Capteur à fibre optique

- Dec 28, 2020-

Le capteur à fibre optique est un capteur qui convertit l'état de l'objet mesuré en un signal lumineux mesurable. Le principe de fonctionnement du capteur à fibre optique est d'envoyer le faisceau lumineux incident de la source lumineuse au modulateur via la fibre optique, et d'interagir avec les paramètres mesurés externes dans le modulateur pour rendre les propriétés optiques de la lumière telles que l'intensité lumineuse, la longueur d'onde , fréquence, phase, état de polarisation, etc. Il change et devient un signal optique modulé, qui est ensuite envoyé au dispositif optoélectronique par la fibre optique, et le paramètre mesuré est obtenu après le démodulateur. Dans l'ensemble du processus, le faisceau lumineux est introduit à travers la fibre optique, puis émis après avoir traversé le modulateur. La fonction de la fibre optique est d'abord de transmettre le faisceau lumineux, et d'autre part d'agir en tant que modulateur optique.

Direction du développement
Les capteurs évoluent dans le sens de la sensibilité, de la précision, de l'adaptabilité, de la compacité et de l'intelligence. Dans ce processus, les capteurs à fibre optique, un nouveau membre de la famille de capteurs, sont très populaires. La fibre optique a de nombreuses excellentes propriétés, telles que: des performances d'interférence de rayonnement anti-électromagnétique et atomique, un petit diamètre, des propriétés mécaniques souples et légères; isolation, propriétés électriques non inductives; résistance à l'eau, résistance aux températures élevées, résistance à la corrosion, propriétés chimiques, etc., il peut jouer le rôle d'oreilles humaines dans des endroits que les gens ne peuvent pas atteindre (tels que les zones à haute température) ou des zones nocives pour l'homme (telles que les zones de rayonnement nucléaire ), et il peut également transcender les frontières physiologiques humaines et recevoir les sens humains. Informations externes que vous ne pouvez pas ressentir.

traits

1. En raison de l'utilisation de prismes dans le réflecteur, il a des performances de détection plus élevées et plus de fiabilité que les capteurs de contrôle de la lumière réfléchissante générale.

2. Par rapport à un capteur de contrôle de lumière séparé, la connexion du circuit est plus simple et plus facile.

3. La conception intégrée de la boucle facilite l'installation

utilisation

1. Utilisé pour la transmission de modèles numériques tels que le téléphone et le réseau à large bande.

2. Passage de l'état des billets, cartes, pièces de monnaie, livrets, etc. utilisés pour les distributeurs automatiques, les équipements liés aux terminaux financiers et les compteurs d'argent

3. Utilisé pour le positionnement, le comptage et l'identification des produits sur des équipements automatisés.

principe
Le principe de fonctionnement de base du capteur à fibre optique est d'envoyer la lumière de la source lumineuse au modulateur via la fibre optique. Une fois que le paramètre à mesurer interagit avec la lumière entrant dans la zone de modulation, les propriétés optiques de la lumière (telles que l'intensité lumineuse, la longueur d'onde, la fréquence, la phase, l'état de polarisation, etc.) changent, appelées signal lumineux modulé, puis utilisez le influence des caractéristiques de transmission lumineuse mesurées pour terminer la mesure.

Il existe deux principes de mesure pour les capteurs à fibre optique.

(1) Le principe du capteur à fibre optique de type propriété physique. Le capteur à fibre optique du type à propriété physique utilise la sensibilité de la fibre optique aux changements environnementaux pour convertir la quantité physique d'entrée en un signal optique modulé. Son principe de fonctionnement est basé sur l'effet de modulation optique de la fibre optique, c'est-à-dire lorsque les facteurs environnementaux externes tels que la température, la pression, le champ électrique, le champ magnétique, etc. changent, ses caractéristiques de transmission de la lumière, telles que la phase et l'intensité lumineuse , changera.

Par conséquent, si la phase lumineuse et le changement d'intensité lumineuse à travers la fibre optique peuvent être mesurés, le changement de la quantité physique mesurée peut être connu. Ce type de capteur est également appelé un type d'élément sensible ou un capteur à fibre optique fonctionnel. Le faisceau de la source lumineuse ponctuelle du laser diffuse en ondes parallèles et est divisé en deux chemins par un séparateur de faisceau, l'un est le chemin optique de référence et l'autre est le chemin optique de mesure. Des paramètres externes (température, pression, vibration, etc.) font changer la longueur de la fibre et la phase lumineuse de la phase, produisant ainsi différents nombres de franges d'interférence. En comptant son mouvement de mode, la température ou la pression peuvent être mesurées.

(2) Le principe du capteur à fibre optique structuré. Le capteur à fibre optique structuré est un système de mesure composé d'un élément de détection de lumière (élément sensible), d'une boucle de transmission à fibre optique et d'un circuit de mesure. Parmi eux, la fibre optique n'est utilisée que comme support de transmission de la lumière, elle est donc également appelée capteur à fibre optique transmettant la lumière ou non fonctionnel.

performance
La fibre optique a de nombreuses excellentes propriétés, telles que: des performances d'interférence de rayonnement anti-électromagnétique et atomique, un petit diamètre, des propriétés mécaniques souples et légères; isolation, propriétés électriques non inductives; résistance à l'eau, résistance aux températures élevées, résistance à la corrosion, propriétés chimiques, etc., il peut jouer le rôle d'oreille humaine dans des endroits hors de portée ou nocifs pour les humains (tels que les zones de rayonnement nucléaire), et il peut également transcender les frontières physiologiques humaines et recevoir ce qui ne peut être ressenti par les sens humains. Informations extérieures.

traits
1. Haute sensibilité;

2. La forme géométrique est adaptable dans de nombreux aspects et peut être transformée en capteurs à fibre optique de toute forme;

Troisièmement, il peut fabriquer des dispositifs qui détectent diverses informations physiques (acoustiques, magnétiques, température, rotation, etc.);

4. Il peut être utilisé dans la haute tension, le bruit électrique, la haute température, la corrosion ou d'autres environnements difficiles;

Cinquièmement, et a la compatibilité inhérente avec la technologie de télémétrie par fibre optique.

L'avantage du capteur à fibre optique est que, par rapport aux capteurs traditionnels, le capteur à fibre optique utilise la lumière comme support d'informations sensibles et la fibre optique comme support pour transmettre des informations sensibles. Il présente les caractéristiques de la fibre optique et de la mesure optique et présente une série d'avantages uniques. Bonne performance d'isolation électrique, forte capacité d'interférence anti-électromagnétique, non-invasivité, haute sensibilité, surveillance à distance facile à réaliser du signal mesuré, résistance à la corrosion, chemin de lumière flexible et antidéflagrant, facile à connecter avec l'ordinateur.

Le capteur évolue dans le sens de la sensibilité, de la précision, de l'adaptabilité, de la compacité et de l'intelligence. Il peut être utilisé dans des endroits inaccessibles aux personnes (comme les zones à haute température ou les zones dangereuses pour l'homme, telles que les zones de rayonnement nucléaire). Il peut également transcender les frontières physiologiques des gens et recevoir des informations externes qui ne peuvent être ressenties par les sens humains.

classification
Selon le mode de modulation de l'objet testé, il peut être divisé en: modulation d'intensité, mode de polarisation, mode de phase et mode de fréquence;

Selon que la lumière interfère, elle peut être divisée en: type d'interférence et type sans interférence;

Selon que la mesure peut être surveillée en permanence à mesure que la distance augmente, elle peut être divisée en: distribuée et basée sur des points;

Selon le rôle de la fibre optique dans les capteurs, elle peut être divisée en: un type est des capteurs fonctionnels (Functional Fiber, en abrégé FF), également appelés capteurs de détection; l'autre est de type non fonctionnel (fibre non fonctionnelle, en abrégé NFF) et s'appelle un capteur de transmission de la lumière.

Type de fonction de pliage
Le capteur fonctionnel utilise les caractéristiques de la fibre optique elle-même pour utiliser la fibre optique comme élément sensible. La lumière mesurée module la lumière transmise dans la fibre optique pour changer l'intensité, la phase, la fréquence ou l'état de polarisation de la lumière transmise. Le signal est démodulé pour obtenir le signal testé.

La fibre optique n'est pas seulement un milieu de guidage de lumière, mais également un élément sensible. La lumière est mesurée et modulée dans la fibre optique, et la fibre optique multimode est principalement utilisée.

Avantages: structure compacte et haute sensibilité.

Inconvénients: une fibre optique spéciale est requise, coût élevé,

Exemples typiques: gyroscopes à fibre optique, hydrophones à fibre optique, etc.

Type de fibre non fonctionnelle pliée
Les capteurs à fibre optique non fonctionnels utilisent d'autres composants sensibles pour détecter les changements mesurés. Les fibres optiques ne sont utilisées que comme supports de transmission d'informations et les fibres optiques monomodes sont souvent utilisées.

La fibre optique ne joue qu'un rôle de guidage de la lumière, et la lumière sur l'élément sensible de type fibre optique est modulée par la mesure.

Avantages: la fibre optique peut être utilisée pour l'isolation électrique et la transmission de données, et le signal transmis par fibre optique n'est pas affecté par les interférences électromagnétiques.

La plupart des capteurs pratiques sont des capteurs à fibre optique non fonctionnels. Le capteur de tension à fréquence variable, le capteur de courant à fréquence variable et le capteur de puissance à fréquence variable (une combinaison de capteurs de tension et de courant) d'AnyWay&appartiennent à des capteurs à fibre optique non fonctionnels, qui présentent des avantages uniques dans la mesure de la puissance en environnements électromagnétiques complexes.

Les capteurs à fibre optique sont une nouvelle technologie qui a émergé ces dernières années. Il peut être utilisé pour mesurer une variété de grandeurs physiques, telles que le champ sonore, le champ électrique, la pression, la température, la vitesse angulaire, l'accélération, etc., et peut également effectuer des tâches de mesure difficiles à compléter avec les technologies de mesure existantes. Dans un petit espace, dans un environnement à fortes interférences électromagnétiques et haute tension, les capteurs à fibre optique ont montré des capacités uniques. Il existe plus de 70 types de capteurs à fibre optique, qui sont à peu près divisés en capteurs à fibre optique et capteurs utilisant des fibres optiques.

Le capteur dit à fibre optique signifie que la fibre optique elle-même reçoit directement la mesure externe. La grandeur physique externe mesurée peut entraîner une modification de la longueur, de l'indice de réfraction et du diamètre du bras de mesure, de sorte que la lumière transmise dans la fibre optique change d'amplitude, de phase, de fréquence, de polarisation, etc. La lumière transmise par le bras de mesure et la lumière de référence du bras de référence interfèrent l'une avec l'autre (comparée), de sorte que la phase (ou l'amplitude) de la lumière de sortie change, et le changement mesuré peut être détecté sur la base de ce changement. La phase transmise dans la fibre optique est très sensible aux influences extérieures, et la grandeur physique correspondant au petit changement de phase de 10 moins 4 radian peut être détectée en utilisant la technologie d'interférence. En utilisant les propriétés d'enroulement et la faible perte de la fibre optique, une fibre optique très longue peut être enroulée dans une bobine de fibre optique de petit diamètre pour augmenter la longueur d'utilisation et obtenir une sensibilité plus élevée.

Le capteur acoustique à fibre optique est un capteur qui utilise la fibre optique elle-même. Lorsque la fibre optique est soumise à une très faible force externe, elle sera légèrement pliée et sa capacité de transmission de la lumière changera considérablement. Le son est une sorte d'onde mécanique, et son effet sur la fibre optique est de forcer la fibre optique et de produire une flexion. La force du son peut être obtenue par flexion. Le gyroscope à fibre optique est également une sorte de capteur à fibre optique. Comparé au gyroscope laser, le gyroscope à fibre optique a une sensibilité élevée, une petite taille et un faible coût. Il peut être utilisé dans les systèmes de navigation inertielle haute performance d'aéronefs, de navires, de missiles, etc. La figure montre le principe du débitmètre à turbine à capteur à fibre optique.

Grille de Bragg pliée
Le capteur à réseau de Bragg à fibre (FBS) est une sorte de capteur à fibre optique avec la fréquence la plus élevée et la plage la plus large. Ce type de capteur peut changer la longueur d'onde de l'onde lumineuse réfléchie en fonction du changement de température ambiante et / ou de la contrainte. Les réseaux de Bragg en fibre sont utilisés pour exposer une petite section de fibre sensible à la lumière aux ondes lumineuses avec une distribution périodique de l'intensité lumineuse par interférométrie holographique ou masquage de phase. De cette manière, l'indice de réfraction optique de la fibre optique sera modifié en permanence en fonction de l'intensité de l'onde lumineuse irradiée. Les changements périodiques de l'indice de réfraction de la lumière provoqués par cette méthode sont appelés réseaux de Bragg à fibres.

Lorsqu'un faisceau à large spectre se propage vers le réseau de Bragg de la fibre, chaque petit segment de la fibre après le changement de l'indice de réfraction ne reflétera qu'une longueur d'onde spécifique de la lumière. Cette longueur d'onde est appelée la longueur d'onde de Bragg. Cette caractéristique fait que les réseaux de Bragg en fibre réfléchissent uniquement les ondes lumineuses d'une longueur d'onde spécifique, tandis que les ondes lumineuses d'autres longueurs d'onde se propagent.

Selon le rôle de la fibre optique dans le capteur à fibre optique, il peut être divisé en deux types: le type de détection et le type de transmission de la lumière.

La fibre optique du capteur à fibre optique du type à détection transmet non seulement la lumière, mais agit également comme un capteur photoélectrique. En raison de l'influence de l'environnement extérieur sur la fibre optique elle-même, la grandeur physique à mesurer agit sur le capteur à travers la fibre optique, de sorte que les propriétés du guide d'onde optique (intensité lumineuse, phase, état de polarisation, longueur d'onde, etc. ) sont modulés. Les capteurs à fibre optique de type capteur sont en outre divisés en type à accentuation de la lumière, type à modulation de phase, type à modulation d'état de vibration et type à modulation de longueur d'onde.

Fibre de transmission de lumière pliée
Le capteur à fibre optique du type à transmission de lumière entre le signal optique modulé par l'objet mesuré dans la fibre optique, puis effectue la mesure en traitant le signal optique à l'extrémité de sortie. Ce type de capteur possède un autre élément photosensible sensible à la grandeur physique à mesurer, et la fibre optique n'est utilisée qu'en tant que L'élément de transmission de lumière doit être fixé avec un élément sensible capable de moduler la lumière transmise par la fibre optique pour former un capteur élément. Les capteurs à fibre optique peuvent être divisés en trois types: les capteurs à fibre optique ponctuels, les capteurs à fibre optique intégrés et les capteurs à fibre optique distribués en fonction de leur plage de mesure. Parmi eux, des capteurs à fibre optique distribués sont utilisés pour détecter la répartition des contraintes de grandes structures et peuvent mesurer rapidement et de manière non destructive le déplacement, la contrainte interne ou de surface et d'autres paramètres importants de la structure. Les types de capteurs à fibre optique utilisés dans le génie civil comprennent principalement les capteurs à fibre optique interférométrique Math-Zender, les capteurs à fibre optique à cavité Fabry-pero et les capteurs à réseau de Bragg à fibre.

La légèreté, la durabilité et la stabilité à long terme du capteur à fibre optique lui permettent d'être facilement appliqué à la détection des contraintes internes et des déformations de divers matériaux de construction tels que les structures en acier et le béton. Inspection sanitaire réalisée de la structure du bâtiment.

Une autre catégorie majeure de capteurs à fibre optique est l'utilisation de capteurs à fibre optique. Sa structure est à peu près la suivante: Le capteur est situé à l'extrémité de la fibre optique et la fibre optique n'est qu'une ligne de transmission de lumière, qui convertit la quantité physique mesurée en amplitude, phase ou amplitude de la lumière. Dans ce système de capteur, le capteur traditionnel et la fibre optique sont combinés. L'introduction de la fibre optique permet de réaliser une télémétrie par sonde. Ce capteur de transmission à fibre optique a une large plage d'applications et est facile à utiliser, mais sa précision est légèrement inférieure à celle du premier type de capteur.

La fibre optique est une étoile montante dans la famille des capteurs. Il est largement utilisé en raison des excellentes performances de la fibre optique. C'est une sorte de capteur à noter dans la pratique de production.

Les capteurs à fibre optique sont devenus une étoile montante dans la famille des capteurs en raison de leurs nombreux avantages, et jouent leur propre rôle unique dans diverses mesures, devenant un membre indispensable de la famille des capteurs.

application
Isolé de la saleté, du magnétisme, du son, de la pression, de la température, de l'accélération, du gyroscope, du déplacement, du niveau de liquide, du couple, de la photoacoustique, du courant, du capteur à fibre optique peut être utilisé pour le déplacement, les vibrations, la rotation, la pression, la flexion, la déformation, la vitesse, l'accélération, courant, champ magnétique, tension, humidité, température, champ sonore, débit, concentration, valeur de pH et mesure de la déformation. Les capteurs à fibre optique ont un large éventail d'applications, impliquant presque tous les domaines importants de l'économie nationale et de la défense nationale et la vie quotidienne des gens. Ils peuvent être utilisés en toute sécurité et efficacement dans des environnements difficiles. Ils résolvent de nombreux problèmes techniques qui existent dans de nombreuses industries depuis de nombreuses années. Demande du marché. Se manifeste principalement dans les applications suivantes:

Application de gyroscopes interférométriques et de capteurs de pression à réseau dans les ponts, barrages, champs pétrolifères, etc. dans la construction urbaine. Les capteurs à fibre optique peuvent être intégrés dans du béton, des plastiques renforcés de fibre de carbone et divers matériaux composites pour tester la relaxation des contraintes, les contraintes de construction et les contraintes de charge dynamique, afin d'évaluer les performances structurelles du pont dans la phase de construction à court terme et à long terme. état de fonctionnement à terme.

Dans le système d'alimentation, il est nécessaire de mesurer la température, le courant et d'autres paramètres, tels que la détection de température dans le stator et le rotor des transformateurs haute tension et des gros moteurs. Les capteurs électriques étant sensibles aux interférences des champs électromagnétiques, ils ne peuvent pas être utilisés dans de telles occasions. Capteur à fibre optique. Le capteur de température à fibre optique distribuée est une technologie de pointe développée ces dernières années pour la mesure en temps réel de la distribution spatiale du champ de température. Le système de détection de température à fibre optique distribuée présente non seulement les avantages des capteurs à fibre optique courants, mais également la capacité de mesurer la température de divers points le long de la fibre optique. Grâce à sa capacité de détection distribuée, nous pouvons mesurer en continu la température de différents points à quelques kilomètres le long de la fibre optique en temps réel. La précision de positionnement peut atteindre l'ordre des mètres et la précision de mesure peut atteindre le niveau de 1 degré. Il convient parfaitement à la mesure de température d'intersection à grande échelle. Occasions d'application.

En outre, les capteurs à fibre optique peuvent également être utilisés dans la surveillance ferroviaire, les systèmes de propulsion de fusées et la détection de puits de pétrole.

La fibre optique présente les avantages remarquables de la large bande, de la grande capacité, de la transmission longue distance et de la détection multi-paramètres, distribuée et à faible consommation d'énergie. La détection par fibre optique peut continuer d'absorber de nouvelles technologies et de nouveaux dispositifs de communication par fibre optique, et divers capteurs à fibre optique devraient être largement utilisés dans l'Internet des objets.

Une paire de:Liquide de polissage de fibre optique Un article:Analyse de l'état et des perspectives 2020 de l'industrie de la fibre optique et du câble