Таблица 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 микроизгибах 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
|
В истории волоконно-оптических датчиков трудно зафиксировать какой-либо
начальный момент, в отличие от истории волоконно-оптических линий связи. Первые
публикации о проектах и экспериментах с измерительной техникой, в которой
использовалось бы оптическое волокно, начали появляться с 1973 г., а во второй
половине 1970-х годов их число значительно увеличилось. В 1978 году Нэмото
Тосио предложил общую классификацию волоконно-оптических датчиков (рис. 4.),
которая мало отличается от современной. С наступлением 1980-х годов история
развития волоконно-оптических датчиков обрастает значительными подробностями.
Основными элементами волоконно-оптического датчика, как можно
заметить из табл. 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.
Окоси Т. и др. Волоконно-оптические датчики.
Вступление................................................................................................................................
Волоконно-оптические датчики.............................................................................................
От электрических измерений к электронным...............................................................
От аналоговых измерений к цифровым.........................................................................
Цифризация и волоконно-оптические датчики............................................................
Становление оптоэлектроники и появление оптических волокон................................
Лазеры и становление оптоэлектроники.......................................................................
Появление оптических волокон.....................................................................................
Одно- и многомодовые оптические волокна................................................................
Характеристики оптического волокна как структурного элемента
датчика и систем связи
Классификация волоконно-оптических датчиков и примеры их
применения............
Датчики с оптическим волокном в качестве линии передачи......................................
Датчики с оптическим волокном в качестве чувствительного
элемента....................
Краткая история исследований и разработок..................................................................
Заключение..........................................................................................................................
Список литературы................................................................................................................
Оглавление..............................................................................................................................
Волоконно-оптические датчики.
Наверх