Оптичний світловий сигнал відображається
Волоконно-оптична система зондування почалася в 1977 році і швидко розвивалася з розвитком технологій волоконно-оптичного зв'язку. Система оптичного волоконного зондування є важливим показником для вимірювання ступеня інформатизації в країні. Від Ханчжоу Інтернету речей і Sensing System Application Forum, система оптичного волокна широко використовувалася у військових, оборонних, аерокосмічних, промислових і гірничих підприємствах, енергетиці та охороні навколишнього середовища, промисловому контролі, медичному та охороні здоров'я, вимірюванні та випробуваннях, будівництві , побутова техніка та інші галузі. величезний ринок. У світі є сотні волоконно-оптичних систем зондування, такі як температура, тиск, потік, переміщення, вібрація, обертання, вигин, рівень рідини, швидкість, прискорення, звукове поле, струм, напруга, магнітне поле і випромінювання. Зондування.
Оптичне волокно робочої смуги частот, великий динамічний діапазон, підходить для дистанційного дистанційного керування, це відмінна лінія передачі з низькими втратами; при певних умовах оптичне волокно особливо легко приймає вимірювання або польове навантаження, є чудовим чутливим компонентом; оптичне волокно само по собі не заряджено, невеликий розмір, легка вага, легко згинається, антиелектромагнітні перешкоди, хороша радіаційна стійкість, особливо підходить для використання в жорстких умовах, таких як горючий, вибухонебезпечний, обмежений простір і сильні електромагнітні перешкоди. Таким чином, волоконно-оптичні сенсорні технології отримали велику увагу з моменту свого створення, і був досліджений і застосовується практично у всіх областях, стаючи попередником чутливої технології і сприяючи енергійному розвитку сенсорних технологій.
Зондування оптичного волокна, включаючи сприйняття і передачу зовнішніх сигналів (виміряні). Так зване сприйняття (або чутливість) відноситься до фізичних характеристичних параметрів світлової хвилі, що передається зовнішнім сигналом відповідно до її змінюваного закону, таким як інтенсивність (потужність), довжина хвилі, частота, фаза і стан поляризації, і зміна Виміряний оптичний параметр - це "Сприймає" зміни зовнішніх сигналів. Це "сприйняття" по суті є зовнішнім сигналом, який модулює світлові хвилі, що поширюються в волокні в реальному часі. Так звана передача означає, що оптичне волокно передає оптичну хвилю, модульовану зовнішнім сигналом, на фотоприймач для детектування, витягує зовнішній сигнал з оптичної хвилі і виконує обробку даних по мірі необхідності, тобто демодуляцію. Таким чином, волоконно-оптична сенсорна технологія включає в себе як модуляційні, так і демодуляційні методи, а саме, як зовнішній сигнал (виміряний) модулює параметри оптичної хвилі в оптичному волокні (або метод навантаження) і як витягувати зовнішній сигнал з модульованої світлової хвилі ( Метод демодуляції (або метод виявлення), що вимірюється).
Частина зовнішнього сигналу, що модулює оптичні параметри в датчику волокна, називається областю модуляції. Відповідно до співвідношення між областю модуляції і оптичним волокном, модуляцію можна розділити на дві категорії. Один тип є функціональною модуляцією, і область модуляції розташована в оптичному волокні. Зовнішній сигнал модулює оптичну хвилю шляхом безпосередньої зміни певних характеристик передачі оптичних волокон. Такий волоконно-оптичний датчик називається функціональним типом (функціональне волокно, тип FF для короткого) або волоконно-оптичним датчиком внутрішнього типу, а також стає внутрішнім датчиком типу модуляції, а оптичне волокно має функції "передачі" і "зондування". Приймальне волокно, приєднане до джерела світла, і приймаюче волокно, з'єднане з фотоприймачем, є безперервним волокном, що називається сенсорним волокном, тому функціональний датчик волокна також називається сенсором волокна або сенсором волокон. Інший тип - нефункціональна модуляція. Зона модуляції знаходиться поза оптичного волокна. Зовнішній сигнал модулюється пристроєм зовнішньої модуляції для оптичної хвилі, що входить в оптичне волокно. Цей тип оптичного волоконного датчика називається не функціональним волокном (NFF) або зовнішнім. Тип волоконно-оптичного датчика, передає волокно і приймаюче волокно служать тільки для передачі світлових хвиль, які називаються світлопропускаючими волокнами, і не мають безперервності. Таким чином, нефункціональний волоконно-оптичний датчик також називається світлопропускаючим волоконним датчиком або зовнішньо-модульованим датчиком волокна.
Відповідно до зміни фізичних характеристичних параметрів світлової хвилі, модульованої зовнішнім сигналом, модуляцію світлової хвилі можна розділити на п'ять типів: модуляцію інтенсивності світла, оптичну частотну модуляцію, оптичну модуляцію довжин хвиль, оптичну фазову модуляцію і поляризацію модуляції.
Оскільки будь-який існуючий фотоприймач може реагувати тільки на інтенсивність світла і не може безпосередньо реагувати на частоту, довжину хвилі, фазу і сигнал модуляції поляризації світла, він повинен бути перетворений в сигнал інтенсивності деякою методикою перетворення. Отримувати і здійснювати виявлення.
Класифікація застосування технології оптичного волокна
Модуляція інтенсивності світла
Світловий акцент є відносно простим і широко використовуваним методом модуляції в волоконно-оптичній сенсорній технології. Основним принципом є використання порушення зовнішнього сигналу (виміряного) для зміни інтенсивності (тобто модуляції) світла (світла широкого спектру або конкретного світла довжини хвилі) у волокні, а потім вимірювання інтенсивності вихідного світла (демодуляції) до досягти зовнішнього сигналу. Вимірювання.
Фазова модуляція
Оптична фазова модуляція відноситься до зміни фази світлової хвилі, що поширюється в оптичному волокні відповідно до певного закону зовнішнього сигналу (виміряного), а величина зміни оптичної фази відображає виміряну зовнішню величину.
Як правило, в технології волоконно-оптичного зондування використовуються три типи оптичної фазової модуляції. Один тип є функціональною модуляцією, і зовнішній сигнал змінює геометричний розмір і показник заломлення чутливого волокна за допомогою ефекту деформації сили, ефекту термічної деформації, еластичного світлового ефекту і термооптичного ефекту оптичного волокна, тим самим викликаючи зміну оптичної фази в оптичному волокні. Для досягнення модуляції оптичної фази. Другий тип - модуляція ефекту Саньяка. Зовнішній сигнал (обертання) не змінює параметри самого волокна. Замість цього кругове волокно в інерційному полі обертається для створення відповідної оптичної різниці шляхів між двома променями, які поширюються в протилежних напрямках. Модуляція оптичної фази. Третій тип - це нефункціональна модуляція, тобто модуляція оптичної фази в оптичному волокні шляхом зміни відмінності шляху оптичної хвилі в оптичному волокні за межами чутливого волокна.
Поляризаційна модуляція
Поляризаційна модуляція означає, що зовнішній сигнал (виміряний) викликає регулярне відхилення (оптичне обертання) або двопроменезаломлення площини поляризації світлової хвилі в волокні певним чином, викликаючи тим самим зміну поляризаційної характеристики світла, виявлення зміни поляризаційного стану світла. Можна виміряти, що зовнішній світ вимірюється.
Модуляція довжини хвилі
Зовнішній сигнал (виміряний) змінює довжину хвилі прохідного світла в оптичному волокні за допомогою вибору частоти, фільтрації і т.д., і виміряна зміна довжини хвилі може бути виявлена і виміряна. Цей тип модуляції називається оптичною модуляцією довжини хвилі.
Сучасні методи оптичної модуляції довжини хвилі в основному є вибором і фільтрацією оптичних частот. Загальноприйняті методи модуляції довжини хвилі в основному включають в себе зовнішні методи модуляції, такі як інтерферометрична фільтрація FP, фільтрація двополюшного поляризації Riot і різні спектральні виділення зміщення. Протягом останніх 20 років технологія фільтрування волоконних грат, що розвивалася швидко в останні роки, відкрила нові перспективи для функціональної технології модуляції довжин хвиль.
Тип частотної модуляції
Оптична частотна модуляція означає, що зовнішній сигнал (виміряний) модулює частоту оптичної хвилі, що передається в оптичному волокні, а зміщення частоти відображає виміряну. В даний час в методі Доплера використовують більше методів модуляції, тобто зовнішній сигнал модулює частоту оптичної хвилі в приймаючому волокні за допомогою ефекту Доплера, який є нефункціональною модуляцією.
Характеристики датчика:
Висока чутливість і стійкість до електромагнітних перешкод. Оскільки система виявлення волоконного датчика важко перешкоджати зовнішньому полю, і оптичний сигнал не взаємодіє з електромагнітною хвилею під час передачі, і на нього не впливають ніякі електричні шуми. Завдяки цій особливості волоконний датчик отримують при виявленні енергосистеми. широко використовуваний.
Волокно має хорошу гнучкість і міцність, тому датчик може бути виконаний у різних формах відповідно до потреб інспекції на місці.
Виміряна смуга частот і діапазон динамічних відповідей великі.
Він має сильну переносимість і може бути виконаний у сенсорах різних фізичних величин, включаючи звукове поле, магнітне поле, тиск, температуру, прискорення, переміщення, рівень рідини, потік, струм, випромінювання тощо.
Він легко вбудовується і легко підключається до комп'ютерів і волоконно-оптичних систем, що дозволяє легко здійснювати телеметрію і керувати системою.
Приклад :
Технологія оптичного волокна в інспекції будівельних конструкцій
Технологія зчитування оптичного волокна при виявленні мостів
Технологія оптичного волокна в геотехнічній механіці та техніці
Військове застосування технології оптичного волоконного зондування