Optisk F iber S ensing S ystem
Fiberoptisk sensing system startet i 1977 og utviklet seg raskt med utviklingen av optisk fiber kommunikasjonsteknologi. Det optiske fiberavlesningssystemet er en viktig indikator for å måle graden av informasjon i et land. Fra Hangzhou Ting for Internett og Sensing System Application Forum har det optiske fiberavlesningssystemet vært mye brukt i militær-, forsvars-, romfart, industri og gruvevirksomhet, energi og miljøvern, industriell kontroll, medisinsk og helse, måling og testing, konstruksjon , husholdningsapparater og andre felt. et stort marked. Det finnes hundrevis av fiberoptiske sensing systemer i verden, som temperatur, trykk, flyt, forskyvning, vibrasjon, rotasjon, bøying, væskenivå, hastighet, akselerasjon, lydfelt, strøm, spenning, magnetfelt og stråling. Sensing.
Optisk fiber arbeidsfrekvens båndbredde, stort dynamisk område, egnet for telemetri fjernkontroll, er et utmerket lavt tap transmisjon linje; Under visse forhold er den optiske fiberen spesielt lett å akseptere måle- eller feltbelastningen, en utmerket sensitiv komponent; Den optiske fiberen selv er ikke ladet, liten størrelse, lettvekt, lett å bøye, anti-elektromagnetisk forstyrrelse, god strålingsmotstand, spesielt egnet for bruk i tøffe miljøer som brannfarlig, eksplosiv, plassbegrenset og sterk elektromagnetisk forstyrrelse. Derfor har fiberoptisk sensingsteknologi fått stor oppmerksomhet siden starten, og har blitt forsket og anvendt på nesten alle områder, blitt forløperen til å føle teknologi og fremme den sterke utviklingen av sensing teknologi.
Optisk fiberavkjenning, inkludert oppfatning og overføring av eksterne signaler (målt). Den såkalte oppfatningen (eller følsomheten) refererer til de fysiske karakteristiske parametrene til lysbølgen som overføres av det eksterne signalet i henhold til dens skiftende lov, slik som intensiteten (kraft), bølgelengden, frekvensen, fasen og polarisasjonstilstanden og endringen av den målte optiske parameteren er "Perceive" endringer i eksterne signaler. Denne "oppfatningen" er i hovedsak et eksternt signal som modulerer lysbølgene som forplanter seg i fiberen i sanntid. Den såkalte overføringen betyr at den optiske fiberen overfører den optiske bølgen som moduleres av det eksterne signalet til fotodetektoren for deteksjon, trekker ut det eksterne signalet fra den optiske bølgen og utfører databehandling etter behov, det vil si demodulering. Fiberoptisk sensingteknologi inkluderer derfor både modulasjons- og demodulasjonsteknikker, nemlig hvordan det eksterne signalet (målt) modulerer de optiske bølgeparametrene i den optiske fiberen (eller lasteteknikken) og hvordan man trekker ut det eksterne signalet fra den modulerte lysbølgen ( Demodulasjonsteknikk (eller detekteringsteknikk) som måles).
Delen av det eksterne signalet som modulerer de optiske parametrene i sensorfibrene kalles modulasjonsområdet. Ifølge forholdet mellom modulasjonsområdet og den optiske fiberen, kan moduleringen deles inn i to kategorier. En type er funksjonell modulasjon, og modulasjonsområdet ligger i den optiske fiberen. Det eksterne signal modulerer den optiske bølgen ved direkte å endre visse transmisjonskarakteristiske parametere for den optiske fiberen. En slik fiberoptisk sensor kalles en funksjonstype (funksjonell fiber, FF type for kort) eller en egen type fiberoptisk sensor, og blir også en internmodulasjonstypesensor, og den optiske fiber har funksjonene "overføring" og "Sense". Den mottakende fiber koblet til lyskilden og mottaksfibre koblet til fotodetektoren er en kontinuerlig fiber kalt en sensingsfiber, så den funksjonelle fibersensoren kalles også en fiberfiber eller sensorfiberføler. Den andre typen er ikke-funksjonell modulering. Modulasjonsområdet ligger utenfor den optiske fiberen. Det eksterne signalet moduleres av den eksterne modulasjonsanordningen til den optiske bølgen som kommer inn i den optiske fiberen. Denne typen optisk fiberføler kalles ikke-funksjonell fiber (NFF) eller ekstrinsisk. Type fiberoptisk sensor, transmisjonsfiber og mottakerfiber tjener kun til å overføre lysbølger, som kalles lysoverførende fibre, og har ingen kontinuitet. Derfor kalles også den ikke-funksjonelle fiberoptiske sensoren en lysfølsom fiberføler eller en eksternmodulert fibersensor.
I følge endringen av de fysiske karakteristiske parametrene til lysbølgen modulert av det eksterne signalet, kan moduleringen av lysbølgen deles inn i fem typer: lysintensitetsmodulering, optisk frekvensmodulasjon, optisk bølgelengdemodulasjon, optisk fasemodulasjon og polarisasjon modulasjon.
Siden en eksisterende fotodetektor kun kan reagere på lysintensiteten og ikke kan reagere direkte på frekvensen, bølgelengden, fasen og polarisasjonsmodulasjonssignalet til lyset, må den omdannes til et intensitetssignal ved hjelp av en hvilken som helst konverteringsteknikk. Motta og implementere deteksjon.
Optisk fiber sensing teknologi søknad klassifisering
Lysintensitetsmodulasjon
Lett vekt er en relativt enkel og mye brukt moduleringsmetode i fiberoptisk sensing teknologi. Det grunnleggende prinsippet er å bruke forstyrrelsen av det eksterne signalet (målt) for å endre intensiteten (dvs. moduleringen) av lyset (bredspektret lys eller spesifikk bølgelengdelampe) i fiberen, og deretter måle utgangslampens intensitet (demodulasjon) til oppnå det eksterne signalet. Mål.
Fase modulering
Optisk fasemodulasjon refererer til forandringen av fasen av lysbølgen som forplantes i den optiske fiber i henhold til en bestemt lov av det eksterne signal (målt), og mengden av endring av den optiske fase reflekterer den målte eksterne kvantitet.
Det er generelt tre typer optisk fasemodulering som brukes i fiberoptisk sensing teknologi. En type er funksjonell modulasjon, og det eksterne signalet endrer den geometriske størrelsen og brytningsindeksen til detekteringsfiberen gjennom kraftbelastningsvirkningen, termisk belastningsvirkning, elastisk lys effekt og termo-optisk effekt av den optiske fiber, og derved forårsaker den optiske faseendring i den optiske fiberen. For å oppnå modulering av den optiske fasen. Den andre typen er Sagnac-effektmoduleringen. Det eksterne signalet (rotasjon) endrer ikke parametrene til selve fiberen. I stedet roteres den sirkulære fiberen i tråkkfeltet for å generere den tilsvarende optiske baneforskjellen mellom de to bjelkene som propagerer i motsatte retninger. Modulasjon av den optiske fasen. Den tredje typen er ikke-funksjonell modulering, det vil si modulering av den optiske fasen i den optiske fiberen ved å endre den optiske bølgebanforskjellen i den optiske fiberen utenfor sensorfibrene.
Polarisasjonsmodulasjon
Polariseringsmodulering betyr at det eksterne signalet (målt) forårsaker en regelmessig avbøyning (optisk rotasjon) eller dobbeltbryting av polarisasjonsplanet av lysbølgen i fiberen på en bestemt måte, og derved forårsaker en forandring i lysets polarisasjonskarakteristikk ved detekterer en endring i lysets polarisasjonstilstand. Det kan måles at omverdenen måles.
Bølgelengdemodulasjon
Det eksterne signalet (målt) endrer bølgelengden til det overførte lyset i den optiske fiber ved hjelp av frekvensvalg, filtrering, etc., og den målte bølgelengdeforandring kan detekteres og måles. Denne typen modulasjon kalles optisk bølgelengdemodulasjon.
Nåværende metoder for optisk bølgelengdemodulasjon er hovedsakelig optisk frekvensvalg og filtrering. Konvensjonelle optiske bølgelengdemodulasjonsmetoder omfatter hovedsakelig eksterne moduleringsteknikker som FP interferometrisk filtrering, dobbeltpolariserings-birefringent-filtrering og forskjellige forskyvningsspektralvalg. I løpet av de siste 20 årene har spesielt fibergitterfiltreringsteknologien utviklet seg raskt de siste årene åpnet nye muligheter for funksjonell optisk bølgelengdemodulasjonsteknologi.
Frekvensmodulasjonstype
Optisk frekvensmodulasjon betyr at det eksterne signalet (målt) modulerer frekvensen av den optiske bølgen som overføres i den optiske fiberen, og frekvensforskyvningen reflekterer den målte. I dag brukes flere moduleringsmetoder i Doppler-metoden, det vil si at det eksterne signalet modulerer frekvensen av den optiske bølgen i mottakerfiberen gjennom Doppler-effekten, som er en ikke-funksjonell modulasjon.
Sensoregenskaper:
Høy følsomhet og immunitet mot elektromagnetisk interferens. Fordi fiberføler detekteringssystemet er vanskelig å bli forstyrret av det ytre feltet, og det optiske signalet ikke interagerer med den elektromagnetiske bølgen under overføring og ikke påvirkes av elektrisk støy. På grunn av denne funksjonen oppnås fibersensoren ved gjenkjenning av strømsystemet. bredt brukt.
Fiberen har god fleksibilitet og seighet, slik at sensoren kan gjøres til forskjellige former i henhold til behovene til inspeksjon på stedet.
Den målte frekvensbåndbredden og det dynamiske responsområdet er store.
Den har sterk portabilitet og kan gjøres til sensorer med forskjellige fysiske mengder, inkludert lydfelt, magnetfelt, trykk, temperatur, akselerasjon, forskyvning, væskenivå, strømning, strøm, stråling og så videre.
Det er svært integrert og enkelt å koble til med datamaskiner og fiberoptiske systemer, noe som gjør det enkelt å implementere telemetri og styring av systemet.
En pplikasjon :
Optisk Fiber Sensing Technology i konstruksjonsteknisk inspeksjon
Optisk Fiber Sensing Technology i Bridge Detection
Optisk Fiber Sensing Technology i Geoteknisk Mekanikk og Engineering
Militær anvendelse av optisk fiber sensing teknologi