تامین و فروش انواع سنسور فیبر نوری

سنسور فیبر نوری :

سنسور فیبر نوری ، قطعاتی برپایه فیبر هستند ، که برای اندازه‌گیری برخی کمیت‌ها مانند فشار مکانیکی و یا درجه حرارت و گاهی برای اندازه‌گیری جابجایی، فشار، شتاب و غظت مواد شیمیایی استفاده می‌شود.

ساختار کلی یک سنسور فیبر نوری که در شکل زیر نمایش داده شده است ، شامل : یک منبع نوری (لیزر، LED و…)، فیبر نوری، عنصر حسگر (که مقدار اندازه‌گیری شده را به سیگنال نوری تبدیل می‌کند)، آشکارساز نوری و پردازشگر الکترونیکی (اسیلوسکوپ و…) می‌باشد. در این سنسورها نوری از طریق لیزر و یا منبع لومیسان تامین شده و به‌وسیله فیبر نوری ارسال می‌شود.

سنسور فیبر نوری را می‌توان براساس سه مورد از ویژگی‌های آن‌ها طبقه‌بندی نمود: موقعیت مکانی حسگر، اصول عملکرد و کاربردهای آن‌ها.

 بر پایه موقعیت مکانی، سنسور فیبر نوری را می‌توان به دو دسته درونی(intrinsic) و بیرونی(extrinsic) تقسیم بندی کرد.

در سنسور فیبر نوری بیرونی، نور از فیبر خارج می‌شود و در نتیجه تحت تاثیر تغییرات محیطی قرار می‌گیرد و نوری که به داخل فیبر برمی‌گردد می‌تواند بر روی فاز، قطبش و … اثر بگذارد.

از سوی دیگر در حسگر فیبر نوری درونی یا ذاتی نور از فیبر خارج نمی‌شود و در نتیجه تغییرات محیطی بر آن هیچ اثری ندارند. در شکل زیر این دو دسته را مشاهده می‌کنید:

بر پایه نحوه عملکرد و مدولاسیون، سنسور فیبر نوری به چهار دسته شدت، فاز، فرکانس و پلاریزاسیون(قطبش) تقسیم‌بندی‌ می‌شوند.

و سنسور فیبر نوری برپایه کاربردهای خود به دسته‌های زیر طبقه بندی می‌شوند:

• سنسورهای فیزیکی: برای اندازه‌گیری خواص فیزیکی مانند دما، فشار و غیره استفاده می‌‌شوند.
• سنسورهای شیمیایی: برای اندازه‌گیری PH، مطالعات طیفی و غیره استفاده می‌شود.
• سنسورهای زیست-پزشکی: برای اندازه‌گیری فشار خون، مقدار گلوکز و غیره استفاده می‌شود.

انواع سنسور فیبر نوری براساس مدولاسیون:

مدولاسیون پلاریزاسیون (قطبش):

مسیر و یا جهت بخشی از میدان الکتریکی، به عنوان قطبش یا پلاریزاسیون میدان نور تعریف می‌شود. حالت پلاریزاسیون، یک ویژگی مهم پرتوهای الکترومغناطیسی است. پلاریزاسیون حالات مختلفی مانند خطی، دایروی یا بیضوی دارد. درحالت پلاریزاسیون خطی، جهت میدان الکتریکی همواره در جهت انتشار نور است.

در حالت قطبش بیضوی، جهت میدان الکتریکی در طول انتشار نور تغییر می‌کند و در انتهای مسیر میدان الکتریکی به شکل بیضی درمی‌آید.  حالت‌های مختلف پلاریزاسیون را می‌توانید در شکل زیر مشاهده کنید:

مدولاسیون فاز:  

سنسورهای مدولاسیون فاز از تغییرات فاز نور برای اندازه‌گیری استفاده می‌کنند. فاز نوری که از فیبر می‌گذرد برای اینکه تشخیص داده شود توسط میدان مدوله می‌شود. سپس این مدولاسیون فاز با مقایسه فاز نور در فیبر سیگنال و فیبر مرجع تشخیص داده می‌شود.

  در این سنسورها پرتو لیزر پس از منتشر شدن به دو پرتو تقسیم می‌شود.

یکی از پرتوها به محیط حساس وارد شده و تحت یک تغییر فاز قرار می‌گیرد و دیگری به عنوان پرتو مرجع استفاده می‌شود. سنسورهای مدولاسیون فاز به علت حساسیت بالایی که دارند، از رایج‌ترین سنسورهای فیبر نوری هستند. Mach-Zehnder، Michelson، Fabry-Perot، Sagnac و polarimetric از متداول‌ترین تداخل‌سنج‌ها هستند.

• مدولاسیون طول موج:

• در این سنسورها از تغییرات طول‌موج نور برای تشخیص استفاده می‌‌کنند. سنسورهای فیبر مبتنی بر فلورسنت که به طور گسترده در کاربردهای پزشکی و اندازه‌گیری پارامترهای فیزیکی مانند دما و رطوبت استفاده می‌شوند از سنسورهای مدولاسیون فاز هستند.

• مدولاسیون شدت: از آنجا که شدت تابع تغییرات فیزیکی است، در این نوع از سنسورهای فیبر نوری معمولا یک تغییر فیزیکی بر روی فیبر اثر می‌گذارد. این نوع از حسگرها از ساده‌ترین حسگرهای فیبر نوری خارجی هستند.

کاربردهای سنسور فیبر نوری:

حسگرهای فیبر نوری کاربردهای متفاوتی دارند که در ادامه به تعدادی از آن‌ها اشاره می‌کنیم:

• اندازه‌گیری کمیت‌های فیزیکی مانند دما، فشار، جابجایی، سرعت و شتاب
• نظارت بر سلامت فیزیکی در واقعیت
• در ساختمان‌ها و پل‌ها برای نظارت بر ترک خوردن و شکستگی، ارزیابی آسیب‌های بعد از زمین‌لرزه، نظارت بر ریختن بتن در هنگام ساخت و…
• در تونل‌ها برای شناسایی آسیب‌دیدگی خطوط اتصال، ارزیابی انبساط گاز شاتکریت و…
• در سدها برای نظارت بر توزیع دما، نظارت بر نشت، نظارت بر پی‌ریزی و…
• در ساختار ساختمان‌های قدیمی و میراث فرهنگی برای ارزیابی آسیب‌های پس از زلزله، نظارت بر بازسازی، بررسی ترک‌ها و…

تاریخچه سنسور فیبر نوری : 

با اختراع لیزر در دهه 1960، توجه بسیاری به سیستم‌های نوری برای ارتباطات داده جلب شد. اختراع لیزر، محققان را برانگیخت تا به بررسی قابلیت فیبرهای نوری در زمینه‌ی انتقال اطلاعات، حسگرها و سایر کاربردهای آن بپردازند.  سیستم‌های لیزری نسبت به مایکروویو و سایر سیستم‌های الکتریکی، می‌توانند حجم بیشتری از اطلاعات را ارسال کنند. اولین آزمایشی که با لیزر انجام شد درواقع انتقال آزاد پرتو لیزر در هوا بود.

محققان همچنین با انتقال پرتو لیزر از طریق انواع موجبرها آزمایشاتی انجام دادند و فیبر شیشه‌ای به سرعت به ابزاری برای انتقال نور تبدیل شد. در ابتدا تلفات زیاد در فیبرهای نوری، مانع جایگزین شدن آن‌ها با کابل‌های کواکسیال شد. اما با پیشرفت‌های اخیر، فناوری فیبرنوری به طور قابل توجهی صنعت مخابرات را تغییر داده است.

توانایی حمل یک گیگابایت از اطلاعات با سرعت نور، قابلیت تحقیق در فیبرهای نوری را افزایش داد. آخرین انقلاب طراحان نیز ترکیب محصولات فیبر نوری و ارتباطات مخابراتی برای تولید حسگرهای فیبر نوری بود.

سنسور فیبر نوری گزینه‌های مناسبی برای نظارت بر تغییرات محیطی هستند و نسبت به سنسورهای الکتریکی معمولی مزایای فراوانی دارند:

• ترکیب آسان با ساختارهای متفاوت مانند ساختارهای کامپوزیتی، به دلیل اندازه کوچک و شکل استوانه‌ای
• عدم توانایی در هدایت جریان الکتریکی
• حساسیت بالا
• ایمن در برابر تداخل الکترومغناطیسی و فرکانس رادیویی
• وزن کم
• مقاوم در مقابل محیط‌های خشن
• ضد انفجار
• معمولا نیاز به تماس ندارد.
• قابلیت اندازه‌گیری پارامترهای مختلف
• قابلیت اندازه‌گیری طول‌های بلند تا ده‌ها کیلومتر

و…

مبانی فیبر نوری:

فیبر نوری از سه بخش تشکیل شده است: هسته، روکش و بافر. ساختار اصلی فیبر نوری در شکل زیر نشان داده شده است:

هسته یک میله استوانه‌ای تشکیل شده از مواد دی‌الکتریک است که معمولا از شیشه ساخته می‌شود. نور به طور عمده در هسته فیبر پخش می‌شود.

لایه روکش از مواد دی‌الکتریک با شاخص انحراف ساخته می‌شود. شاخص انحراف در موادی که روکش از آن‌ها ساخته شده کمتر از مواد تشکیل‌دهنده هسته است. روکش معمولا از شیشه یا پلاستیک ساخته می‌شود. روکش وظایفی همچون کاهش اتلاف نور از هسته به هوای اطراف، محافظت از فیبر در برابر جذب سطوح آلاینده‌ها و افزایش قدرت مکانیکی را برعهده دارد.

بافر یک لایه‌ از موادی است که از فیبر نوری در مقابل آسیب‌های فیزیکی جلوگیری می‌کند. مواد استفاده شده در بافر نوعی از پلاستیک می‌باشد.