скачать рефераты
  RSS    

Меню

Быстрый поиск

скачать рефераты

скачать рефератыРеферат: Волоконно-оптические системы

2.5 Классификация  волоконно-оптических датчиков и примеры их применения

Современные волоконно-оптические датчики позволяют измерять почти все. Например, давление, температуру, расстояние, положение в пространстве, скорость вращения, скорость линейного перемещения, ускорение, колебания, массу, звуковые волны, уровень жидкости, деформацию, коэффициент преломления, электрическое поле, электрический ток, магнитное поле, концентрацию газа, дозу радиационного излучения и т.д.

Если классифицировать волоконно-оптические датчики с точки зрения применения в них оптического волокна, то, как уже было отмечено выше, их можно грубо разделить на датчики, в которых оптическое волокно используется в качестве линии передачи, и датчики, в которых оно используется в качестве чувствительного элемента. Как видно из таблицы 1, в датчиках типа "линии передачи" используются в основном многомодовые оптические волокна, а в датчиках сенсорного типа чаще всего — одномодовые.


Таблица 2.1 - Характеристики волоконно-оптических датчиков

Структура Измеряемая физическая величина Используемое физическое явление, свойство Детектируемая величина Оптическое волокно Параметры и особенности измерений

Датчики с оптическим волокном в качестве линии передачи

Проходящего типа Электрическое напряжение, напряженность электрического поля Эффект Поккельса Составляющая поляризация Многомодовое 1... 1000B; 0,1...1000 В/см
Проходящего типа Сила электрического  тока, напряженность магнитного поля Эффект Фарадея Угол поляризации Многомодовое Точность ±1% при 20...85° С
Проходящего типа Температура Изменение поглощения полупроводников Интенсивность пропускаемого света Многомодовое -10...+300° С (точность ±1° С)
Проходящего типа Температура Изменение постоянной люминесценции Интенсивность пропускаемого света Многомодовое 0...70° С (точность ±0,04° С)
Проходящего типа Температура Прерывание оптического пути Интенсивность пропускаемого света Многомодовое Режим "вкл/выкл"
Проходящего типа Гидроакустическое давление Полное отражение Интенсивность пропускаемого света Многомодовое Чувствительность ... 10 мПа
Проходящего типа Ускорение Фотоупругость Интенсивность пропускаемого света Многомодовое Чувствительность около 1 мg
Проходящего типа Концентрация газа Поглощение Интенсивность пропускаемого света Многомодовое Дистанционное наблюдение на расстоянии до 20 км
Отражательного типа Звуковое давление в атмосфере Многокомпонентная  интерференция Интенсивность отраженного света Многомодовое Чувствительность, характерная для конденсаторного микрофона
Отражательного типа Концентрация кислорода в крови Изменение спектральной характеристики Интенсивность отраженного света Пучковое Доступ через катетер
Отражательного типа Интенсивность СВЧ-излучения Изменение коэффициента отражения жидкого кристалла Интенсивность отраженного света Пучковое Неразрушающий контроль
Антенного типа Параметры высоковольтных импульсов Излучение световода Интенсивность пропускаемого света Многомодовое Длительность фронта до 10 нс
Антенного типа Температура Инфракрасное излучение Интенсивность пропускаемого света Инфракрасное 250...1200° С (точность ±1%)

Датчики с оптическим волокном в качестве чувствительного элемента

Кольцевой интерферометр Скорость вращения Эффект Саньяка Фаза световой волны Одномодовое >0,02 °/ч
Кольцевой интерферометр Сила электрического тока Эффект Фарадея Фаза световой волны Одномодовое Волокно с сохранением поляризации
Интерферометр Маха-Цендера Гидроакустическое давление Фотоупругость Фаза световой волны Одномодовое 1...100 рад×атм/м
Интерферометр Маха-Цендера Сила электрического тока, напряженность магнитного поля Магнитострикция Фаза световой волны Одномодовое

Чувствительность 10-9 А/м

Интерферометр Маха-Цендера Сила электрического тока Эффект Джоуля Фаза световой волны Одномодовое Чувствительность 10 мкА
Интерферометр Маха-Цендера Ускорение Механическое сжатие и растяжение Фаза световой волны Одномодовое 1000 рад/g
Интерферометр Фабри-Перо Гидроакустическое давление Фотоупругость Фаза световой волны (полиинтер­ференция) Одномодовое
Интерферометр Фабри-Перо Температура Тепловое сжатие и расширение Фаза световой волны (полиинтер­ференция) Одномодовое Высокая чувствительность
Интерферометр Фабри-Перо Спектр излучения Волновая фильтрация Интенсивность пропускаемого света Одномодовое Высокая разрешающая способность
Интерферометр Майкельсона Пульс, скорость потока крови Эффект Доплера Частота биений Одномодовое, многомодовое

10-4...108 м/с

Интерферометр на основе мод с ортогональной поляризацией Гидроакустическое давление Фотоупругость Фаза световой волны С сохранением поляризации Без опорного оптического волокна
Интерферометр на основе мод с ортогональной поляризацией Напряженность магнитного поля Магнитострикция Фаза световой волны С сохранением поляризации Без опорного оптического волокна
Неинтерферометрическая Гидроакустическое давление Потери на микроиз- гибах волокна Интенсивность пропускаемого света Многомодовое Чувствительность 100 мПа
Неинтерферометрическая Сила электрического тока, напряженность магнитного поля Эффект Фарадея Угол поляризации Одномодовое Необходимо учитывать ортогональные моды
Неинтерферометрическая Скорость потока Колебания волокна Соотношение интенсивности между двумя модами Одномодовое, многомодовое >0,3 м/с
Неинтерферометрическая Доза радиоактивного излучения Формирование центра окрашивания Интенсивность пропускаемого света Многомодовое 0,01...1,00 Мрад
Последовательного и параллельного типа Распределение температуры и деформации Обратное рассеяние Релея Интенсивность обратного рассеяния Релея Многомодовое Разрешающая способность 1 м

Рис. 2.5 - Волоконно-опти­ческий датчик проходящего типа.

Рис. 2.6 - Волоконно-оптический датчик антенного типа.

Рис. 2.7 - Волоконно-оптический датчик отражательного типа.


 

  2.6 Заключение по главе

Рис.2.4 - Классификация основных структур волоконно-опти­ческих датчиков:

а) с изменением характеристик волокна (в том числе специальных волокон)

б) с изменением параметров передаваемого света

в) с чувствительным элементом на торце волокна

Основными элементами волоконно-оптического датчика, как можно заметить из табл. 2.1, являются оптическое волокно, светоизлучающие (источник света) и светоприемные устройства, оптический чувствительный элемент. Кроме того, специальные линии необходимы для связи между этими элементами или для формирования измерительной системы с датчиком. Далее, для практического внедрения волоконно-оптических датчиков необходимы элементы системной техники, которые в совокупности с вышеуказанными элементами и линией связи образуют измерительную систему.

         3 Оптические гироскопы

Гироскоп выполняет функции детектора угловой скорости в инерциальном пространстве и по праву может называться абсолютным тахометром, являясь структурным элементом инерциальной навигационной системы, обрабатывающей информацию о местонахождении самолета или судна с целью выведения его на курс. В состав этой системы обычно входит три гироскопа — для измерения скорости вращения вокруг трех ортогональных осей, три акселерометра — для определения скорости и расстояния и направлении трех осей и компьютер — для обработки выходных сигналов этих приборов. К самолетным гироскопам предъявляются очень высокие требования: разрешающая способность и дрейф нуля 0,01°/ч, динамический диапазон 6 порядков, высокая стабильность (10-5) масштабного коэффи­циента преобразования угла поворота в выходной сигнал. До сих пор применялись в основном механические гироскопы, рабо­тающие на основе эффекта удержания оси вращения тела в одном направлении инерциального пространства (закон сохранения момента количества движения). Это дорогостоящие приборы, поскольку требуется высокая точность формы тела вращения и минимальное возможное трение подшипников. В отличие от механических оптические гироскопы, например, волоконно-оптические, созданные на основе эффекта Саньяка, имеют структуру статического типа, обладающую рядом до­стоинств, основные из  которых: отсутствие подвижных деталей и, следовательно, устойчивость к ускорению; простота конструкции; короткое время запуска; высокая чувствительность; высокая линейность характеристик; низкая потребляемая мощность; высокая надежность.

Кроме того, возможно снижение стоимости волоконно-оптических гироскопов за счет внедрения оптических интегральных схем. Наряду с использованием в самолетах и на судах можно ожидать по мере прогресса в технике гироскопов применения их в автомобилях, роботах и т. д.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5


Новости

Быстрый поиск

Группа вКонтакте: новости

Пока нет

Новости в Twitter и Facebook

  скачать рефераты              скачать рефераты

Новости

скачать рефераты

© 2010.