Принцип работы
В основе работы датчиков такого типа лежит оптическое волокно. Оно представляет собой сердцевину в полимерной оболочке, по которой проходит световой поток. Сердцевина изготавливается из стекла или пластика, который снабжается специальными добавками для улучшения коэффициента преломления световых волн.
Волоконно-оптические датчики используют оптоволокно в качестве линии передачи сигнала или чувствительного элемента. Наибольшую востребованность приобрели датчики с оптическим преобразователем. Такая система состоит из чувствительного оптического элемента, приемника и излучателя. Преобразователь помещается между торцевыми частями принимающего и передающего волокна, а роль излучателя может выполнять светодиод. В роли детектора света выступает p-i-n-фотодиод.
Датчики с оптическим зондом могут использовать одномодовые или многомодовые оптоволоконные кабели, а источником света в них становятся светодиод или лазерный излучатель. Такие датчики чаще всего применяются для измерений бесконтактного типа и отличаются наиболее высокой точностью.
Виды и характеристики
Общий принцип работы всех категорий таких устройств: световое излучение перемещается по оптоволокну, при этом его параметры меняются в брэгговских решетках. На основании полученных изменений система детектирования делает выводы об изменении рабочих показателей.
Оптоволоконные датчики могут работать по одному из двух принципов:
- Точечные – в качестве базового элемента в них используются селектирующие зеркала. Световое излучение исходит от широкополосного источника и отражается в виде узкой полосы. Оставшаяся часть светового потока передается по оптоволокну. Этот вариант передачи сигнала позволяет одновременно использовать несколько контроллеров в автоматизированной линии и обеспечивает наиболее точную передачу сигнала. Датчики такого типа могут использоваться для контроля давления, температуры, вибрации и других показателей.
- Распределенные – датчики этого типа применяются для контроля уровня температуры. Опросное устройство провоцирует импульс лазера, и он рассеивается при передаче через оптоволокно. В результате можно определить, какова температура в каждой из точек оптоволоконного канала.
По аналогичному принципу могут работать акустические датчики. В этом случае анализатор фиксирует колебания излучения, передаваемого по оптоволоконному каналу. Это дает возможность зафиксировать звук и определить его источник. Датчики такого типа могут применяться, например, в системах контроля доступа – они дают возможность выявить несанкционированное проникновение.
Если датчик использует оптоволокно для трансляции сигнала на расстоянии, то оно должно быть многомодовым. Одномодовое оптоволокно применяется для устройств, в которых оно выполняет функции сенсора.
Где используются волоконно-оптические датчики
Наиболее широкое распространение получили оптоволоконные датчики, работающие с использованием брэгговских решеток. Они могут использоваться даже в агрессивных средах, где приборы постоянно подвергаются агрессивному внешнему воздействию.
Можно перечислить целый ряд отраслей, в которых применяются оптоволоконные датчики:
- горнодобывающая промышленность – такие устройства используются в пожарных извещателях для мониторинга состояния шахтных стволов и конвейерных лент;
- нефтегазовая сфера отрасли – приборы применяются при термомониторинге скважин и трубопроводных линий, дают возможность мгновенно отслеживать даже небольшие изменения температуры;
- строительство – датчики широко востребованы в системе «умных домов», они позволяют отслеживать различные показатели для автоматического реагирования систем жизнеобеспечения. Также они применяются для постоянного мониторинга мостов, теплотрасс, инженерных систем;
- авиационно-космическая отрасль – новые технологии позволили создать высокоточные датчики, фиксирующие незначительные деформации корпусов, а также отклонения от температурного уровня;
- электроэнергетика – датчики могут использоваться для мониторинга силовых линий.
