskillnaden F ?r lika med

ZF=FLn/c (6,5)

d?r n ?r fiberns brytningsindex. Om den rotationsinducerade fasf?rskjutningen ?r inst?lld lika med den frekvensberoende fasf?rskjutningen, ?r enhetens utsignal

Z=2R/lnO (6.6)

7. Till?mpning av fiberoptiska sensorer

Ur industriella applikationers synvinkel ?r anv?ndningen av fiberoptiska sensorer attraktiv eftersom de har utm?rkt k?nslighet och brett dynamiskt omr?de, ?r kompakta och till?ter t?t f?rpackning och i framtiden har l?g kostnad och h?g tillf?rlitlighet. Till en b?rjan anv?ndes s?dana sensorer i fientliga milj?er d?r h?ga temperaturer, fr?tande ?mnen, h?ga niv?er av elektromagnetisk st?rning eller explosionsrisker hindrade traditionella sensorer och avk?nningselement fr?n att fungera adekvat. H?gtemperaturm?tningsapplikationer ?r bra exempel, d?r sensorer baserade p? eldfast glasfiber har f?rdelar j?mf?rt med elektroniska t?jningsm?tare eller kapacitiva sensorer, d?r tr?danslutningarna kanske inte t?l h?ga temperaturer. Ett andra exempel ?r m?jligheten att dra l?nga kablar mellan sensorer och elektroniska bearbetningsenheter. Fiberoptiska kablar har blivit j?mf?rbara i kostnad med koaxialkablar och till och med dubbelledarkablar ?ver m?nga tusen fot linjer. Eftersom optisk fiber ?r ett dielektriskt medium s?nder den inte ut och ?r inte mottaglig (?tminstone vid en f?rsta approximation) f?r elektromagnetisk interferens (EMI). Ju allvarligare bullerproblemet ?r, desto mer attraktiva blir fibrerna. Fibrerna kr?ver varken sk?rmning eller speciell jordning och kan passera i n?ra anslutning till h?gsp?nningsledningar. Elektroniska moduler kr?vs f?r modulering/demodulering av optiska signaler kr?ver inga speciella filter i milj?er med h?ga niv?er av elektromagnetisk st?rning.

7.1 Temperaturm?tning

M?nga optiska fiberbaserade metoder har utvecklats f?r att m?ta temperatur i industriella milj?er, och vissa sensorer ?r kommersiellt tillg?ngliga. Representanter fr?n Westinghouse demonstrerade distribuerade temperaturm?tningar i k?rnreaktorer och m?tte temperaturen p? motorns avgaser genom att analysera emissionsspektrumet f?r svartkroppen som emitteras av en optisk fiber bel?gen vid den heta platsen. Observera att n?r temperaturen ?kar ?kar ocks? str?lningen vid en given v?gl?ngd. Denna metod implementeras av Accufiber Inc. baserat p? Dils arbete, och sensorer tillverkas kommersiellt f?r att m?ta temperaturen p? avgaserna fr?n jetmotorer upp till 1900 °C. H?gprecisionstemperaturm?tningar upp till 300 °C kan ocks? utf?ras i driftreaktorer.

Figur -10 Accufiber Sapphire Blackbody Sensor Schematisk och optisk analysator

Accufibers sensor inkluderar en tunn safirstav (se figur 10). M?t?nden p? st?ngen ?r belagd med eldfast metall.

Den andra ?nden av st?ngen ?r ansluten till den l?ga temperaturen optisk fiber utanf?r h?gtemperaturm?tningszonen. Str?lande energi fr?n gl?dlampa metallbel?ggning utf?rs l?ngs en safirstav och l?gtemperaturoptisk fiber till analys- och displayenheten. Den metallbelagda fiberspetsen ?r en svart kropp vars emissionsspektrum beror p? temperaturen i enlighet med Plancks str?lningslag.

Analys av ett smalt band av str?lningsspektrumet som kommer fr?n en l?gtemperaturfiber utf?rs med hj?lp av ett optiskt interferensfilter och en fotodetektor som omvandlar str?lningsenergin till elektrisk energi.

Fj?rrm?tningar av temperatur vid temperaturer under 400 °C kan utf?ras med spektralselektiva metoder som anv?nds av flera f?retag i kommersiellt tillg?ngliga enheter. S?dana metoder ?r inte k?nsliga f?r f?r?ndringar i svartkroppsstr?lning, utan detekterar snarare temperaturinducerade f?r?ndringar i fluorescens- eller absorptionsspektra f?r vissa speciella ?mnen.

I det nuvarande Luxtron-systemet placeras den lysande fosforn i spetsen av den optiska fibern i m?tzonen (se figur 11). Optiska excitationspulser f?r fosforn att gl?da, och tiden det tar f?r gl?den att blekna beror p? temperaturen. Tiden t m?ts under vilken den luminiscerande signalen S\ minskar med e g?nger j?mf?rt med dess initiala v?rde. Temperaturen erh?lls fr?n en kalibreringskurva f?r avklingningstid t kontra temperatur. Ett annat temperaturm?tningssystem med dubbla v?gl?ngder fr?n MetriCor ?vervakar f?rskjutningen av absorptionsbandkanten hos ett halvledarmaterial som en funktion av temperaturen.

Figur - 11 Schematisk beskrivning av en fosforbelagd fiberspets som anv?nds av Luxtron som en fiberoptisk temperatursensor

.2 Tryckm?tning

Flera intensitetsbaserade fiberoptiska sensorer har utvecklats f?r att m?ta tryck i industriella milj?er. S?dana sensorer kan anv?ndas f?r att ?vervaka trycket i pannor, kemiska reaktorer, motorer och i m?nniskokroppen. Heise producerar ett h?gprecisionstryckavk?nnande element i vilket membranet ?r anslutet till ett transmissivt diffraktionsgitter placerat mellan de s?ndande och mottagande fibrerna. Omvandlare fr?n Litton och Metricor ger dubbel- och multiv?gl?ngdskorrigering f?r f?rluster i fiberanslutningar och sj?lva fibrerna.

Fiberoptiska trycksensorer utvecklas intensivt. I synnerhet utvecklas sensorer avsedda f?r akustiska applikationer under US Navy's Fiber Optic Sensor Systems-program. F?r att m?ta tryckfluktuationsvariabler anv?nds b?de sensorer med ett externt avk?nningselement och "f?rdiga fiber"-sensorer, b?de intensitetssensorer och sensorer av interferometrisk typ.

F?r att m?ta statiskt tryck kan m?ngden str?lningsintensitet som reflekteras fr?n ett tunt membran som b?js under p?verkan av applicerat tryck m?tas. Kalibreringskurvan f?r en s?dan trycksensor visas i figur 12. En s?dan sensor, utvecklad av ORTECH, inkluderar ett fiberoptiskt reflekterande avk?nningselement.

Om ett f?rgrenat knippe anv?nds s?som visas i ins?ttningen av figur 12, kan h?lften av fibrerna anv?ndas f?r att ?verf?ra str?lning till fibern, och den andra h?lften av fibrerna kan anv?ndas f?r att ?verf?ra str?lning till fotodetektorn. Ljuset som kommer ut fr?n ing?ngsfibrerna bildar en upps?ttning fl?ckar, vars diameter ?kar med ?kande avst?nd fr?n buntens ?nde i proportion till fiberns numeriska ?ppning. M?ngden str?lning som kommer in i utg?ende fibrer efter reflektion fr?n membranet beror p? det applicerade trycket, eftersom avst?ndet fr?n membranet till ?nden av bunten ?ndras beroende p? trycket.

Fiberoptiska sensorer har utvecklats f?r att m?ta statiskt tryck vid h?ga temperaturer. De kan anv?ndas f?r att m?ta gasv?gstryck i h?gpresterande flygplansmotorer och f?r att ?vervaka processtryck i kolv?tskeanl?ggningar.

0 20 40 60 80 100

Figur -12 Kalibreringskurva f?r f?rh?llandet mellan uppm?tt och applicerat tryck f?r trycksensorn som visas i insatsen, inklusive ett fiberoptiskt reflektoravk?nningselement

Metallmembranen som anv?nds i konventionella trycksensorer b?rjar deformeras vid h?ga temperaturer och t?jningsm?tare eller kapacitiva t?jningsm?tare slutar fungera. Dessutom ?r uppslamningen som anv?nds i kolv?tskeprocessen extremt fr?tande. F?r att undvika problem i samband med deformation och korrosion anv?nds h?gh?llfast Inconel-legering som membranmaterial; och en fiberoptisk sensor baserad p? mikrob?jning anv?nds f?r att m?ta nedb?jningen av membranet under p?verkan av applicerat tryck. Denna sensor har visat sig kunna m?ta tryck vid temperaturer upp till 425°C med repeterbarhet p? mindre ?n 1 % noggrannhet.

7.3 V?tskeniv?m?tning

M?nga tillv?gag?ngss?tt f?r v?tskeniv?m?tning med fiberoptiska sensorer har demonstrerats. Ett tillv?gag?ngss?tt anv?nder fibrer f?r att ?verf?ra ljus till ett prisma. Med en l?mpligt vald prismavinkel uppst?r total intern reflektion av ljus n?r prismat ?r i luften. Om ett prisma ?r neds?nkt i en v?tska uppst?r ljusbrytning i v?tskan. S?ledes fungerar denna enhet som en ljusstr?mbrytare beroende p? v?tskeniv?n. Liknande sensorer tillverkas kommersiellt av f?retagen EoTec och Tedeco. Med specialdesignade prismor ger detta tillv?gag?ngss?tt en h?g niv? av signal-brusf?rh?llande under p?/av-drift och ?r ok?nslig f?r avlagringar p? prismats utsida. V?tskeniv?n m?ts ocks? med kontinuerliga metoder genom deplacement- eller deplacementm?tningar. Sensorer som kontinuerligt m?ter v?tskeniv?er anv?nds i br?nsletankar och f?r att uppt?cka l?ckor i petrokemiska lagringstankar. I detta fall anv?nds tillv?gag?ngss?tt d?r kodmasken mellan tv? fasta fibrer skiftas n?r niv?n ?ndras, eller en av fibrerna r?r sig n?r niv?n ?ndras i f?rh?llande till en annan eller flera fasta fibrer.

Slutsats

De viktigaste resultaten av detta kursarbete:

Litteratur om fiberoptiska sensorteknologier har samlats in.

Konstruktionerna och funktionsprinciperna f?r fiberoptiska sensorer och deras strukturella element beskrivs.

En klassificering av fiberoptiska sensorer har slutf?rts.

Lista ?ver anv?nda k?llor

1. Fiberoptiska sensorer / utg. E. Udda. - Technosphere, 2008. - 520 sid.

Okosi T. Fiberoptiska sensorer / T. Okosi lane. fr?n japanska - Leningrad: Energoatomizdat, 1990. - 256 s.

Busurin V.I. Fiberoptiska sensorer: fysisk grund, fr?gor om ber?kning och till?mpning / V. I. Busurin Yu. - Leningrad: Energoatomizdat, 1990. - 256 s.

Kolomiets L.N. Fiberoptiska sensorer i informationsm?tningssystem / L.N. -2006. - Nr 1. - P.8-14.

Fiberoptiska sensorer och informationsm?tsystem / V. B. Garmash, F. A. Egorov, L. N. Kolomiets, A. P. Neugodnikov, V. I. Pospelov // Collection. rapporterar MNTK Sensorer och system 2005. - Penza. - 6-10 juni. - 2005. - P.19-39.

Utvecklingen av fiberoptiska sensorer har underl?ttats och underl?ttas fr?mst av framsteg inom tillverkningen av glasfibrer och deras systemkomponenter (kontakter, ljusk?llor, detektorer, etc.). En ljusstr?le som kommer in i en fiberoptisk detektor fr?n en ljusk?lla (Fig. 10.37) under p?verkan av en uppm?tt parameter (till exempel tryck, temperatur, niv? etc.) genomg?r en f?r?ndring i intensitet, polarisation, fas eller f?rg i detektorn och tillhandah?ller d?rigenom erh?llande av information. Utbredningen av ljussignaler inuti sensorn sker genom glasfibrer, som anv?nds till exempel inom kommunikationsteknik. Dessa nya typer av sensorer anv?nds fr?mst i f?rh?llanden med n?rvaro av aggressiva ?ngor eller explosiva gasblandningar, i omr?den med ?kad radioaktivitet och starka elektromagnetiska f?lt. Av de m?nga fiberoptiska sensorer som f?r n?rvarande anv?nds beskrivs tre representativa typer nedan.

Ris. 10.37. Krets f?r en fiberoptisk sensor f?r m?tning av olika parametrar (temperatur, niv?, tryck, etc.).

Ris. 10.38. Designversioner av fiberoptiska niv?sensorer:

LWL - ljusledare; I - b?da sensorerna ?r torra; II - sensor 2 ?r neds?nkt; III - b?da sensorerna ?r neds?nkta.

I fig. 10.38, A visar en fiberoptisk sensor som ger exakt m?tning niv?, dvs. dess ?ver- eller underskattning i f?rh?llande till det angivna v?rdet. Ljus fr?n lysdioden riktas genom en ljusledare till den koniska ?nden av sensorn och, reflekterat fr?n den, tr?ffar detektorn. N?r den koniska ?nden av sensorn ?r neds?nkt i en v?tska ?ndras skillnaden i brytningsindex, och ljuset som tidigare avb?jts p? grund av total reflektion str?mmar ut ur den koniska ?nden av sensorn och n?r inte l?ngre detektorn. Den resulterande f?r?ndringen i ljusintensitet tj?nar som en signal om att en f?rutbest?md niv? har uppn?tts. Funktionsprincipen f?r en U-formad niv?sensor ?r liknande (bild 10.38, b); S? snart den kr?kta delen av ljusledarfibern, befriad fr?n manteln, ?r neds?nkt i v?tskan, registrerar detektorn f?r?ndringen i ljusintensitet. Observera att in- och utmatning av str?lning kan utf?ras genom tv? olika ljusledare, som visas i Fig. 10.38, b. I detta fall avleds ljuset av ett prisma.

F?r tv?l?gesniv?m?tning, enheten som visas i fig. 10.38, G. H?r genomg?r intensiteten vid detektorn tv? hopp, n?mligen n?r sensorerna 1 respektive 2 ?r neds?nkta (se bild 10.38, d).

Detta schema kan ut?kas genom att ansluta flera av dessa gr?nsl?gesbrytare (med tv? m?tpunkter vardera) till ett enda system. Som ett resultat kan 10 punkter ?vervakas med 5 gr?nsl?gesbrytare, vilket ger n?stan kontinuerlig niv?kontroll.

J?mf?rt med konventionella metoder ?r temperaturm?tning med fiberoptiska sensorer mycket mer arbetskr?vande. F?r vissa till?mpningar ?r emellertid dessa kostnader motiverade, eftersom de k?nda metoderna ?r k?nsliga f?r st?rningar. Dessa inkluderar fr?mst f?ljande anv?ndningsomr?den:

f?r industriell anv?ndning av HF- och mikrov?gsteknik (livsmedelsindustri, vulkanisering, uppv?rmning av lim, applicering av plastbel?ggningar, induktionsuppv?rmning, etc.);

V kemisk teknik(temperaturm?tning i starkt korrosiva milj?er, i elektrokemiska processer, vid explosiva och brandfarliga material);

inom den elektriska och elektroniska industrin (h?gsp?nningskretskomponenter, termiska egenskaper hos styrkretsar och elektroniska komponenter, halvledartillverkningsm?tningar, hot spots i h?geffekttransformatorer, etc.);

inom biologi och medicin (biologiska effekter n?r de uts?tts f?r elektromagnetisk str?lning, ?verhettning p? grund av exponering f?r mikrov?gsstr?lning, etc.);

i forskningspraktiken (m?tning av de minsta proverna, m?tningar i n?rvaro av elektriska f?lt, plasma- eller elektronstr?lar, exakt m?tning av ytor p? material med d?lig elektrisk ledningsf?rm?ga).

Funktionsprincipen f?r en fiberoptisk temperatursensor ?r baserad p? temperaturberoendet av intensiteten hos olika fluorescerande linjer av vissa fosforer. Utformningen av en s?dan sensor visas i fig. 10.39. Genom displaysystemet (L 1, F, D 1 ...D 3, L 3) fokuseras UV-str?lningen som emitteras av k?llan (St) till en kvartsljusledare, vars ?nde ?r belagd med ett lager av Teflon PFA (ytterdiameter 0,7 mm). I ?nden av ljusledaren finns ett skikt av fosfor (La 2 O 2 S:Eu) 0,13 mm tjockt, som under inverkan av UV-str?lning avger fluorescerande str?lning i spektralomr?det 500...600 nm. Denna str?lning i sin tur riktas ?terigen l?ngs ljusledaren in i det optiska systemet, d?r tv? specifika linjer Y och R separeras fr?n den av filtren IF 1 och IF 2. Intensitetsf?rh?llandet Y/R, best?mt elektroniskt, ?r monotont. funktion av temperaturen i intervallet fr?n -50 till + 250°C. Uppl?sningen ?r 0,1°C med ett fel p? ±2°C.

I fig. Figur 10.40 visar en sensor f?r ber?ringsfri str?mm?tning i omr?det 0,2...6000 A. M?tprincipen som anv?nds h?r ?r baserad p? Faraday-effekten.

En linj?rt polariserad laserstr?le f?rs in i en fiberspole, l?ngs vars axel en str?mf?rande kabel l?per. Under p?verkan av str?m I roterar ljuspolarisationsplanet (Faraday-effekten) med en vinkel a(I) = 2NVI, d?r N ?r antalet varv av ljusledaren runt kabeln, V ?r ljusets Verdet-konstant styrmaterial.

Sedan, med hj?lp av ett Wollaston-prisma (WP), riktas ?msesidigt vinkelr?ta polarisationskomponenter till detektorerna D 1 och D 2. Detektorsignalerna matas vidare till ber?kningsanordningen. Som ett resultat har m?tresultaten en avvikelse fr?n linj?riteten p? mindre ?n 1 %.

Ris. 10.39. Fiberoptisk temperatursensorenhet ( A), beroende av intensiteten hos spektrallinjerna Y och R p? temperaturen ( b) och intensitetsf?rdelning av sp?nnande fluorescerande str?lning ( V).

Ris. 10.40. Fiberoptisk sensor f?r m?tning av v?xelstr?m baserat p? Faraday-effekten.

=======================================================================================

Magnetf?ltssensorer

Optiska sensorer

Optiska positionssensorer

Laddningskopplade enhets bildsensorer

Optiska grovhetssensorer

IR-sensorer

Fiberoptiska sensorer

________________________________________________________________________________________________________________________

Under fiberoptisk temperaturm?tning ( Engelsk version DTS = Distributed Temperature Sensing) h?nvisar till till?mpningen av optoelektroniska enheter f?r temperaturm?tning, d?r glasfibrer anv?nds som linj?ra sensorer. Typiska applikationer f?r linj?ra fibertemperatursensorer ?r i s?kerhetsrelaterade applikationer, s?som brandvarningssystem i v?g-, j?rnv?gs- eller servicetunnlar; termisk kontroll av kraftkablar och luftledningar f?r att optimera arbetsf?rh?llandena; ?ka effektiviteten hos olje- och gask?llor; s?kerst?lla ett s?kert driftstillst?nd f?r industriella induktionssm?ltugnar; kontroll av t?theten hos containrar med flytande naturgas p? fartyg i lossningsterminaler; uppt?ckt av l?ckor p? dammar och uppd?mningar; temperaturreglering kl kemiska processer; uppt?ckt av l?ckor i r?rledningar.

Arbetsprincip f?r fiberoptisk sensor

Fysisk p?verkan p? den optiska fibern, s?som temperatur, tryck, sp?nning, ?ndrar lokalt ljustransmissionsegenskaperna och leder som ett resultat till en f?r?ndring av egenskaperna hos bakreflektionssignalen. Fiberoptiska sensorm?tsystem f?rlitar sig p? att j?mf?ra spektra och intensiteter hos den ursprungliga laserstr?lningen och den tillbakaspridda str?lningen efter att ha passerat genom fibern.

?terspridning av ljus under temperaturp?verkan

De optiska fibrerna ?r gjorda av dopat kvartsglas. Kvartsglas ?r en typ av kiseldioxid (SiO2) med en amorf fast struktur. Temperaturp?verkan initierar vibrationer i det molekyl?ra gittret. N?r ljus tr?ffar termiskt exciterade molekyler uppst?r en interaktion mellan ljuspartiklar (fotoner) och elektroner. S?lunda f?rekommer ljusspridning, ?ven k?nd som Raman-spridning, i den optiska fibern.

?terspridning av ljus best?r av flera spektrala komponenter:
. Rayleigh-spridning, med en v?gl?ngd som liknar den som anv?nds i en laserk?lla;
. Stokes komponenter av Raman-spridning med en v?gl?ngd som ?r st?rre ?n den f?r laserk?llan som anv?nds, vid vilken fotoner emitteras;
. Anti-Stokes-komponenter av Raman-spridning med en kortare v?gl?ngd, j?mf?rt med Rayleigh-spridning, d?r fotoner absorberas.

Spridningsintensiteten f?r det s? kallade anti-Stokes-omr?det beror p? temperaturen, medan Stokes-omr?det ?r praktiskt taget oberoende av temperaturen. Den lokala temperaturen f?r den optiska fibern h?rleds fr?n f?rh?llandet mellan anti-Stokes och Stokes ljusintensiteter.

Brillouin-linjer, som ?r mer intensiva ?n Stokes-linjer, men har en mindre spektralf?rskjutning. Denna spektralf?rskjutning orsakas av akustiska vibrationer i fiberns kristallgitter och b?r information om de mekaniska sp?nningarna och temperaturerna som p?verkar fibern. Inverkan av mekanisk sp?nning och temperatur leder till en f?r?ndring av positionen f?r Brillouin-linjen p? v?gl?ngdsskalan.

Temperatursensorer baserade p? Raman-linjer

Det mesta modern utrustning i ett temperaturf?rdelningssystem, till exempel i r?rledningar, finns en distribuerad fiberoptisk temperatursensor baserad p? Raman-linjer. Funktionsprincipen f?r sensorn ?r att intensiteten hos Stokes Raman-komponenten av den spridda str?lningen ?r praktiskt taget oberoende av temperaturen, och intensiteten hos Anti-Stokes-linjen ?r starkt relaterad till temperaturen. Detta g?r det m?jligt att, genom att best?mma f?rh?llandet mellan intensiteten f?r Anti-Stokes-linjen och Stokes-linjen, best?mma temperaturv?rdet. Detta tillv?gag?ngss?tt g?r att vi kan bli av med felet som ?r f?rknippat med m?jliga fluktuationer i kraften hos den sonderande laserpulsen. System av denna typ kan fungera ?ver avst?nd p? flera kilometer. Rumsuppl?sningen kan n? 0,5 m.

M?tmetod

Den mest k?nda backscattering-metoden ?r OTDR-metoden (= Optical Time Domain Reflectometry). Den ?r baserad p? den pulsakustiska metoden (pulser och eko), som ett resultat av skillnaden i utbredningstid mellan s?ndningstid och detektering av ljuspulser, kan niv?n och platsen f?r spridningen best?mmas. F?rh?llandet mellan emitterat ljusspridning och Raman-effekten, backspridningssignalen i Raman-m?tningar ?r en faktor p? 1000. D?rf?r kan en lokalt distribuerad Raman-temperatursensor med OTDR-teknik endast realiseras med h?geffekts (dyra) pulsade lasrar (vanligtvis solida -tillst?ndslasrar) och snabb, ?ven dyr, signal?verf?ringsteknik.

Raman-temperatursensorn OFDR (OFDR, Optical Frequency Domain Reflectometry) utvecklad av LIOS Technology GmbH fungerar inte i tidsdom?nen, som OTDR-tekniken, utan i frekvensdom?nen. OFDR-metoden erh?ller information om den lokala temperaturf?r?ndringen om backscatter-signalen som detekteras under hela m?ttiden m?ts som en funktion av frekvens och i komplex (komplex ?verf?ringsfunktion) och sedan uts?tts f?r en Fourier-transform. Betydande f?rdelar med OFDR-tekniken ?r det kvasi-kontinuerliga v?glaserl?get och smalbandsdetektering av den bak?tspridda optiska signalen, vilket resulterar i ett betydligt h?gre signal-brusf?rh?llande ?n att anv?nda pulsade tekniker. Given teknisk f?rdel till?ter anv?ndning av billiga halvledare laserdioder och billiga elektroniska komponenter f?r signal?verf?ring. Dessa st?lls i kontrast till den tekniskt komplexa m?tningen av Raman-spritt ljus (komplex m?tning enligt magnitud och fas) och den h?ga kostnaden f?rknippad med FFT (Fourier transform unit) som kr?vs f?r signalbehandling och med h?gre linj?ritetskrav f?r elektroniska block och komponenter.

M?tsystems struktur

Den schematiska strukturen av ett fiberoptisk temperaturm?tningssystem best?r av en signalbehandlingsenhet med en frekvensgenerator, en laser, en optisk modul, en mottagningsenhet och en mikroprocessorenhet samt en ljusledarkabel (kvartsglasfiber) som en linj?r temperatursensor. Enligt OFDR-metoden moduleras laserintensiteten under m?ttidsintervallet sinusiskt, och frekvensen ?r linj?r frekvensmodulering. Frekvensavvikelse ?r en direkt orsak till lokal triggning av reflektometern. Frekvensmodulerat laserljus riktas in i ljusledaren. N?r som helst l?ngs fibern uppst?r Raman-spritt ljus och s?nds ut i alla riktningar. En del av det spridda Raman-ljuset r?r sig i motsatt riktning mot signalbehandlingsenheten. D?refter utf?rs spektralfiltrering av det bak?tspridda ljuset, dess omvandling i m?tkanalerna till elektriska signaler, f?rst?rkning och elektronisk bearbetning. Mikroprocessorn ber?knar Fouriertransformen. Som ett mellanresultat erh?lls Raman-backscatter-kurvor som en funktion av kabell?ngden. Amplituden f?r backscatter-kurvorna ?r proportionell mot intensiteten av motsvarande Raman-spridning. Fr?n f?rh?llandet mellan backscatter-kurvorna erh?lls fibertemperaturen l?ngs ljusledarkabeln. De tekniska specifikationerna f?r ett Raman-temperaturm?tningssystem kan optimeras genom att justera instrumentparametrarna (r?ckvidd, lokal uppl?sning, temperaturnoggrannhet, m?ttid). Det ?r ocks? m?jligt att justera ljusledarkabeln f?r att passa den specifika applikationen. Glasfiberbel?ggningens termiska motst?nd begr?nsar det maximala temperaturomr?det f?r den fiberoptiska kabeln. Standardfibrer f?r data?verf?ring har akrylbel?ggning eller UV (ultraviolett) h?rdad bel?ggning och ?r l?mpliga f?r temperaturer upp till 80°C. Polyamidbelagd glasfiber kan anv?ndas upp till en maxtemperatur p? 400°C.

Brillouin system(information fr?n webbplatsen www.vodosfera.com)

Som n?mnts tidigare orsakas spektralf?rskjutningen av Brillouin-linjen av akustiska vibrationer i fiberkristallgittret och b?r information om de mekaniska sp?nningarna och temperaturerna som p?verkar den optiska fibern. Algoritmer f?r att bearbeta signaler fr?n s?dana system som har skapats hittills g?r det m?jligt att separera information om temperatur och mekaniska effekter.

Typiskt f?r Brillouins ?vervakningssystem f?ljande egenskaper: avst?ndet ?ver vilket ett enda system kan arbeta ?r 40 - 50 km med en rumslig uppl?sning p? 1 - 2 meter.

Nackdelarna med Brillouin ?vervakningssystem inkluderar komplexiteten i deras design, vilket orsakar h?g kostnad. F?rdelen med Brillouin-system ?r m?jligheten att arbeta med sensorkablar baserade p? konventionell billig bondad fiber. Tiden det tar att ta emot en signal fr?n s?dana system ?r cirka 1 - 2 minuter. Vid arbete med l?ngre linor ?kar m?ttiden.

F?r att ?ka k?nsligheten och avsev?rt minska m?ttiden anv?nds en metod baserad p? stimulerad Brillouin-spridning. Det skiljer sig fr?n spontana spridningssystem genom att kontinuerlig "prob"-laserstr?lning och en kraftfull pumppuls samtidigt riktas in i fibern

?vervakningssystem baserade p? stimulerad Brillouin-spridning ger drift ?ver en str?cka p? cirka 50 km (l?ngre avst?nd ?r m?jliga) med en rumslig uppl?sning p? 0,5 m. Den minsta frekvensen f?r att erh?lla m?tinformation kan vara i storleksordningen en Hertz.

Kabellednings termiskt ?vervakningssystem som anv?nder en fiberoptisk sensor

Material tillhandah?llet av f?retaget "Inversion-Sensor"

P? grund av dess h?ga kostnad och h?ga tekniska betydelse ?r ett n?dfel p? h?gsp?nningsledningar en n?dsituation som kr?ver br?dskande och dyra reparationer. I m?nga fall ?r orsaken till kabelbrott lokal ?verhettning, vilket kan orsakas av en ?kning av str?mbelastningen i ledningen, f?rs?mring av kabelns kylningsf?rh?llanden l?ngs l?ngden, eller ?r resultatet av vissa defekter i isoleringen av kabeln. kabel och kopplingar.

Snabb identifiering av ?verhettade zoner i kablar och kopplingar ?r m?jlig med hj?lp av temperatur?vervakningssystem som anv?nder optisk fiber integrerad i kabeldesignen. Liknande system f?r att m?ta temperaturf?rdelningen l?ngs en kabellinje, utf?rda med effekten av att sprida en laserpuls i en optisk kabel, kallad Raman, implementeras nu intensivt i praktiken.

Det inhemskt producerade fiberoptiska systemet "ASTRO" (Inversia-Sensor-f?retaget) ?r designat f?r drift?vervakning av temperaturprofilen f?r h?gsp?nningskablar under drift.

Den optiska fibern ?r integrerad i designen av kabellinjen och ?r vanligtvis placerad i sk?rmomr?det, under den yttre manteln. Diagnostiska pulser s?nds periodiskt ut i den av en laser och det omv?nda reflekterade ljusfl?det registreras med hj?lp av en m?tanordning.

N?r parametrarna f?r den optiska fibern som ?r inbyggd i kabeln ?ndras under p?verkan av temperaturen, best?ms det lokala temperaturv?rdet f?r varje specifik sektion av kabellinjen.

Den lokala temperaturen vid varje specifik sektion av kabellinjen ber?knas med anv?ndning av tidsskillnaden mellan ?gonblicket f?r mottagning av pulsen som reflekteras fr?n varje sektion och ?gonblicket f?r emission av laserpulsen in i den optiska fibern. Genom att k?nna till ljusets utbredningshastighet i den m?tande optiska fibern ?r det m?jligt att exakt ber?kna den plats som spektrumet av den reflekterade optiska signalen motsvarar.

Snabb best?mning av temperaturprofilen f?r en kabelledning g?r att servicepersonalen effektivt kan anv?nda linjen med:

• Metoden f?r temperaturkontroll genom optisk spridning i reflekterade signaler m?jligg?r snabb m?tning av temperaturprofilen p? kablar med l?nga l?ngder, upp till 16 km. Detta g?r det m?jligt att kontrollera ut?kade objekt eller flera objekt samtidigt med en enhet och sl? p? dem i serie.
• Att k?nna till temperaturprofilen f?r en kabellinje g?r att du kan optimera dess belastning och rationellt ta h?nsyn till verklig klimatf?rh?llanden och lokala k?nnetecken f?r str?ckningen f?r alla sektioner av kabellinjen.
• Eftersom det fiberoptiska systemet m?ter temperaturen under kabelledningsmanteln, r?knar ?vervakningsmjukvaran om den till kabelledarens temperatur och best?mmer den transienta uppv?rmningsprocessen under en belastningsv?g. Detta ?r s?rskilt viktigt f?r att fastst?lla teknisk genomf?rbarhet?verf?ring av ytterligare kraft l?ngs kabellinjen, med h?nsyn till den mest uppv?rmda delen av kabeln.
• Med hj?lp av ASTRO-systemet ?r det m?jligt att best?mma platsen f?r h?ndelsen och bed?ma graden av utveckling av defekter ?tf?ljd av lokal uppv?rmning av enskilda sektioner av den kontrollerade kabelledningen.
• Du kan snabbt fastst?lla platsen f?r kabelbrott efter uppkomsten av d?dliga defekter eller n?ddynamiska effekter p? kabeln.

Kabelledningstemperatur?vervakningssystemet best?r strukturellt av tv? huvudelement - en optisk fiber l?ggs l?ngs kabellinjen, som ?r en distribuerad temperatursensor, och en m?tanordning med medel f?r att bearbeta och analysera prim?r information, installerad i ett skyddssk?p.

Om kabellinjen ursprungligen konstruerades f?r anv?ndning med ett temperatur?vervakningssystem, ?r den optiska fibern f?rinstallerad under kabelmanteln vid tillverkningsstadiet.

Om temperatur?vervakningssystemet ?r installerat p? en redan fungerande kabelledning, inuti vilken det inte finns n?gon optisk m?tfiber, s? l?ggs det utanf?r och fixeras s? n?ra kabeln som ?vervakas som m?jligt. Extern installationsmetod optisk fibersensor temperatur ?r mindre att f?redra, eftersom den har betydligt l?gre noggrannhet och ?r mer mottaglig f?r yttre temperaturp?verkan.

Kabelledningstemperatur?vervakningssystemsk?pet inkluderar direkt en m?tanordning av m?rket ASTRO, en industridator med specialiserad programvara f?r att bearbeta information, bed?ma tillst?ndet och f?ruts?ga en m?jlig ?kning av belastningen p? kabelledningen. En avbrottsfri str?mf?rs?rjning och alla n?dv?ndiga tekniska medel f?r kommunikation med den ?vre niv?n av det automatiserade processtyrningssystemet ?r ocks? installerade i sk?pet.

Den klimatiska utformningen av ?vervakningssystemets skyddssk?p best?ms av parametrarna f?r de tekniska specifikationerna f?r skapandet av systemet. Sj?lva sk?pet kan installeras bredvid avslutningen av den kontrollerade kabelledningen eller placeras p? ett avst?nd av upp till flera kilometer, beroende p? linjens l?ngd. P? utomhusinstallation Sk?pet ?r utrustat med ett internt temperaturkonditioneringssystem.

ASTRO-m?rket h?gsp?nningsledningstemperatur?vervakningssystem fungerar helt automatiskt, i enlighet med interna ber?kningar och expertalgoritmer och specificerade lokala inst?llningar f?r varje ?vervakat objekt.

Information om den aktuella driftstemperaturen f?r den ?vervakade kabelledningen och resultaten av expertdiagnostik visas st?ndigt p? sk?rmen p? den inbyggda industridatorn. Fullst?ndig information om linjens tillst?nd ?verf?rs till ett automatiskt processkontrollsystem p? h?gre niv? via optisk fiber som anv?nder standard IEC 61850-protokollet.

Tekniska parametrar f?r ASTRO-systemet

Introduktion

Olika omvandlare av icke-elektriska kvantiteter till elektriska har tagit sin plats inom m?nga omr?den av m?nsklig kunskap, och ?nnu mer inom medicinen. Det ?r sv?rt att f?rest?lla sig en modern l?kare som ?r engagerad i att diagnostisera olika sjukdomar och deras behandling utan att f?rlita sig p? ett stort antal prestationer inom s?dana vetenskaper som radioelektronik, mikroelektronik, metrologi och materialvetenskap. Och ?ven om sensorer ?r ett av de l?ngsammaste utvecklingsomr?dena inom medicinsk elektronik, och all elektronik i allm?nhet, inneh?ller den stora majoriteten av diagnostiska och terapeutiska enheter och system direkt eller indirekt m?nga olika givare och elektroder, utan vilka det ibland ?r ot?nkbart att det h?r systemet fungerar. .

Vissa typer av sensorer kommer att diskuteras i det presenterade arbetet. En viss sv?righet ligger i det enorma utbudet av medicinska sensorer, s?v?l som i det ganska lilla antalet publikationer relaterade till detta ?mne.

Fiberoptiska sensorer

Optoelektronik ?r ett ganska nytt omr?de inom vetenskap och teknik som uppstod i sk?rningspunkten mellan optik och elektronik. Det b?r noteras att i utvecklingen av radioteknik fr?n b?rjan av 1900-talet har det funnits en konstant trend mot utvecklingen av elektromagnetiska v?gor med allt h?gre frekvenser.

En viktig punkt i utvecklingen av optoelektronik ?r skapandet av optiska fibrer. Forskningen blev s?rskilt intensiv i slutet av 1960-talet, och utvecklingen 1970 av det amerikanska f?retaget Corning av kvartsfiber med l?g d?mpning (20 dB/km) var en epokg?rande h?ndelse och fungerade som ett incitament f?r att ?ka takten i forskning och utveckling under hela 1970-talet.

Optisk fiber ?r vanligtvis en av tv? typer: enkell?ge, d?r endast ett l?ge fortplantar sig (typen av distribution av det ?verf?rda elektromagnetiska f?ltet), och multimode - med ?verf?ring av m?nga (ungef?r hundra) l?gen.

Strukturellt skiljer sig dessa typer av fibrer endast i diametern p? k?rnan - den ljusledande delen, inuti vilken brytningsindexet ?r n?got h?gre ?n i den perifera delen - bekl?dnaden.

Medicinsk teknik anv?nder b?de multimode och single-mode optiska fibrer. Multimode-fibrer har en stor k?rndiameter (cirka 50 mikron), vilket g?r dem l?ttare att koppla till varandra. Men eftersom gruppljushastigheten ?r olika f?r varje l?ge, n?r en smal ljuspuls s?nds, expanderar den (?kar spridningen). J?mf?rt med multimode-fibrer ?r f?rdelarna och nackdelarna med single-mode-fibrer omv?nda: spridningen minskar, men den lilla (5 - 10 mm) k?rndiametern g?r det mycket sv?rare att ansluta fibrer av denna typ och inf?ra en laserljusstr?le i dem.

Som ett resultat har singelmodsoptiska fibrer funnit prim?r anv?ndning i kommunikationslinjer som kr?ver h?ga informations?verf?ringshastigheter (h?grankade linjer i den hierarkiska strukturen av kommunikationslinjer), medan multimodoptiska fibrer oftast anv?nds i kommunikationslinjer med en relativt l?g informations?verf?ringshastighet. Det finns s? kallade koherenta fiberoptiska l?nkar, d?r endast single-mode fibrer ?r l?mpliga. I en optisk multimodfiber minskar koherensen hos mottagna ljusv?gor, s? dess anv?ndning i koherenta kommunikationslinjer ?r opraktisk, vilket f?rutbest?mde anv?ndningen av endast enkelmodsoptiska fibrer i s?dana linjer.

Tv?rtom, ?ven om man anv?nder optiska fibrer f?r sensorer, f?rekommer ?ven ovanst?ende faktorer, men i m?nga fall ?r deras roll annorlunda. I synnerhet n?r man anv?nder optiska fibrer f?r koherenta m?tningar, n?r en interferometer bildas av dessa fibrer, ?r en viktig f?rdel med singelmodsfibrer f?rm?gan att ?verf?ra information om fasen av en optisk v?g, vilket inte ?r m?jligt med multimodfibrer. D?rf?r beh?vs i det h?r fallet endast enmods optisk fiber, som i koherenta kommunikationslinjer.

I praktiken ?r dock anv?ndningen av enkelmodsoptisk fiber vid m?tningar ovanlig p? grund av dess l?ga spridning. Inom sensoroptoelektronik, med undantag f?r interferometersensorer, anv?nds s?ledes optiska multimodfibrer. Denna omst?ndighet f?rklaras ocks? av det faktum att l?ngden p? de optiska fibrerna som anv?nds i sensorer ?r mycket kortare ?n i optiska kommunikationssystem.

Det ?r n?dv?ndigt att notera de allm?nna f?rdelarna med optiska fibrer:

• · bredband (f?rv?ntas vara upp till flera tiotals terahertz);
• · l?ga f?rluster (minst 0,154 dB/km);
• · liten (cirka 125 mikron) diameter;
• · l?g (ungef?r 30 g/km) vikt;
• · elasticitet (minsta b?jningsradie 2 MM);
• · mekanisk h?llfasthet (t?l dragbelastning p? cirka 7 kg);
• · fr?nvaro av ?msesidig st?rning (?verh?rning av den typ som inom telefoni kallas "?verg?ngskonversationer");
• · icke-induktiv (n?stan ingen p?verkan elektromagnetisk induktion, och f?ljaktligen negativa fenomen associerade med blixtarladdningar, n?rhet till kraftledningar, str?mpulser i kraftn?tet);
• · explosionss?kerhet (garanterad av fiberns absoluta of?rm?ga att orsaka en gnista);
• · h?g elektrisk isoleringsh?llfasthet (till exempel kan en 20 cm l?ng fiber motst? sp?nningar upp till 10 000 V);
• · h?g korrosionsbest?ndighet, speciellt mot kemiska l?sningsmedel, oljor, vatten.

I praktiken har anv?ndningen av fiberoptiska sensorer h?gsta v?rde de fyra sista fastigheterna. S?dana egenskaper som elasticitet, liten diameter och vikt ?r ocks? ganska anv?ndbara. Bredband och l?ga f?rluster ?kar avsev?rt kapaciteten hos optiska fibrer, men dessa f?rdelar realiseras inte alltid av sensorutvecklare. Men ur en modern synvinkel, eftersom expansionen funktionalitet Med fiberoptiska sensorer kommer denna situation gradvis att f?rb?ttras inom en snar framtid.

Som kommer att visas nedan, i fiberoptiska sensorer, kan den optiska fibern anv?ndas helt enkelt som en transmissionsledning, eller s? kan den spela rollen som det k?nsligaste elementet i sensorn. I det senare fallet anv?nds fiberns k?nslighet f?r det elektriska f?ltet (Kerr-effekten), magnetf?lt(Faraday-effekt), vibration, temperatur, tryck, deformation (till exempel b?jning). M?nga av dessa effekter i optiska kommunikationssystem bed?ms som nackdelar, men i sensorer anses deras utseende snarare vara en f?rdel som b?r utvecklas.

Moderna fiberoptiska sensorer kan m?ta n?stan allt. Till exempel tryck, temperatur, avst?nd, position i rymden, rotationshastighet, linj?r hastighet, acceleration, vibrationer, massa, ljudv?gor, v?tskeniv?, deformation, brytningsindex, elektriskt f?lt, elektrisk str?m, magnetf?lt, gaskoncentration, str?lningsdos str?lning. Hela endoskopitekniken ?r baserad p? anv?ndningen av buntar av s?dana fibrer.

Om vi klassificerar fiberoptiska sensorer utifr?n anv?ndningen av optisk fiber i dem, s? kan de grovt delas in i sensorer d?r optisk fiber anv?nds som ?verf?ringsledning och sensorer d?r den anv?nds som avk?nningselement . Sensorer av transmissionslinjetyp anv?nder i f?rsta hand optiska fibrer i flera l?gen, medan sensorer av ber?ringstyp vanligtvis anv?nder optiska fibrer av eng?ngstyp.

Med hj?lp av fiberoptiska sensorer med optisk fiber som transmissionsledning kan f?ljande fysiska storheter m?tas:

• · s?ndartyp: temperatur (baserat p? att m?ta f?r?ndringar i konstant luminescens i multimodfibrer, i intervallet 0 - 70 °C med en noggrannhet p? ± 0,04 °C);
• · sensor av reflekterande typ: syrekoncentration i blodet (en f?r?ndring i spektralkarakt?ristiken intr?ffar, intensiteten av reflekterat ljus detekteras, den optiska fibern ?r buntad, med ?tkomst genom en kateter).

Om den optiska fibern i sensorn anv?nds som ett avk?nningselement ?r f?ljande applikationer m?jliga:

• · Michelson interferometer l?ter dig m?ta puls, blodfl?deshastighet: med hj?lp av dopplereffekten kan vi detektera slagfrekvensen - b?de singelmods- och multimodefibrer anv?nds; m?tomr?de: 10 -4 - 10 8 m/s.
• Baserat p? en icke-interferometrisk struktur ?r det m?jligt att bygga en sensor som l?ter dig best?mma dosen joniserande str?lning, det fysiska fenomenet som anv?nds ?r bildandet av ett f?rgningscentrum, det detekterade v?rdet ?r intensiteten hos det transmitterade ljuset.

F?r att sammanfatta m?ste det s?gas att huvudelementen i en fiberoptisk sensor ?r: optisk fiber, ljusemitterande (ljusk?lla) och ljusmottagande enheter, ett optiskt k?nsligt element.

Dessutom kr?vs speciella ledningar f?r att kommunicera mellan dessa element eller f?r att bilda ett m?tsystem med en sensor. Vidare, f?r den praktiska implementeringen av fiberoptiska sensorer, kr?vs element av systemteknik, som tillsammans med ovanst?ende element och kommunikationslinjen bildar ett m?tsystem

Klassificering av huvudstrukturerna f?r fiberoptiska sensorer:

• · med f?r?ndringar i fiberegenskaper (inklusive specialfibrer);
• · med f?r?ndringar i parametrarna f?r det transmitterade ljuset;
• · med ett k?nsligt element i ?nden av fibern.

Funktionsprincipen f?r fiberoptiska sensorer ?r baserad p? omvandlingen av uppm?tta fysiska m?ngder till en modulerad ljussignal med dess efterf?ljande ?verf?ring ?ver en fiberoptisk kommunikationslinje, avkodning och anv?ndning. Ljus som genereras av en laser, lysdiod eller annan anordning kan moduleras i amplitud, fas, frekvens, pulsbredd och polarisation. Vid behov f?rst?rks eller d?mpas modulerade ljussignaler, s?nds ?ver ett avst?nd och omvandlas fr?n optiskt till digitalt och vice versa. Baserat p? karakt?ren av att anv?nda egenskaperna hos optisk fiber, kan fiberoptiska sensorer delas in i tv? klasser - externa och interna.

Externa sensorer anv?nder fiberlinjer endast som ett massivt element f?r att ?verf?ra en optisk signal fr?n en punkt till en annan, fr?n en ljusk?lla till en sensor och fr?n en sensor till en detektor. Resultatet av att bed?ma de uppm?tta kvantiteterna eller egenskaperna hos ett fenomen, uppfattat av externa fiberoptiska enheter, beror inte i sig p? fiberns egenskaper, eftersom f?ljande fenomen b?r m?tinformation: avbrott i ljusfl?det, reflektion av ljus, filtrering av ljusets v?gl?ngd och transmission vid olika v?gl?ngder, f?r?ndring i energistr?lning som tillf?rs den fiberoptiska linjen. Sensorer som anv?nder avbrott av ljus som s?nds mellan tv? sektioner av en fiberoptisk linje ?r mycket vanliga och ganska flexibla enheter. Funktionen av sensorerna ?r baserad p? principen att blockera ljusstr?len. Ett exempel p? denna typ av sensor ?r en r?knare f?r delar som matas till ett l?pande band eller f?rpackning.

En sensor som p?verkar intensiteten av ljus som kommer in i en optisk fiber ?r i princip kapabel att p?verka f?rgen eller frekvensspektrumet f?r signalen som s?nds in i den fiberoptiska ledningen. S?dana spektrala modulatorer ?r grunden f?r m?tsystem som involverar filtrering av ljusv?gl?ngder och s?ndning vid olika v?gl?ngder. De anv?nds f?r att best?mma n?rvaron och det kvantitativa f?rh?llandet mellan olika komponenter i flytande blandningar, utseendet av f?rgad r?k i slutna volymer, f?rgade komponenter i glas och hartser, och ?ven m?ta temperaturen vid vilken f?rgen p? vissa medier, s?som kristaller, f?r?ndringar.

Sensorer f?r att m?ta ljusintensitet eller optisk effekt kan anv?ndas f?r att k?nna av positionen f?r en del eller elektronikkomponent p? en transport?r eller gripare. Sensorn reagerar p? otillr?cklig belysning av detektorn eller felaktig belysning av en eller tv? slitsar och signalerar behovet av att korrigera delens position. Liknande enheter anv?nds ofta i robotmonteringslinjer. Eftersom de reagerar p? relativa f?r?ndringar i belysningen ?r noggrannheten i deras avl?sningar oberoende av f?r?ndringar i intensiteten hos ljuset som genereras av dess k?lla.

I interna sensorer ?r det aktiva elementet den optiska fibern sj?lv, som ?ndrar dess s?ndningsegenskaper. Optisk linje(eller dess sektion) ?r samtidigt sensorer. Den uppm?tta parametern p?verkar p? ett eller annat s?tt fiberns egenskaper, och f?ljaktligen egenskaperna hos ljusstr?len som s?nder genom den. I detta fall kan grupp- eller fashastigheten f?r utbredning och den optiska effekten som absorberas i den fiberoptiska ledningen ?ndras.

Funktionsprincipen f?r sensorer som registrerar f?r?ndringar i ljusets polarisationsvinkel efter att det passerat genom en fiberoptisk linje ?r baserad p? fenomenet rotation av polarisationsplanet p? grund av modifiering av den optiska indikatorn f?r en optisk fiber n?r den uts?tts f?r en elektromagnetiskt f?lt. F?r detta ?ndam?l anv?nds den magneto-optiska Faraday-effekten, som f?rekommer i m?nga glasartade material.

F?r robotar och automatiska l?pande band kr?vs en mycket k?nslig ber?ringssensor som ska vara enkel, billig, liten, ha l?g kod, stabila egenskaper ?ver tid och motst?ndskraft mot elektromagnetiska f?lt. I en av dessa sensorer kommer en ljusstr?le fr?n en k?lla, som passerar genom en splitter, en fiberoptisk panna och en polarisator, in i en sensor som m?ter ljusets spektrala sammans?ttning med minimalt tryck (touch). Fr?n sensorn, med hj?lp av en spegel, ?terf?rs ljus med en uppm?tt spektral sammans?ttning via en fiberoptisk kabel och splitter till filtret, och d?rifr?n till det k?nsliga elementet och utsignalmottagaren. Anordningens optiska k?nslighet beror p? tryck och material. Vid temperaturm?tning kan ett m?telement p? en halvledarenhet, som ?r en tunn halvledarplatta innesluten mellan bitar av glasfiber genom vilka en ljussignal s?nds, anv?ndas som en diskret optisk sensor. Hela sensorn ?r innesluten i ett rostfritt st?lr?r. Ljus tillf?rs till och fr?n sensorn via en multimode optisk fiber. Omr?det av v?gl?ngder ?ver vilka energi ?verf?rs av en halvledarskiva ?kar linj?rt. Sensorn ?r designad f?r att m?ta temperaturer fr?n 243 till 573 K.

1. Till?mpad optik: L?robok. manual / L.G.Bobchuk, Yu.V.Bogachev, N.P.Zakaznov och andra; Under allm?nt ed. N.P. Zakaznova. M.: Maskinteknik, 1988. -312 sid.
2. Tekniska visionsystem (grundl?ggande, h?rdvara och matematiskt st?d) / A.N. Pisarevsky, A.F. Chernyavsky, G.A. Under allm?nt ed. A.N. Pisarevsky, A.F. Chernyavsky. L.: Maskinteknik. Leningr. avdelningen, 1988. 424 sid.