OptischeFiberSensingSYstem
Das Glasfaser-Sensorsystem begann 1977 und entwickelte sich schnell mit der Entwicklung der Glasfaser-Kommunikationstechnologie. Das optische Fasersensorsystem ist ein wichtiger Indikator, um den Informationsgrad in einem Land zu messen. Vom Hangzhou Internet of Things and Sensing System Application Forum ist das optische Fasersensorsystem weit verbreitet in Militär-, Verteidigungs-, Luft- und Raumfahrt-, Industrie- und Bergbauunternehmen, Energie- und Umweltschutz, industrielle reine Kontrolle, Medizin und Gesundheit, Messung und Prüfung, Bauwesen, Haushaltsgeräte und anderen Bereichen. einen riesigen Markt. Es gibt Hunderte von Faser-Optik-Sensorsysteme auf der Welt, wie Temperatur, Druck, Strömung, Verschiebung, Vibration, Rotation, Biegen, Flüssigkeitsstand, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Schallfeld, Strom, Spannung, Magnetisches Feld und Strahlung. Sensing.
Glasfaser-Arbeitsfrequenzbandbreite, großer Dynamikbereich, geeignet für Telemetrie-Fernbedienung, ist eine ausgezeichnete Low-Loss-Übertragungsleitung; unter bestimmten Bedingungen ist die Optische Faser besonders einfach zu akzeptieren, die Messung oder Feldbelastung, ist eine ausgezeichnete empfindliche Komponente; die optische Faser selbst ist nicht geladen, kleine Größe, geringes Gewicht, leicht zu biegen, anti-elektromagnetische Störungen, gute Strahlungsbeständigkeit, besonders geeignet für den Einsatz in rauen Umgebungen wie brennbare, explosive, Raum eingeschränkt und starke elektromagnetische Störungen. Daher hat die Glasfaser-Sensortechnologie seit ihrer Gründung große Aufmerksamkeit erhalten und wurde in fast allen Bereichen erforscht und eingesetzt, was zum Vorläufer der Sensorik wurde und die energische Entwicklung der Sensorik förderte.
Optische Fasererfassung, einschließlich der Wahrnehmung und Übertragung externer Signale (gemessen). Die sogenannte Wahrnehmung (oder Empfindlichkeit) bezieht sich auf die physikalischen Charakteristischen Parameter der Lichtwelle, die vom externen Signal gemäß seinem sich ändernden Gesetz übertragen wird, wie Intensität (Leistung), Wellenlänge, Frequenz, Phase und Polarisationszustand, und die Änderung des gemessenen optischen Parameters ist "Wahrnehmung" Veränderungen in externen Signalen. Diese "Wahrnehmung" ist im Wesentlichen ein externes Signal, das die Lichtwellen moduliert, die sich in der Faser in Echtzeit ausbreiten. Die sogenannte Übertragung bedeutet, dass die optische Faser die vom externen Signal modulierte optische Welle zur Detektion an den Photodetektor überträgt, das externe Signal aus der optischen Welle extrahiert und die Datenverarbeitung nach Bedarf, d.h. Demodulation, durchführt. Daher umfasst die Faseroptische Sensorik sowohl Modulations- als auch Demodulationstechniken, nämlich wie das externe Signal (gemessen) die optischen Wellenparameter in der optischen Faser (oder Ladetechnik) moduliert und wie das externe Signal aus der modulierten Lichtwelle (Demodulationstechnik (oder Detektionstechnik) extrahiert wird, die gemessen wird).
Der Teil des externen Signals, der die optischen Parameter in der Sensorfaser moduliert, wird als Modulationsbereich bezeichnet. Je nach Beziehung zwischen Modulationsbereich und Glasfaser kann die Modulation in zwei Kategorien eingeteilt werden. Ein Typ ist die funktionelle Modulation, und der Modulationsbereich befindet sich in der optischen Faser. Das externe Signal moduliert die optische Welle, indem bestimmte Transmissionscharakteristikparameter der optischen Faser direkt verändert werden. Ein solcher Faseroptiksensor wird als funktionaler Typ (funktionale Faser, kurz FF)oder als intrinsischer Typ Faseroptiksensor bezeichnet und wird auch zu einem internen Modulationssensor, und die optische Faser hat die Funktionen "Übertragung" und "Sensing". Die empfangende Faser, die an die Lichtquelle gekoppelt ist, und die empfangende Faser, die an den Photodetektor gekoppelt ist, sind eine kontinuierliche Faser, die als Sensorfaser bezeichnet wird, sodass der funktionelle Fasersensor auch als All-Faser- oder Sensorfasersensor bezeichnet wird. Der andere Typ ist die nicht-funktionale Modulation. Der Modulationsbereich befindet sich außerhalb der Glasfaser. Das externe Signal wird durch das externe Modulationsgerät zu der optischen Welle moduliert, die in die optische Faser eindringt. Diese Art von optischen Fasersensor wird non-Functional Fiber (NFF) oder extrinsisch genannt. Der Typ des Faseroptiksensors, die Sendefaser und die empfangende Faser dienen nur der Übertragung von Lichtwellen, die als lichtübertragende Fasern bezeichnet werden, und haben keine Kontinuität. Daher wird der nicht-funktionale Faseroptiksensor auch als lichtübertragender Fasersensor oder extern modulierter Fasersensor bezeichnet.
Entsprechend der Änderung der physikalischen Charakteristischen Parameter der lichtwellenmodulierten Lichtwelle, die durch das externe Signal moduliert wird, kann die Modulation der Lichtwelle in fünf Typen unterteilt werden: Lichtintensitätsmodulation, optische Frequenzmodulation, optische Wellenlängenmodulation, optische Phasenmodulation und Polarisationsmodulation.
Da jeder vorhandene Photodetektor nur auf die Intensität des Lichts reagieren kann und nicht direkt auf das Frequenz-, Wellenlängen-, Phasen- und Polarisationsmodulationssignal des Lichts reagieren kann, muss er durch eine Umwandlungstechnik in ein Intensitätssignal umgewandelt werden. Empfangen und Implementieren der Erkennung.
Anwendungsklassifizierung der optischen Fasersensortechnologie
Lichtintensitätsmodulation
Lichtbetonung ist eine relativ einfache und weit verbreitete Modulationsmethode in der Faseroptik-Sensorik. Das Grundprinzip besteht darin, die Störung des externen Signals (gemessen) zu nutzen, um die Intensität (d.h. Modulation) des Lichts (Breitspektrumlicht oder spezifisches Wellenlängenlicht) in der Faser zu ändern und dann die Ausgangslichtintensität (Demodulation) zu messen, um das externe Signal zu erreichen. Messung.
Phasenmodulation
Optische Phasenmodulation bezieht sich auf die Veränderung der Phase der Lichtwelle, die sich in der Optischen Faser nach einem bestimmten Gesetz des externen Signals (gemessen) ausbreitet, und die Änderungsmenge der optischen Phase spiegelt die gemessene externe Menge wider.
In der Regel gibt es drei Arten der optischen Phasenmodulation, die in der Glasfaser-Sensorik verwendet werden. Ein Typ ist die funktionelle Modulation, und das externe Signal verändert die geometrische Größe und den Brechungsindex der Sensorfaser durch den Kraftdehnungseffekt, den thermischen Dehnungseffekt, den elastischen Lichteffekt und die thermooptische Wirkung der optischen Faser, wodurch die optische Phasenänderung in der optischen Faser verursacht wird. Um die Modulation der optischen Phase zu erreichen. Der zweite Typ ist die Sagnac-Effektmodulation. Das externe Signal (Rotation) ändert nicht die Parameter der Faser selbst. Stattdessen wird die kreisförmige Faser im Trägialfeld gedreht, um den entsprechenden optischen Pfadunterschied zwischen den beiden Trägern zu erzeugen, die sich in entgegengesetzte Richtungen ausbreiten. Modulation der optischen Phase. Der dritte Typ ist die nicht-funktionale Modulation, d.h. die Modulation der optischen Phase in der optischen Faser durch Änderung des optischen Wellenwegunterschieds in die optische Faser außerhalb der Sensorfaser.
Polarisationsmodulation
Polarisationsmodulation bedeutet, dass das externe Signal (gemessen) eine regelmäßige Ablenkung (optische Rotation) oder Birefreringen der Polarisationsebene der Lichtwelle in einer bestimmten Weise verursacht und dadurch eine Änderung der Polarisationscharakteristik des Lichts verursacht, indem eine Änderung des Polarisationszustandes des Lichts erkannt wird. Man kann messen, dass die Außenwelt gemessen wird.
Wellenlängenmodulation
Das externe Signal (gemessen) verändert die Wellenlänge des übertragenen Lichts in der optischen Faser mittels Frequenzauswahl, Filterung usw., und die gemessene Wellenlängenänderung kann erkannt und gemessen werden. Diese Art der Modulation wird als optischeWellenlängenmodulation.
Aktuelle Methoden zur optischen Wellenlängenmodulation sind hauptsächlich optische Frequenzauswahl und Filterung. Herkömmliche optische Wellenlängenmodulationsmethoden umfassen hauptsächlich externe Modulationstechniken wie F-P-Interferometrische Filterung, Riot Polarisations-Birefringent-Filterung und verschiedene Verschiebungsspektralauswahl. In den letzten 20 Jahren hat vor allem die in den letzten Jahren rasant entwickelte Fasergitterfiltertechnologie neue Perspektiven für die funktionale optische Wellenlängenmodulationstechnologie eröffnet.
Frequenzmodulationstyp
Optische Frequenzmodulation bedeutet, dass das externe Signal (gemessen) die Frequenz der in der optischen Faser übertragenen optischen Welle moduliert und der Frequenzversatz die gemessene reflektiert. Derzeit werden bei der Doppler-Methode mehr Modulationsmethoden eingesetzt, d.h. das externe Signal moduliert die Frequenz der optischen Welle in der empfangenden Faser durch den Doppler-Effekt, der eine nicht-funktionelle Modulation ist.
Sensoreigenschaften:
Hohe Empfindlichkeit und Immunität gegen elektromagnetische Störungen. Da das Fasersensor-Detektionssystem durch das äußere Feld schwer gestört werden kann und das optische Signal während der Übertragung nicht mit der elektromagnetischen Welle interagiert und nicht durch elektrisches Rauschen beeinträchtigt wird. Durch diese Funktion wird der Fasersensor bei der Erkennung des Stromsystems erhalten. weit verbreitet.
Die Faser hat eine gute Flexibilität und Zähigkeit, so dass der Sensor je nach den Anforderungen der Vor-Ort-Inspektion in verschiedenen Formen hergestellt werden kann.
Die gemessene Frequenzbandbreite und der dynamische Ansprechbereich sind groß.
Es hat eine starke Portabilität und kann in Sensoren verschiedener physikalischer Größen, einschließlich Schallfeld, Magnetfeld, Druck, Temperatur, Beschleunigung, Verschiebung, Flüssigkeitsstand, Durchfluss, Strom, Strahlung und so weiter gemacht werden.
Es ist sehr einbettbar und einfach mit Computern und Glasfasersystemen zu verbinden, so dass es einfach zu telemetrie und Steuerung des Systems zu implementieren.
Einepplication:
Optische Fasersensorik in der Bauingenieurprüfung
Optische Fasersensortechnologie in der Brückenerkennung
Optische Fasersensorik in geotechnischer Mechanik und Technik
Militärischer Einsatz der optischen Fasersensorik