Волоконно - оптические датчики были изучены и развернуты для мониторинга различных параметров, таких как деформация, температура, давление, вибрация и другие физические величины, в которых измеренные объекты преобразуются в изменения оптических параметров (например, скорость преломления в волоконно - оптической пражской решетке). Эти датчики используют принципы модуляции света и отношения сигнала и шума для обеспечения точных измерений. В этом исследовании мы углубились в сложные компоненты и механизмы волоконно - оптических датчиков, раскрывая их значение и применение.
Ядром волоконно - оптических датчиков является несколько ключевых компонентов, включая оптические волокна, источники света и фотодиодные детекторы. Оптическое волокно, как среда распространения света, несет информацию о параметрах измерения. Источники света, обычно полупроводниковые лазерные диоды или светодиоды, излучают свет, взаимодействующий с измеренной средой. Это взаимодействие может привести к изменению оптических свойств оптического волокна, таких как скорость преломления или уровень затухания.
Процесс преобразования измеренного объекта в световой сигнал состоит из нескольких этапов. Во - первых, свет, излучаемый источником света, попадает в оптическое волокно, где он встречает измеренный объект. В зависимости от свойств измеряемого объекта он может изменять фазу, интенсивность, поляризацию или характеристики распространения света. Например, в волоконно - оптическом пражском растровом датчике (FBG) деформация, наложенная на оптическое волокно, изменяет расстояние между растрами и, следовательно, длину отраженной волны. Затем детектор фотодиода обнаруживает это смещение и преобразует световой сигнал в обратный сигнал для дальнейшей обработки.
Эти датчики используют различные типы оптического волокна, каждое из которых предназначено для конкретного применения. Многомодовое оптическое волокно имеет большой диаметр сердечника и подходит для короткой связи и требует более высокого уровня мощности. С другой стороны, одномодовое оптическое волокно с меньшим сердечником и более низкой скоростью затухания идеально подходит для передачи на большие расстояния и измерений с высоким разрешением. Выбор типа оптического волокна может значительно повлиять на чувствительность и точность датчика.
Волоконно - оптические датчики используются в различных областях благодаря их высокой чувствительности, устойчивости к электромагнитным помехам и способности работать в суровых условиях. При мониторинге здоровья конструкций они используются для обнаружения микродеформаций и деформаций мостов и зданий. Медицинская область использует эти датчики в минимально инвазивных операциях, которые контролируют физиологические параметры в организме человека. Кроме того, в нефтегазовой отрасли они помогают контролировать целостность трубопроводов и обнаруживать утечки.
Волоконно - оптические датчики представляют собой сложную технологию, которая преодолевает разрыв между физическими измерениями и световыми сигналами. Используя принципы оптической модуляции и передовые волоконно - оптические компоненты, эти устройства обеспечивают непревзойденную точность и надежность в различных приложениях. По мере того, как исследования продолжают развиваться, будущие инновации и улучшения в этой области открывают захватывающие возможности для обеспечения того, чтобы волоконно - оптические датчики всегда были на переднем крае сенсорных технологий.
