Co to jest czujnik światłowodowy?
Czujnik światłowodowy to technologia wykorzystująca światło do przeprowadzania analiz właściwości fizycznych w zastosowaniach teledetekcji. Wewnętrzne czujniki wykorzystują światłowód jako element czujnikowy, podczas gdy czujniki zewnętrzne wykorzystują kable światłowodowe do przesyłania informacji świetlnych ze zdalnego czujnika do procesorów elektronicznych. Światło można wykorzystać do wykrywania zmian wielu właściwości fizycznych i chemicznych materiałów w celu analizy takich czynników, jak temperatura, ciśnienie lub wibracje. Czujniki te działają w różnych kontekstach przemysłowych i naukowych, takich jak pomiar odwiertu w szybach naftowych lub jako hydrofony do zastosowań sonarowych i sejsmicznych. Lekkie światłowody mają wiele nieodłącznych zalet w porównaniu z poprzednimi technologiami, w tym małe, lekkie rozmiary, odporność elektromagnetyczną, trwałość oraz natychmiastową i dokładną transmisję informacji.
Światłowody przewodzą światło ze źródeł takich jak lasery lub diody elektroluminescencyjne (LED) przez cylindryczne falowody dielektryczne. Włókna te umożliwiają odbijanie światła w formie fali przy minimalnej stracie nawet na dużych odległościach. Włókno jest wykonane z rdzenia dielektrycznego otoczonego warstwą okładziny i powleczonego płaszczem; włókna te można połączyć w grubsze kable. Czujnik światłowodowy zapewnia wytrzymałość w ekstremalnych warunkach, które uniemożliwiają bezpośrednią obserwację; mogą one obejmować niebezpieczne i odległe obszary, takie jak wnętrze silników lub środowisko wybuchowe i korozyjne.
Wewnętrzne czujniki mogą mierzyć przepływ materiału przez szczeliny o długości do jednego metra na ścieżce światła. Materiał ten wprowadza pewne zmiany w jakości światła, które mogą następnie ujawnić istotne informacje do analizy. Różnice długości drogi optycznej umożliwiają pomiary natężenia, polaryzacji, fazy i innych charakterystyk długości fali światła. Czujnik światłowodowy propaguje modulowane efekty środowiskowe za pomocą źródeł światła i detektorów. Możliwe są dodatkowe odczyty, takie jak odkształcenie, temperatura i lepkość.
Czujniki optyczne i elektroniczne mogą również wykorzystywać włókna optyczne do przesyłania informacji do procesorów elektronicznych. Te czujniki typu zewnętrznego mogą być specjalnie zaprojektowane do określonych trudnych warunków: na przykład do odczytu temperatur wewnątrz silników odrzutowych i transformatorów, w których ciepło lub pola elektromagnetyczne zabraniają stosowania innych metod pomiaru. Zewnętrzny czujnik światłowodowy zwykle wykorzystuje światłowód wielomodowy, który może pozwalać na wiele długości fal lub wiązek światła w celu bardziej złożonej transmisji informacji. Informacje z czujnika elektronicznego są przetwarzane przez nadajnik optyczny i przenoszone liniami optycznymi do miejsca docelowego.
Najprostszy typ czujnika światłowodowego jest znany jako typ intensywny; mierzy modulację intensywności. Czujniki spektralne mierzą światło modulowane przez wpływ środowiska i są wykorzystywane do przechwytywania informacji związanych z właściwościami światła, takimi jak promieniowanie, fluorescencja i absorpcja. Czujniki interferometryczne działają jako żyroskop półprzewodnikowy światłowodowy w lotnictwie, nawigacji i górnictwie. Pole medyczne wykorzystuje czujniki światłowodowe do uzyskiwania informacji o gazometrii i dawkowaniu; te pasywne czujniki są tanie, produkowane masowo i wydają się nie powodować żadnych niepożądanych skutków dla pacjentów. Inteligentne struktury światłowodowe są wbudowane w wytwarzane materiały i konstrukcje na dużą skalę, takie jak mosty i tamy; aplikacje są nadal opracowywane dla istniejących i nowych technologii.