Sistema de fibra óptica.
El sistema de detección de fibra óptica comenzó en 1977 y se desarrolló rápidamente con el desarrollo de la tecnología de comunicación de fibra óptica. El sistema de detección de fibra óptica es un indicador importante para medir el grado de información en un país. Desde el Foro de aplicaciones de la Internet de las cosas y el sistema de detección de Hangzhou, el sistema de detección de fibra óptica se ha utilizado ampliamente en empresas militares, de defensa, aeroespaciales, industriales y mineras, protección del medio ambiente y energía, control industrial, salud y salud, medición y pruebas, construcción. , electrodomésticos y otros campos. Un vasto mercado. Hay cientos de sistemas de detección de fibra óptica en el mundo, tales como temperatura, presión, flujo, desplazamiento, vibración, rotación, flexión, nivel de líquido, velocidad, aceleración, campo de sonido, corriente, voltaje, campo magnético y radiación. La detección
El ancho de banda de frecuencia de trabajo de la fibra óptica, amplio rango dinámico, adecuado para el control remoto de telemetría, es una excelente línea de transmisión de baja pérdida; bajo ciertas condiciones, la fibra óptica es particularmente fácil de aceptar la medición o la carga de campo, es un excelente componente sensible; La fibra óptica en sí no está cargada, es de tamaño pequeño, peso ligero, fácil de doblar, tiene interferencia anti-electromagnética, buena resistencia a la radiación, especialmente adecuada para uso en ambientes hostiles como inflamables, explosivos, espacio limitado y fuerte interferencia electromagnética. Por lo tanto, la tecnología de detección de fibra óptica ha recibido una gran atención desde su inicio, y se ha investigado y aplicado en casi todos los campos, convirtiéndose en el precursor de la tecnología de detección y promoviendo el desarrollo vigoroso de la tecnología de detección.
Detección de fibra óptica, incluida la percepción y transmisión de señales externas (medidas). La llamada percepción (o sensibilidad) se refiere a los parámetros físicos característicos de la onda de luz transmitida por la señal externa de acuerdo con su ley cambiante, como la intensidad (potencia), la longitud de onda, la frecuencia, la fase y el estado de polarización, y el cambio del parámetro óptico medido es "Percibir" cambios en señales externas. Esta "percepción" es esencialmente una señal externa que modula las ondas de luz que se propagan en la fibra en tiempo real. La llamada transmisión significa que la fibra óptica transmite la onda óptica modulada por la señal externa al fotodetector para su detección, extrae la señal externa de la onda óptica y realiza el procesamiento de datos según sea necesario, es decir, la demodulación. Por lo tanto, la tecnología de detección de fibra óptica incluye técnicas de modulación y demodulación, es decir, cómo la señal externa (medida) modula los parámetros de onda óptica en la fibra óptica (o técnica de carga) y cómo extraer la señal externa de la onda de luz modulada ( Técnica de demodulación (o técnica de detección) que se mide).
La porción de la señal externa que modula los parámetros ópticos en la fibra de detección se denomina región de modulación. Según la relación entre el área de modulación y la fibra óptica, la modulación se puede dividir en dos categorías. Un tipo es la modulación funcional, y el área de modulación está ubicada en la fibra óptica. La señal externa modula la onda óptica cambiando directamente ciertos parámetros característicos de transmisión de la fibra óptica. Dicho sensor de fibra óptica se denomina tipo funcional (Fibra funcional, tipo FF para abreviar) o sensor de fibra óptica de tipo intrínseco, y también se convierte en un sensor de tipo de modulación interno, y la fibra óptica tiene las funciones de "transmisión" y "detección". La fibra receptora acoplada a la fuente de luz y la fibra receptora acoplada al fotodetector son una fibra continua llamada fibra de detección, por lo que el sensor de fibra funcional también se denomina sensor de fibra totalmente sensible o de fibra. El otro tipo es la modulación no funcional. El área de modulación está fuera de la fibra óptica. La señal externa es modulada por el dispositivo de modulación externo a la onda óptica que ingresa a la fibra óptica. Este tipo de sensor de fibra óptica se llama fibra no funcional (NFF) o extrínseca. El tipo de sensor de fibra óptica, la fibra transmisora y la fibra receptora solo sirven para transmitir ondas de luz, que se denominan fibras transmisoras de luz, y no tienen continuidad. Por lo tanto, el sensor de fibra óptica no funcional también se denomina sensor de fibra transmisora de luz o sensor de fibra modulado externamente.
De acuerdo con el cambio de los parámetros físicos característicos de la onda de luz modulada por la señal externa, la modulación de la onda de luz se puede dividir en cinco tipos: modulación de intensidad de luz, modulación de frecuencia óptica, modulación de longitud de onda óptica, modulación de fase óptica y polarización modulación.
Dado que cualquier fotodetector existente solo puede responder a la intensidad de la luz y no puede responder directamente a la señal de modulación de frecuencia, longitud de onda, fase y polarización de la luz, debe convertirse en una señal de intensidad mediante alguna técnica de conversión. Recibir e implementar la detección.
Clasificación de la aplicación de la tecnología de detección de fibra óptica
Modulación de intensidad de luz
El énfasis en la luz es un método de modulación relativamente simple y ampliamente utilizado en la tecnología de detección de fibra óptica. El principio básico es utilizar la perturbación de la señal externa (medida) para cambiar la intensidad (es decir, la modulación) de la luz (luz de amplio espectro o luz de longitud de onda específica) en la fibra, y luego medir la intensidad de luz de salida (demodulación) para Alcanzar la señal externa. Medición.
Modulación de fase
La modulación de fase óptica se refiere al cambio de la fase de la onda de luz que se propaga en la fibra óptica de acuerdo con cierta ley de la señal externa (medida), y la cantidad de cambio de la fase óptica refleja la cantidad externa medida.
En general, hay tres tipos de modulación de fase óptica utilizados en la tecnología de detección de fibra óptica. Un tipo es la modulación funcional, y la señal externa cambia el tamaño geométrico y el índice de refracción de la fibra de detección a través del efecto de tensión de fuerza, efecto de tensión térmica, efecto de luz elástica y efecto termo-óptico de la fibra óptica, lo que provoca el cambio de fase óptica. En la fibra óptica. Para lograr la modulación de la fase óptica. El segundo tipo es la modulación del efecto Sagnac. La señal externa (rotación) no cambia los parámetros de la propia fibra. En cambio, la fibra circular en el campo inercial se gira para generar la diferencia de trayectoria óptica correspondiente entre los dos haces que se propagan en direcciones opuestas. Modulación de la fase óptica. El tercer tipo es la modulación no funcional, es decir, la modulación de la fase óptica en la fibra óptica cambiando la diferencia de la trayectoria de la onda óptica en la fibra óptica fuera de la fibra de detección.
Modulación de polarización
La modulación de polarización significa que la señal externa (medida) provoca una desviación regular (rotación óptica) o birrefringencia del plano de polarización de la onda de luz en la fibra de cierta manera, lo que provoca un cambio en la característica de polarización de la luz, por Detectando un cambio en el estado de polarización de la luz. Se puede medir que se mide el mundo exterior.
Modulación de longitud de onda
La señal externa (medida) cambia la longitud de onda de la luz transmitida en la fibra óptica por medio de la selección de frecuencia, el filtrado, etc., y el cambio de longitud de onda medido se puede detectar y medir. Este tipo de modulación se llama modulación de longitud de onda óptica .
Los métodos actuales para la modulación de longitud de onda óptica son principalmente la selección y el filtrado de frecuencia óptica. Los métodos convencionales de modulación de longitud de onda óptica incluyen principalmente técnicas de modulación externa, como el filtrado interferométrico FP, el filtrado birrefringente de polarización de Riot y la selección espectral de diversos desplazamientos. En los últimos 20 años, especialmente la tecnología de filtrado de rejillas de fibra desarrollada rápidamente en los últimos años ha abierto nuevas perspectivas para la tecnología de modulación de longitud de onda óptica funcional.
Tipo de modulación de frecuencia
La modulación de frecuencia óptica significa que la señal externa (medida) modula la frecuencia de la onda óptica transmitida en la fibra óptica, y el desplazamiento de frecuencia refleja la medida. Actualmente, se utilizan más métodos de modulación en el método Doppler, es decir, la señal externa modula la frecuencia de la onda óptica en la fibra receptora a través del efecto Doppler, que es una modulación no funcional.
Características del sensor:
Alta sensibilidad e inmunidad a las interferencias electromagnéticas. Debido a que el sistema de detección del sensor de fibra es difícil de interferir por el campo externo, y la señal óptica no interactúa con la onda electromagnética durante la transmisión, y no se ve afectada por ningún ruido eléctrico. Debido a esta característica, el sensor de fibra se obtiene en la detección del sistema de energía. ampliamente utilizado
La fibra tiene una buena flexibilidad y resistencia, por lo que el sensor puede fabricarse en diferentes formas de acuerdo con las necesidades de la inspección in situ.
El ancho de banda de frecuencia medido y el rango de respuesta dinámica son grandes.
Tiene una gran portabilidad y se puede convertir en sensores de diferentes cantidades físicas, incluyendo campo de sonido, campo magnético, presión, temperatura, aceleración, desplazamiento, nivel de líquido, flujo, corriente, radiación, etc.
Es altamente integrable y fácil de conectar con computadoras y sistemas de fibra óptica, lo que facilita la implementación de la telemetría y el control del sistema.
Una aplicación :
Tecnología de detección de fibra óptica en la inspección de ingeniería estructural
Tecnología de detección de fibra óptica en la detección de puentes
Tecnología de detección de fibra óptica en mecánica e ingeniería geotécnica
Aplicación militar de la tecnología de detección de fibra óptica.