Cảm Biến Sợi Quang | Testo Việt Nam

Định nghĩa Cảm biến sợi quang là gì?

Cảm biến sợi quang là một thiết bị cảm biến sử dụng công nghệ sợi quang để đo các đại lượng vật lý như nhiệt độ, áp suất, biến dạng, điện áp và gia tốc, để gọi tên một số. Cụ thể, nó sử dụng sợi quang làm thành phần cảm biến, được gọi là cảm biến nội tại hoặc sử dụng nó để truyền tín hiệu từ cảm biến từ xa đến mô đun xử lý tín hiệu (cảm biến bên ngoài). Cảm biến sợi quang miễn nhiễm với nhiễu điện từ và có thể xử lý các điều kiện khắc nghiệt, vì vậy chúng đang trở nên phổ biến như là cảm biến được lựa chọn cho nhiều ngành công nghiệp.

Cảm biến sợi quang

Các cảm biến sử dụng sợi quang theo nhiều cách khác nhau, tùy thuộc vào ứng dụng trước đây. Chủ yếu, một sợi quang được sử dụng vì kích thước nhỏ hoặc do nó có ít hoặc không có yêu cầu năng lượng tại vị trí từ xa. Tuy nhiên, một lý do khác là nhiều cảm biến có thể được ghép dọc theo chiều dài của sợi bằng cách sử dụng sự thay đổi bước sóng ánh sáng khác nhau cho mỗi cảm biến hoặc bằng cách cảm nhận thời gian ánh sáng truyền dọc theo sợi qua từng cảm biến khác nhau.

Mời xem: Cảm biến tiệm cận

Cảm biến nhiệt độ

Nếu sử dụng sự thay đổi bước sóng, điều này có thể được cảm nhận và tính toán bằng việc sử dụng một thiết bị thực hiện phép đo phản xạ miền tần số quang. Mặt khác, cảm biến cho độ trễ thời gian, đòi hỏi một thiết bị sử dụng máy đo độ phản xạ miền thời gian quang.

Để tạo cảm biến nhiệt độ, một sợi quang có đặc tính tổn thất biến thiên cùng với nhiệt độ được sử dụng hoặc tán xạ Raman được tạo ra trong sợi bằng nhiệt độ được phân tích. Để đo điện áp, các hiệu ứng quang phi tuyến được cảm nhận trong sợi pha tạp đặc biệt làm thay đổi sự phân cực ánh sáng của nó như là một chức năng của điện trường.

Những cảm biến này chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng viễn thám. Hầu hết các cảm biến sợi quang được ghép dọc theo chiều dài của sợi bằng cách sử dụng sự thay đổi bước sóng ánh sáng cho mỗi cảm biến hoặc bằng cách xác định độ trễ thời gian khi ánh sáng truyền dọc theo sợi.

Các hệ thống cảm biến sợi quang bao gồm ba chế độ cảm biến quang điện như các chế độ phản xạ quang, xuyên qua và khuếch tán vì các hệ thống này được vận hành dựa trên công nghệ cảm biến quang điện. Cảm biến cá nhân và chia đôi là hai hệ thống cảm biến sợi quang được vận hành trong các chế độ này.

Một cụm cáp quang chia đôi được sử dụng cho cả cảm biến khuếch tán và phản xạ khuếch tán kết hợp bộ phát và cụm cáp thu để đạt được phát hiện. Trong chế độ chùm tia quang, các hệ thống cảm biến riêng lẻ cảm nhận được lượng mong muốn khi chùm sáng kéo dài từ bộ phát đến bộ thu bị gián đoạn.

Cảm biến sợi quang có khả năng chống nhiễu điện từ và chúng không dẫn điện. Do đó, chúng có thể được sử dụng cho các ứng dụng liên quan đến vật liệu dễ cháy hoặc điện cao thế.

Nguyên lý làm việc của cảm biến sợi quang

Cảm biến sợi quang hoạt động dựa trên nguyên tắc ánh sáng từ laser hoặc bất kỳ nguồn phát quang nào được truyền qua sợi quang, trải nghiệm những thay đổi trong thông số của nó trong cách tử Bragg của sợi quang hoặc sợi quang và đến máy dò để đo những thay đổi này.

Một hệ thống cảm biến sợi quang thông thường bao gồm một sợi cáp quang được kết nối với cảm biến từ xa hoặc bộ khuếch đại. Cáp quang bao gồm một lõi thủy tinh hoặc nhựa được bao quanh bởi một lớp làm bằng vật liệu ốp.

Sự khác biệt về mật độ giữa lõi và lớp cho phép các dây cáp hoạt động dựa trên nguyên lý phản xạ nội toàn phần, trong đó nêu rõ rằng ánh sáng chiếu vào ranh giới giữa hai thành phần sẽ bị phản xạ hoàn toàn mà không bị mất năng lượng ánh sáng. Sau đó, ánh sáng phản xạ được truyền đến một cảm biến / máy dò chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành tín hiệu điện.

Lợi ích của cảm biến sợi quang

Cảm biến sợi quang có trọng lượng nhỏ và nhẹ. Chịu được nhiệt độ cao và môi trường nổ, chúng có vật liệu cách điện, cũng làm cho chúng phù hợp để sử dụng trong các ứng dụng chịu điện áp cao và không có rủi ro về tia lửa điện.

Ngoài ra, cảm biến sợi quang này có khả năng chống nhiễu điện từ và tần số vô tuyến rất cao. Chúng có độ nhạy cao, có phạm vi và độ phân giải và khả năng ghép kênh tuyệt vời.

Ứng dụng

Cảm biến sợi quang được sử dụng trong một số ứng dụng khác nhau. Trong thử nghiệm tính chất cơ học, cảm biến quang sợi được sử dụng để đo biến dạng cơ học. Chúng cũng có thể được sử dụng để đo gia tốc, vận tốc, áp suất, nhiệt độ và chuyển vị.

Trong các cấu trúc di sản, cảm biến sợi quang có thể được sử dụng để đánh giá thiệt hại sau địa chấn, phân tích vết nứt, phục hồi màn hình và dịch chuyển màn hình. Tương tự như vậy trong các đập họ có thể phát hiện và giám sát rò rỉ, khuyết tật nền tảng và đo chuyển vị không gian.

Video dưới đây cho thấy việc áp dụng cảm biến sợi quang của ABB trong các ứng dụng điện áp cao.