Увод у оптичке сензоре и њихове типове са апликацијама

Испробајте Наш Инструмент За Елиминисање Проблема





1960. године је изумљено ласерско светло и након проналаска ласера ​​истраживачи су показали интересовање за проучавање примена оптичких комуникационих система за очитавање, пренос података и многе друге примене. После тога оптички комуникациони систем је постао крајњи избор за гигабите и даље од гигабитског преноса података. Ова врста оптичке комуникације користи се за пренос података, гласа, телеметрије и видеа путем велике комуникације или рачунарских мрежа или ЛАН-ова. Ова технологија користи светлосни талас за пренос података преко влакна мењајући електронске сигнале у светлост. Неке од изврсних карактеристичних карактеристика ове технологије укључују малу тежину, мало слабљење, мањи пречник, пренос сигнала на велике даљине, сигурност преноса итд.

Оптички сензори

Оптички сензори



Значајно је телекомуникациона технологија је променио недавни напредак у технологији оптичких влакана. Последња револуција појавила се као дизајнери који комбинују продуктивне резултате оптоелектронски уређаји са оптичко-оптичко-телекомуникационим уређајима за стварање оптичких сензора. Многе компоненте повезане са овим уређајима често су развијене за апликације оптичких влакана. Способност оптичких сензора повећала се уместо традиционалних сензора.


Оптички сензори

Оптички сензори који се називају и сензори оптичких влакана користе оптичка влакна или сензорски елемент. Ови сензори се користе за откривање неких величина попут температуре, притиска, вибрација, померања, ротација или концентрације хемијских врста. Влакна се толико користе у пољу даљинског очитавања, јер не захтевају електричну енергију на удаљеном месту и имају мале величине.



Оптички сензори су врхунски за несензибилне услове, укључујући буку, јаке вибрације, екстремне врућине, мокро и нестабилно окружење. Ови сензори могу лако да се уклопе у мале површине и могу се правилно поставити где год су потребна флексибилна влакна. Помак таласне дужине може се израчунати помоћу уређаја, оптичке рефлектрометрије у опсегу фреквенција. Временско кашњење оптичких сензора може се одредити помоћу уређаја као што је оптички рефлектометар у временској домени.

Блок дијаграм оптичког сензора

Блок дијаграм оптичког сензора

Општи блок дијаграм оптичког сензора приказан је горе. Блок дијаграм се састоји од оптичког извора ( Светлећа диода , ЛАСЕР и ласерска диода), оптичка влакна, сензорски елемент, оптички детектор и уређаји за крајњу обраду (анализатор оптичког спектра, осцилоскоп). Ови сензори су класификовани у три категорије на основу принципа рада, положаја и примене сензора.

Врсте оптичко-оптичких сензорских система

Ови сензори се могу класификовати и објаснити на следећи начин:


1. На основу локације сензора, оптички сензори су класификовани у две врсте:

  • Уграђени оптички сензори
  • Екстринзични оптички сензор

Оптички сензори са унутрашњим типом

Код ове врсте сензора, сензација се одвија унутар самог влакна. Сензори зависе од својстава самог оптичког влакна да претворе околинско дејство у модулација светлосног зрака који пролази кроз њега. Овде једно од физичких својстава светлосног сигнала може бити у облику фреквенције, фазе, интензитета поларизације. Најкориснија карактеристика сопственог оптичког сензора је што пружа дистрибуирано очитавање на великим даљинама. Основни концепт сопственог оптичког сензора приказан је на следећој слици.

Оптички сензори са унутрашњим типом

Оптички сензори са унутрашњим типом

Оптички сензори спољног типа

У оптичким сензорима спољног типа, влакно се може користити као носач информација који показује пут до црне кутије. Он генерише светлосни сигнал у зависности од информација које су стигле до црне кутије. Црна кутија може бити направљена од огледала,гас или било који други механизам који генерише оптички сигнал. Ови сензори се користе за мерење ротације, брзине вибрација, померања, увијања, обртног момента и убрзања. Главни корист ових сензора је њихова способност да дођу до места која су иначе недостижна.

Оптички сензори спољног типа

Оптички сензори спољног типа

Најбољи пример овог сензора је мерење унутрашње температуре авионског млазног мотора који користи влакно за пренос зрачења у пирометар зрачења, који се налази изван мотора. На исти начин, ови сензори се такође могу користити за мерење унутрашње температуре уређаја трансформатори . Ови сензори пружају одличну заштиту мерних сигнала од оштећења буке. Следећа слика приказује основни концепт екстринзичног оптичког сензора.

2. На основу принципа рада, оптички сензори су класификовани у три врсте:

  • На основу интензитета
  • На основу фазе
  • На основу поларизације

Оптички сензор заснован на интензитету

Оптички сензори засновани на интензитету захтевају више светлости и ови сензори користе влакна са великим језгром у више модова. Приказана слика даје идеју о томе како интензитет светлости делује као сензорски параметар, као и како овај аранжман чини влакно да ради као сензор вибрација. Када постоји вибрација, доћи ће до промене светлости уметнуте с једног на други крај и то ће створити интелигенцију за мерење амплитуде вибрације.

Оптички сензор заснован на интензитету

Оптички сензор заснован на интензитету

На слици ближи оптички и сензор вибрација зависе од интензитета светлости у каснијим деловима. Ови сензори имају многа ограничења због променљивих губитака у систему који се не јављају у околини. Ови променљиви губици укључују губитке због спајања, губитке микро и макро савијања, губитке због спојева на зглобовима итд. Примери укључују сензоре засноване на интензитету или сензор микро савијања и сензор непролазног таласа.

Предности ових сензора са оптичким влакнима укључују ниску цену, способност да се понашају као прави дистрибуирани сензори, врло једноставни за примену, могућност мултиплексирања итд. Недостаци укључују варијације у интензитету светлости и релативна мерења итд.

Оптички сензор на бази поларизације

Оптичка влакна заснована на поларизацији су важна за одређену класу сензора. Ово својство може једноставно да се модификује помоћу различитих спољних променљивих, а самим тим и ових врсте сензора може се користити за мерење низа параметара.Развијена су посебна влакна и друге компоненте са тачним поларизацијским карактеристикама. Генерално се користе у разним апликацијама мерења, комуникације и обраде сигнала.

Оптички сензор на бази поларизације

Оптички сензор на бази поларизације

Оптичка поставка за оптички сензор заснован на поларизацији је приказана горе. Обликује се поларизацијом светлости из извора светлости кроз поларизатор. Поларизована светлост започиње на 45 ° до изабраних оса дужине двопреломног влакна које штити поларизацију. Овај део влакна служи као сензорско влакно. Затим се фазна разлика између два поларизациона стања мења под било којим спољним поремећајима као што су напрезање или деформација. Тада се према спољним сметњама излазна поларизација мења. Тако се разматрањем стања излазне поларизације на следећем крају влакна могу детектовати спољне сметње.

Фазни оптички сензор

Ове врсте сензора користе се за промену емитерског светла на информационом сигналу при чему сигнал посматра фазни оптички сензор. Када се кроз интерферометар прође светлосни сноп, светлост се раздваја на два снопа. При томе је један сноп изложен сензорском окружењу, а други сноп је изолован од сензорског окружења, што се користи као референца. Једном када се две одвојене греде поново комбинују, оне се међусобно спречавају. Најчешће коришћени интерферометри су Мицхелсон, Мацх Зехндер, Сагнац, решеткасти и полариметријски интерферометри. Овде су доле приказани Мацх Зехндер и Мицхелсон интерферометри.

Фазни оптички сензор

Фазни оптички сензор

овде постоје разлике и сличности између два интерферометра. Што се тиче сличности, Мицхелсон-овим интерферометром се често сматра преклопљени Мацх Зехндер-ов интерферометар. За конфигурацију Микелсоновог интерферометра потребан је само један спојник оптичких влакана. Будући да светлост два пута пролази кроз осетљива и референтна влакна, оптички фазни помак по јединици дужине влакна се удвостручује. Дакле, Микелсонови канесенцијално имају бољу осетљивост. Још једна јасна предност Мицхелсона је што се сензор може испитивати само једним влакном између извора и модула за детекцију извора. Али, за Мицхелсон-ов интерферометар потребно је квалитетно рефлектујуће огледало

3. На основу примене, оптички сензори су класификовани у три врсте као што су

  • Хемијски сензор
  • Физички сензор
  • Био медицински сензор

Хемијски сензор

Хемијски сензор је уређај који се користи за трансформисање хемијских информација у облику мерљивог физичког сигнала који је повезан са концентрацијом одређене хемијске врсте. Хемијски сензор је важна компонента аналита и може садржати неке уређаје који изводе следеће функције: обрада сигнала, узорковање и обрада података. Анализатор може бити важан део аутоматизованог система.

Хемијски сензор

Хемијски сензор

Рад анализатора према плану узорковања у функцији времена делује као монитор. Ови сензори укључују две функционалне јединице: рецептор и претварач. У делу рецептора, хемијске информације се трансформишу у енергију која се може мерити претварачем. У делу претварача, хемијске информације се трансформишу у аналитички сигнал и не показују осетљивост.

Физички сензор

Физички сензор је уређај који је направљен у складу са физичким ефектом и природом. Ови сензори се користе за пружање информација о физичким својствима система. Ову врсту сензора углавном означавају сензори попут фотоелектричних сензора, пиезоелектрични сензори , метални сензори отпорних сојева и полупроводнички пиезо-отпорни сензори.

Био медицински сензор

Биомедицински сензор је електронски уређај који се користи за пренос различитих неелектричних величина у биомедицинским пољима у лако уочљиве електричне величине. Из овог разлога, ови сензори су укључени у анализу здравствене заштите. Ова технологија очитавања је кључ за прикупљање људских патолошких и физиолошких информација.

Био медицински сензор

Био медицински сензор

Примене оптичких сензора

Оптички сензори се користе у различитим апликацијама, као што су

  • Мерење физичких својстава као што су температура, померање,брзина, напрезање у структури било које величине или било ког облика.
  • У реалном времену, праћење физичке структуре здравља.
  • Зграде и мостови, тунели,Бране, баштинске грађевине.
  • Камера за ноћни вид, електронски сигурносни системи , Детекција делимичног пражњења и мерење оптерећења точкова возила.

Дакле, преглед оптички сензори и расправљало се о апликацијама. Много је предности употребе оптичких сензора за комуникацију на велике даљине које укључују мале величине, малу тежину, компактност, високу осетљивост, широку пропусност итд. Све ове карактеристике на најбољи начин користе оптичко влакно као сензор. Осим овога, за било какву помоћ у вези са овом темом или пројектне идеје засноване на сензорима , можете нас контактирати коментаром у одељку за коментаре испод.

Фото кредити: