Волоконно-оптичні датчики 2

03.10.2016

Реферат на тему Волоконно-оптичні датчики 2

Волоконно-оптичні датчики .

Оптоелектроніка — це досить нова область науки і техніки, яка з’явилася на стику оптики й електроніки. Слід зауважити, що в розвитку радіотехніки з самого початку ХХ століття постійно простежувалася тенденція освоєння електромагнітних хвиль все більш високої частоти. Важливим моментом у розвитку оптоелектроніки є створення оптичних волокон. Особливо інтенсивними дослідження стали наприкінці 1960-x років, а розробка в 1970 р. американською фірмою «Корнінг» кварцового волокна з малим загасанням (20 дБ/км) з’явилася епохальною подією і послужила стимулом для збільшення темпів досліджень і розробок на всі 1970-і роки. Оптичне волокно зазвичай буває одного з двох типів: одномодовое, в якому поширюється тільки одна мода (тип розподілу переданого електромагнітного поля), і багатомодове — з передачею безлічі (близько сотні) мод. Конструктивно ці типи волокон розрізняються тільки діаметром сердечника — световедущей частини, усередині якої коефіцієнт заломлення трохи вище, ніж у периферійній частині — оболонці. У медичній техніці використовуються як багатомодові, так і одномодові оптичні волокна. Багатомодові волокна мають великий (приблизно 50 мкм) діаметр сердечника, що полегшує їх з’єднання один з одним. Але оскільки групова швидкість світла для кожної моди різна, то при передачі вузького світлового імпульсу відбувається його розширення (збільшення дисперсії). Порівняно з многомодовыми у одномодових волокон переваги і недоліки міняються місцями: дисперсія зменшується, але малий (5. 10 мкм) діаметр сердечника значно ускладнює з’єднання волокон цього типу і введення в них світлового променя лазера.

Внаслідок цього одномодові оптичні волокна знайшли переважне застосування в лініях зв’язку, що вимагають високої швидкості передачі інформації (лінії верхнього рангу в ієрархічній структурі ліній зв’язку), а багатомодові найчастіше використовуються в лініях зв’язку з порівняно невисокою швидкістю передачі інформації. Є так звані когерентні волоконно-оптичні лінії зв’язку. де придатні тільки одномодові волокна. У багатомодовому оптичному волокні когерентність прийнятих світлових хвиль падає, тому його використання в когерентних лініях зв’язку непрактично, що і зумовило застосування в подібних лініях тільки одномодових оптичних волокон. Навпаки, хоча при використанні оптичних волокон для датчиків вищевказані фактори теж мають місце, але в багатьох випадках їхня роль вже інша. Зокрема, при використанні оптичних волокон для когерентних вимірів, коли з цих волокон формується інтерферометр, важливою перевагою одномодових волокон є можливість передачі інформації про фазу оптичної хвилі, що нездійсненно за допомогою багатомодових волокон. Отже, в даному випадку необхідно тільки одномодовое оптичне волокно, як і в когерентних лініях зв’язку. Тим не менш, на практиці застосування одномодового оптичного волокна при вимірюванні нетипово через невелику його дисперсії. Коротше кажучи, в сенсорній оптоелектроніці, за винятком датчиків-інтерферометрів, використовуються багатомодові оптичні волокна. Ця обставина пояснюється ще і тим, що в датчиках довжина використовуваних оптичних волокон значно менше, ніж у системах оптичного зв’язку.

Необхідно зазначити загальні переваги оптичних волокон:

широкосмуговість (передбачається до декількох десятків терагерц);

малі втрати (мінімальні 0,154 дБ/км);

малий (близько 125 мкм) діаметр;

мала (приблизно 30 г/км) маса;

еластичність (мінімальний радіус вигину 2 ММ );

механічна міцність (витримує навантаження на розрив приблизно 7 кг );

відсутність взаємної інтерференції (перехресних перешкод типу відомих в телефонії «перехідних розмов»);

безиндукціонность (практично відсутній вплив електромагнітної індукції, а отже, і негативні явища, зв’язані з грозовими розрядами, близькістю до лінії електропередачі, імпульсами струму в силовій мережі);

вибухобезпечність (гарантується абсолютною нездатністю волокна бути причиною іскри);

висока електроізоляційна міцність (наприклад, волокно довжиною 20 см витримує напруга до 10000 B);

висока корозійна стійкість, особливо до хімічних розчинників, масел, води.

У практиці використання волоконно-оптичних датчиків мають найбільше значення останні чотири властивості. Досить корисні і такі властивості, як еластичність, малі діаметр і маса. Широкосмуговість же і малі втрати значно підвищують можливості оптичних волокон, але далеко не завжди ці переваги усвідомлюються розроблювачами датчиків. Однак, із сучасної точки зору, у міру розширення функціональних можливостей волоконно-оптичних датчиків у найближчому майбутньому ця ситуація потроху виправиться.

Як буде показано нижче, у волоконно-оптичних датчиках оптичне волокно може бути застосоване просто як лінії передачі, а може відігравати роль самого чуттєвого елемента датчика. В останньому випадку використовуються чутливість волокна до електричного поля (ефект Керра), магнітного полю (ефект Фарадея), до вібрації, температури, тиску, деформаціям (наприклад, до вигину). Багато з цих ефектів в оптичних системах зв’язку оцінюються як недоліки, у датчиках же їхня поява вважається скоріше перевагою, яку варто розвивати.

Сучасні волоконно-оптичні датчики дозволяють вимірювати майже все. Наприклад, тиск, температуру, відстань, положення в просторі, швидкість обертання, швидкість лінійного переміщення, прискорення, коливання, масу, звукові хвилі, рівень рідини, деформацію, коефіцієнт заломлення, електричне поле, електричний струм, магнітне поле, концентрацію газу, дозу радіаційного випромінювання, на використанні таких пучків волокон ґрунтується вся техніка ендоскопії.

Якщо класифікувати волоконно-оптичні датчики з точки зору застосування в них оптичного волокна, то, їх можна грубо розділити на датчики, в яких оптичне волокно використовується як лінії передачі, і датчики, у яких воно використовується в якості чутливого елемента. У датчиках типу «лінії передачі» в основному використовуються багатомодові оптичні волокна, а в датчиках сенсорного типу найчастіше — одномодові.

З допомогою волоконно-оптичних датчиків з оптоволокном в якості лінії передач можна вимірювати наступні фізичні величини:

датчиком проходить типу: температуру (на основі вимірювання зміни постійної люмінесценції в багатомодових волокнах, в діапазоні 0. 70° с З точністю ± 0,04° С );

датчиком відбивного типу: концентрацію кисню в крові (відбувається зміна спектральної характеристики, детектується інтенсивність відбитого світла, оптоволокно – пучкове, з доступом через катетер).

Якщо ж оптичне волокно в датчику використовувати в якості чутливого елемента, то можливі наступні застосування:

інтерферометр Майкельсона дозволяє вимірювати пульс, швидкість кровотоку: використовуючи ефект Доплера можемо детектувати частоту биття – використовуються як одномодовое, так і багатомодове волокна; діапазон вимірів: 10 -4 …10 8 м/с.

на основі неинтерферометричекой структури можливо побудувати датчик, що дозволяє визначати дозу іонізуючого випромінювання, використовуване фізичне явища – формування центру фарбування, яку детектують величина – інтенсивність пропускається світла.

Короткий опис статті: оптичні датчики Тема: Волоконно-оптичні датчики 2. Тип: Реферат. У роботі є: малюнки 3 шт. Мова: російська. Розмістив (ла): Егор Запольских. Розмір: 43 кб. Категорія: Комунікації. Короткий опис: ‘Волоконно-оптичні датчики 1970 р. Волоконно-оптичний датчик відбивного типу.’ Реферат Волоконно-оптичні датчики 2 Комунікації

Джерело: Волоконно-оптичні датчики 2

Також ви можете прочитати