Nell'anno 1960 fu inventata la luce laser e, dopo l'invenzione dei laser, i ricercatori avevano mostrato interesse a studiare le applicazioni dei sistemi di comunicazione in fibra ottica per il rilevamento, la comunicazione di dati e molte altre applicazioni. Successivamente il sistema di comunicazione in fibra ottica è diventata la scelta definitiva per la trasmissione di dati in gigabit e oltre i gigabit. Questo tipo di comunicazione in fibra ottica viene utilizzato per trasmettere dati, voce, telemetria e video su una comunicazione a lunga distanza o reti di computer o LAN. Questa tecnologia utilizza un'onda luminosa per trasmettere i dati su una fibra trasformando i segnali elettronici in luce. Alcune delle eccellenti caratteristiche di questa tecnologia includono leggerezza, bassa attenuazione, diametro più piccolo, trasmissione del segnale a lunga distanza, sicurezza della trasmissione e così via.

Sensori a fibra ottica

Significativamente, il tecnologia delle telecomunicazioni ha cambiato i recenti progressi nella tecnologia delle fibre ottiche. L'ultima rivoluzione è apparsa come designer per combinare i risultati produttivi di dispositivi optoelettronici con dispositivi di telecomunicazione in fibra ottica per creare sensori in fibra ottica. Molti dei componenti associati a questi dispositivi sono spesso sviluppati per applicazioni con sensori a fibra ottica. La capacità dei sensori in fibra ottica è aumentata al posto del sensore tradizionale.

Sensori a fibra ottica

I sensori in fibra ottica, chiamati anche sensori in fibra ottica, utilizzano fibra ottica o elemento di rilevamento. Questi sensori vengono utilizzati per rilevare alcune grandezze come temperatura, pressione, vibrazioni, spostamenti, rotazioni o concentrazione di specie chimiche. Le fibre hanno così tanti usi nel campo del telerilevamento perché non richiedono alimentazione elettrica nella posizione remota e hanno dimensioni ridotte.

I sensori in fibra ottica sono ideali per condizioni insensibili, inclusi rumore, vibrazioni elevate, calore estremo, ambienti umidi e instabili. Questi sensori possono adattarsi facilmente in piccole aree e possono essere posizionati correttamente ovunque siano necessarie fibre flessibili. Lo spostamento della lunghezza d'onda può essere calcolato utilizzando un dispositivo, la riflettometria ottica nel dominio della frequenza. Il ritardo temporale dei sensori a fibra ottica può essere deciso utilizzando un dispositivo come un riflettometro ottico nel dominio del tempo.

Schema a blocchi del sensore a fibra ottica

Lo schema a blocchi generale del sensore a fibra ottica è mostrato sopra. Lo schema a blocchi è costituito dalla sorgente ottica ( Diodo ad emissione luminosa , LASER e diodo laser), fibra ottica, elemento di rilevamento, rivelatore ottico e dispositivi di elaborazione delle estremità (analizzatore di spettro ottico, oscilloscopio). Questi sensori sono classificati in tre categorie in base ai principi operativi, alla posizione del sensore e all'applicazione.

Tipi di sistemi di sensori a fibra ottica

Questi sensori possono essere classificati e spiegati nel modo seguente:

1. In base alla posizione del sensore, i sensori a fibra ottica sono classificati in due tipi:

Sensori a fibra ottica intrinseca
Sensore a fibra ottica estrinseca

Sensori a fibra ottica di tipo intrinseco

In questo tipo di sensori, il rilevamento avviene all'interno della fibra stessa. I sensori dipendono dalle proprietà della fibra ottica stessa per convertire un'azione ambientale in a modulazione del fascio di luce che lo attraversa. Qui, una delle proprietà fisiche del segnale luminoso può essere sotto forma di frequenza, fase, intensità di polarizzazione. La caratteristica più utile del sensore a fibra ottica intrinseca è che fornisce un rilevamento distribuito su lunghe distanze. Il concetto di base del sensore a fibra ottica intrinseco è mostrato nella figura seguente.

Sensori a fibra ottica di tipo intrinseco

Sensori a fibra ottica di tipo estrinseco

Nei sensori a fibra ottica di tipo estrinseco, la fibra può essere utilizzata come supporto di informazioni che indicano la strada per una scatola nera. Genera un segnale luminoso a seconda delle informazioni arrivate alla scatola nera. La scatola nera può essere fatta di specchi,gas o altri meccanismi che generano un segnale ottico. Questi sensori vengono utilizzati per misurare la rotazione, la velocità di vibrazione, lo spostamento, la torsione, la coppia e l'accelerazione. Il sindaco vantaggio di questi sensori è la loro capacità di raggiungere luoghi altrimenti irraggiungibili.

Sensori a fibra ottica di tipo estrinseco

“tiri indietro sul pistone di una pompa ”

Il miglior esempio di questo sensore è la misurazione della temperatura interna del motore a reazione dell'aereo che utilizza una fibra per trasmettere una radiazione in un pirometro di radiazione, che si trova all'esterno del motore. Allo stesso modo, questi sensori possono essere utilizzati anche per misurare la temperatura interna del trasformatori . Questi sensori forniscono un'eccellente protezione dei segnali di misurazione dalla corruzione del rumore. La figura seguente mostra il concetto di base del sensore a fibra ottica estrinseca.

2. In base ai principi di funzionamento, i sensori in fibra ottica sono classificati in tre tipi:

Basato sull'intensità
Basato sulla fase
Basato sulla polarizzazione

Sensore a fibra ottica basato sull'intensità

I sensori a fibra ottica basati sull'intensità richiedono più luce e questi sensori utilizzano fibre con nucleo multimodale di grandi dimensioni. La figura mostrata dà un'idea di come l'intensità della luce funziona come parametro di rilevamento e di come questa disposizione fa sì che la fibra funzioni come sensore di vibrazione. Quando c'è una vibrazione, ci sarà un cambiamento nella luce inserita da un'estremità all'altra e questo renderà l'intelligenza per misurare l'ampiezza della vibrazione.

Sensore a fibra ottica basato sull

Sensore a fibra ottica basato sull'intensità

Nella figura, la fibra ottica e il sensore di vibrazione più vicini dipendono dall'intensità della luce nelle parti successive. Questi sensori hanno molte limitazioni dovute a perdite variabili nel sistema che non si verificano nell'ambiente. Queste perdite variabili includono perdite dovute a giunzioni, perdite di micro e macro flessione, perdite dovute a connessioni ai giunti, ecc. Gli esempi includono sensori basati sull'intensità o sensore microbend e sensore di onde evanescenti.

I vantaggi di questi sensori in fibra ottica includono il basso costo, la capacità di funzionare come veri sensori distribuiti, molto semplice da implementare, la possibilità di essere multiplexati, ecc. Gli svantaggi includono variazioni nell'intensità della luce e relative misurazioni, ecc.

Sensore a fibra ottica basato sulla polarizzazione

Le fibre ottiche basate sulla polarizzazione sono importanti per una certa classe di sensori. Questa proprietà può essere semplicemente modificata da varie variabili esterne e quindi da queste tipi di sensori può essere utilizzato per la misurazione di una serie di parametri.Sono state sviluppate fibre speciali e altri componenti con caratteristiche di polarizzazione esatte. Generalmente, questi vengono utilizzati in una varietà di applicazioni di misurazione, comunicazione e elaborazione del segnale.

Sensore a fibra ottica basato sulla polarizzazione

La configurazione ottica per un sensore in fibra ottica basato sulla polarizzazione è mostrata sopra. È modellato polarizzando la luce dalla sorgente luminosa attraverso un polarizzatore. La luce polarizzata viene avviata a 45o rispetto agli assi selezionati di una lunghezza di fibra di protezione dalla polarizzazione birifrangente. Questa sezione della fibra viene utilizzata come fibra di rilevamento. Quindi, la differenza di fase tra i due stati di polarizzazione viene modificata in presenza di disturbi esterni come stress o deformazione. Quindi, in base ai disturbi esterni, la polarizzazione dell'uscita viene modificata, quindi, considerando lo stato di polarizzazione dell'uscita all'estremità successiva della fibra, è possibile rilevare i disturbi esterni.

Sensore a fibra ottica a fase

Questi tipi di sensori vengono utilizzati per cambiare la luce dell'emettitore sul segnale informativo in cui il segnale viene osservato dal sensore a fibra ottica a base di fase. Quando un raggio di luce viene fatto passare attraverso l'interferometro, la luce si separa in due raggi: un raggio è esposto all'ambiente di rilevamento e l'altro raggio è isolato dall'ambiente di rilevamento, che viene utilizzato come riferimento. Una volta che i due fasci separati sono ricombinati, si intralciano l'uno con l'altro. Gli interferometri più comunemente usati sono Michelson, Mach Zehnder, Sagnac, reticolo e interferometri polarimetrici. Qui di seguito sono mostrati gli interferometri di Mach Zehnder e Michelson.

Sensore a fibra ottica a fase

qui ci sono differenze e somiglianze tra i due interferometri. In termini di somiglianze, l'interferometro di Michelson è spesso considerato un interferometro di Mach Zehnder piegato. La configurazione dell'interferometro di Michelson richiede un solo accoppiatore in fibra ottica. Poiché la luce passa due volte attraverso le fibre di rilevamento e di riferimento, lo sfasamento ottico per unità di lunghezza della fibra viene raddoppiato. Quindi, il Michelson può essenzialmente avere una migliore sensibilità. Un altro chiaro vantaggio del Michelson è che il sensore può essere interrogato con una sola fibra tra la sorgente e il modulo rivelatore della sorgente. Ma per l'interferometro di Michelson è necessario uno specchio riflettente di buona qualità

3. In base all'applicazione, i sensori in fibra ottica sono classificati in tre tipi come

Sensore chimico
Sensore fisico
Sensore medico biologico

Sensore chimico

Un sensore chimico è un dispositivo che viene utilizzato per trasformare le informazioni chimiche sotto forma di un segnale fisico misurabile associato alla concentrazione di una determinata specie chimica.Il sensore chimico è un componente importante di un analizzatore e può includere alcuni dispositivi che eseguono quanto segue funzioni: elaborazione del segnale, campionamento e elaborazione dei dati. Un analizzatore può essere una parte importante di un sistema automatizzato.

Sensore chimico

Il funzionamento dell'analizzatore secondo un piano di campionamento in funzione del tempo funge da monitor. Questi sensori includono due unità funzionali: un recettore e un trasduttore. Nella parte recettore l'informazione chimica viene trasformata in un'energia che può essere misurata dal trasduttore, nella parte trasduttore l'informazione chimica si trasforma in un segnale analitico e non mostra sensibilità.

Sensore fisico

Un sensore fisico è un dispositivo realizzato in base all'effetto fisico e alla natura. Questi sensori vengono utilizzati per fornire le informazioni su una proprietà fisica del sistema. Questo tipo di sensori è per lo più indicato da sensori come sensori fotoelettrici, sensori piezoelettrici , sensori di deformazione a resistenza metallica e sensori piezoresistivi a semiconduttore.

Sensore medico biologico

Il sensore biomedico è un dispositivo elettronico utilizzato per trasferire varie grandezze non elettriche nei campi biomedici in grandezze elettriche facilmente rilevabili. Per questo motivo, questi sensori sono inclusi nell'analisi sanitaria. Questa tecnologia di rilevamento è la chiave per raccogliere informazioni patologiche e fisiologiche umane.

Sensore medico biologico

Applicazioni dei sensori a fibra ottica

I sensori in fibra ottica vengono utilizzati in una vasta gamma di applicazioni come

Misura di proprietà fisiche come temperatura, spostamento,velocità, deformazione in strutture di qualsiasi dimensione o forma.
Monitoraggio in tempo reale della struttura fisica della salute.
Edifici e ponti, tunnel,Dighe, strutture del patrimonio.
Telecamera per visione notturna, sistemi elettronici di sicurezza , Rilevamento dello scarico parziale e misurazione dei carichi sulle ruote dei veicoli.

Quindi, una panoramica di sensori in fibra ottica e le applicazioni sono state discusse. Ci sono molti vantaggi nell'usare sensori in fibra ottica per comunicazioni a lunga distanza che includono dimensioni ridotte, leggerezza, compattezza, alta sensibilità, ampia larghezza di banda, ecc. Tutte queste caratteristiche fanno il miglior uso della fibra ottica come sensore. Oltre a questo, per qualsiasi aiuto su questo argomento o idee progettuali basate su sensori , puoi contattarci commentando nella sezione commenti qui sotto.

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