حسگر های نوری

[EN-EZEL 13,039]

حس گرهای فیبر نوری تعریف : حسگرهای نوری بر اساس ابزارهای الیافی حس گرهای الیاف نوری (که حس گرهای نوری نامیده می شوند) ابزارهایی نوری برای حس- گری برخی فاکتورها (معمولا دما و کرنش مکانیکی) می باشند اما گاهی اوقات ارتعاشات- فشار و شتاب و یا انباشتگی های تکه های شیمیایی را نیز شامل می شوند. اصول کلی چنین ابزاری این است که نور لیزر از منبع روشنایی از طریق الیاف نوری ارسال می گردد و باعث تغییرات می گردد و سپس به تشخیص گر میرسد Fiber Bragg Gratingsپارامترالیاف و یا یکی از که این تغییرات را اندازه گیری می کند. در مقایسه با سایر انواع سنسورها حس گرهای فیبر نوری تعدادی فواید را نشان می دهند : * آنها شامل مواد عایق برقی هستند که امکان استفاده در محیط با ولتاژهای بالا را فراهم می کنند. (هیچ کابل الکتریکی مورد نیاز نمی باشد). * آنها را می توان در محیط های انفجاری به کار برد چون هیچ گونه خطر جرقه وجود ندارد حتی اگر خرابی در آنها وجود داشته باشد. ایمن هستند.(EMI)* آنها در برابر تداخل امواج الکترومغناطیسی * مواد آنها اطراف را آلوده نمی کند و زنگ نمی خورد. * دامنه دمای عملیاتی خیلی عریضی دارند (که خیلی گسترده تر از اکثر ابزارهای الکتریکی است). می باشند (یعنی حس گرهای چندگانه در یک خط الیاف را می Multiplexing * دارای قابلیت توان با یک منبع نوری مجزا حاصل نمود. Bragg Grating حسگرهای می باشند.Bragg Grating حس گرهای الیاف نوری اغلب بر اساس الیاف نه تنها بستگی به Bragg اصول کلی این حس گرهای الیاف نوری این است که طول موج دارد بلکه به دما و کرنش مکانیکی نیز بستگی دارد. برای الیافBragg Grating پریود به کرنش حدود 20% کوچکتر می باشد چون تاثیر Braggسیلیکا پاسخ کسری طول موج مستقیم کشش توسط کاهش شاخص پراکنش کاسته می شود. تاثیرات دما نزدیک به موارد انتظار انبساط حرارتی می باشد. تاثیرات کرنش و دما را می توان با فونون متنوع متمایز نمود. (برای مثال با استفاده از گریترینگ مرجع که مربوط به کشش نمی باشد و یا با ترکیب انواع مختلف گریتینگ الیاف) بطوریکه اکثر مقادیر در همان زمان حاصل می گردند. برای حس گر باشد (10 به توان 6-) و دقت خیلی με کشش خالص دقت مورد نظر می تواند در محدوده پایین تر نمی باشد. برای اندازه گیری های دینامیک (برای مثال پدیده آکوستیک) حساسیت های در پهنای باند 1 هرتز قابل حصول است. 1 nε بهتر از حس گرهای توزیع شده را به عنوان حس گر به کار نمی برندBragg Grating سایر حس گرهای الیاف نوری الیاف بلکه خود الیاف را به کار می برند. اصول حس گری بستگی به پراکنش رامان یا پراکنش Brillouin می باشد. امکان به کارگیری دما یا وابستگی کرنش جا به جایی فرکانسBrillouin وجود دارد. در بعضی موارد مقدار اندازه گیری شده نوعی میانگین روی طول کامل الیاف می باشد (این مورد برای حس گرهایی با دمای معین می باشد). به کار رفته در ژیروسکوب نیز به کار می رود. در Sagnacهمچنین برای تداخل سنج های سایر موارد مقادیر وابسته به موقعیت اندازه گیری می شوند. این موضوع حس گری توزیعی نامیده می شود. Quasiحس گری توزیعی- یک الیاف منفرد ممکن است شامل چندین حس گر گریتینگ باشد (بصورت سری) که توزیع دما و کرنش را در طول الیاف نشان می دهد. فوتون متفاوتی وجود دارند که گریترینگ منفرد را براورده می کنند (لذا موقعیت دمای معین در طول الیاف دارند). یا انعکاس سنج دامنه فرکانس نوری(WDM)* در یک تکنیک کد مالتی پلکس بخش طول موج متفاوت می باشند.Braggنامیده می شود. گریترینگ ها دارای طول موج (OFDR) لیزر قابل تنظیم طول موج آن را می توان به طول موج متعلق به گریتینگ مشخص تنظیم نمود و طول موج با انعکاس حداکثر بیانگر تاثیر کرنش یا دما می باشد. بطور جایگزین یک منبع به به کار می رود. در هر موردCCDنور با باند عریض با طول موج فتوتکتور و یا طیف سنج تعداد حداکثر گریتینگ ها معمولا بین 10 و 50 می باشد که توسط دامنه تیونینگ و یا پهنای باند منبع نور و یا بازه طول موج مورد نیاز بر واحد گریتینگ الیاف محدود است. نامیده می شود دارای گریتینگ انعکاسی(TDM)* تکنیک دیگر که مالتی پلکس بخش زمانی ضعیف با پالس های کوتاه می باشد. انعکاس ها از گریتینگ های مختلف توسط زمان رسیدن آنها متمایز می گردند. مالتی پلکس بخش زمانی حقیقتا با مالتی پلکس بخش طول موج ترکیب می شود تا تعداد کانال های مختلف صدها یا هزاران نوع را حاصل کند. * سوئیچ نوری امکان انتخاب مابین خطوط الیاف را فراهم می کند که باعث حاصلضرب بیشتر تعداد حس گرهای ممکن می گردد. سایر روش ها : علاوه بر روش های توصیف شده در بالا چندین فونون جایگزین وجود دارند که تعدادی از آنها عبارتند از : در حس گرهای الیاف تداخل سنج به کار می روند که به عنوانBragg * گریتینگ های الیاف انعکاس گر عمل می کنند و جا به جایی فاز اندازه گیری شده از طیف الیاف مابین آنها نتیجه می شود.

نویسنده : جعفر ارشادی فرد