1960年にレーザー光が発明され、レーザーの発明後、研究者は、センシング、データ通信、および他の多くのアプリケーションのための光ファイバー通信システムのアプリケーションを研究することに関心を示しました。その後、光ファイバ通信システムギガビットおよびギガビットを超えたデータ伝送の究極の選択肢となっています。このタイプの光ファイバー通信は、長距離通信またはコンピューターネットワークまたはLANを介してデータ、音声、テレメトリ、およびビデオを送信するために使用されます。この技術は、光波を使用して、電子信号を光に変えることにより、ファイバーを介してデータを送信します。この技術の優れた特徴には、軽量、低減衰、小径、長距離信号伝送、伝送セキュリティなどがあります。

光ファイバーセンサー

重要なのは、電気通信技術光ファイバー技術の最近の進歩を変えました。最後の革命は、デザイナーとして登場し、オプトエレクトロニクスデバイス光ファイバー通信デバイスを使用して光ファイバーセンサーを作成します。これらのデバイスに関連するコンポーネントの多くは、多くの場合、光ファイバーセンサーアプリケーション用に開発されています。従来のセンサーに代わって光ファイバーセンサーの能力が向上しました。

光ファイバーセンサー

光ファイバーセンサーとも呼ばれる光ファイバーセンサーは、光ファイバーまたは感知要素を使用します。これらのセンサーは、温度、圧力、振動、変位、回転、化学種の濃度などの量を感知するために使用されます。ファイバーは、遠隔地で電力を必要とせず、サイズが小さいため、リモートセンシングの分野で非常に多くの用途があります。

光ファイバーセンサーは、ノイズ、高振動、極度の熱、湿った不安定な環境など、鈍感な条件に最適です。これらのセンサーは小さな領域に簡単に収まり、柔軟なファイバーが必要な場所に正しく配置できます。波長シフトは、デバイスの光周波数領域反射率測定を使用して計算できます。光ファイバセンサーの時間遅延は、光時間領域反射率計などのデバイスを使用して決定できます。

光ファイバーセンサーのブロック図

光ファイバーセンサーの一般的なブロック図を上に示します。ブロック図は光源（発光ダイオード、レーザー、およびレーザーダイオード）、光ファイバー、検出素子、光検出器、および最終処理装置（光スペクトルアナライザー、オシロスコープ）。これらのセンサーは、動作原理、センサーの位置、およびアプリケーションに基づいて3つのカテゴリに分類されます。

光ファイバーセンサーシステムの種類

これらのセンサーは、次の方法で分類および説明できます。

1.センサーの位置に基づいて、光ファイバーセンサーは2つのタイプに分類されます。

固有の光ファイバーセンサー
外因性光ファイバーセンサー

固有型光ファイバーセンサー

このタイプのセンサーでは、センシングはファイバー自体の内部で行われます。センサーは、光ファイバー自体の特性に依存して、環境作用を変調それを通過する光線の。ここで、光信号の物理的特性の１つは、周波数、位相、偏光強度の形であり得る。固有の光ファイバーセンサーの最も有用な機能は、長距離にわたって分散センシングを提供することです。固有の光ファイバーセンサーの基本的な概念を次の図に示します。

固有型光ファイバーセンサー

外因性タイプ光ファイバーセンサー

外因性タイプの光ファイバーセンサーでは、ファイバーはブラックボックスへの道を示す情報キャリアとして使用される場合があります。ブラックボックスに到着した情報に応じて光信号を生成します。ブラックボックスは鏡でできているかもしれません、ガスまたは光信号を生成するその他のメカニズム。これらのセンサーは、回転、振動速度、変位、ねじれ、トルク、および加速度を測定するために使用されます。メジャーなこれらのセンサーの利点他の方法では到達できない場所に到達する能力です。

外因性タイプ光ファイバーセンサー

“AC磁場とDC磁場の違い ”

このセンサーの最良の例は、ファイバーを使用してエンジンの外側にある放射高温計に放射を送信する航空機のジェットエンジンの内部温度測定です。同様に、これらのセンサーを使用して、トランスフォーマー。これらのセンサーは、ノイズの破損に対する測定信号の優れた保護を提供します。次の図は、外因性光ファイバーセンサーの基本概念を示しています。

2.動作原理に基づいて、光ファイバーセンサーは3つのタイプに分類されます。

強度ベース
フェーズベース
偏光ベース

強度ベースの光ファイバーセンサー

強度ベースの光ファイバーセンサーはより多くの光を必要とし、これらのセンサーはマルチモードラージコアファイバーを使用します。示されている図は、光強度がセンシングパラメーターとしてどのように機能するか、およびこの配置によってファイバーがどのように機能するかについてのアイデアを示しています。振動センサー。振動があると、一方の端からもう一方の端に挿入される光が変化し、これが振動の振幅を測定するためのインテリジェンスになります。

強度ベースの光ファイバーセンサー

この図では、より近い光ファイバーと振動センサーは、後の部分の光強度に依存しています。これらのセンサーには、環境では発生しないシステムの変動損失のために多くの制限があります。これらの変動損失には、スプライスによる損失、マイクロおよびマクロ曲げ損失、ジョイントでの接続による損失などが含まれます。例には、強度ベースのセンサーまたはマイクロベンドセンサーとエバネッセント波センサーが含まれます。

これらの光ファイバーセンサーの利点には、低コスト、実際の分散センサーとして機能する能力、実装が非常に簡単、多重化の可能性などがあります。欠点には、光の強度の変動や相対測定などがあります。

偏光ベースの光ファイバーセンサー

偏光ベースの光ファイバーは、特定のクラスのセンサーにとって重要です。このプロパティは、さまざまな外部変数によって簡単に変更できるため、これらはセンサーの種類さまざまなパラメータの測定に使用できます。特殊なファイバーやその他のコンポーネントは、正確な偏光機能を備えて開発されています。一般に、これらはさまざまな測定、通信、および信号処理アプリケーションで使用されます。

偏光ベースの光ファイバーセンサー

偏光ベースの光ファイバーセンサーの光学設定を上に示します。それは、光源からの光を偏光子を通して偏光することによって形作られます。偏光は、複屈折偏光保護ファイバーの長さの選択された軸に対して45°で開始されます。ファイバのこのセクションは、センシングファイバとして機能します。次に、2つの偏光状態間の位相差は、応力やひずみなどの外乱の下で変化します。そして、外乱に応じて出力偏波を変化させることで、ファイバの次端の出力偏波状態を考慮することで、外乱を検出することができます。

位相ベースの光ファイバーセンサー

これらのタイプのセンサーは、情報信号のエミッター光を変更するために使用され、信号は位相ベースの光ファイバーセンサーによって観測されます。光ビームが干渉計を通過すると、光は2つのビームに分離します。一方のビームは検知環境にさらされ、もう一方のビームは検知環境から分離され、基準として使用されます。 2つの分離されたビームが再結合されると、それらは互いに邪魔になります。最も一般的に使用される干渉計は、Michelson、Mach Zehnder、Sagnac、グレーティング、および偏光干渉計です。ここでは、マッハツェンダー干渉計とマイケルソン干渉計を以下に示します。

位相ベースの光ファイバーセンサー

2つの干渉計の違いと類似点は次のとおりです。類似性の観点から、マイケルソン干渉計は、折りたたまれたマッハツェンダー干渉計と見なされることがよくあります。マイケルソン干渉計の構成に必要な光ファイバーカプラーは1つだけです。光はセンシングファイバとリファレンスファイバを2回通過するため、ファイバの単位長さあたりの光位相シフトは2倍になります。したがって、Michelsonは本質的に感度が高くなります。マイケルソンのもう1つの明らかな利点は、センサーがソースとソース検出器モジュールの間の単一ファイバーのみで問い合わせることができることです。ただし、マイケルソン干渉計には高品質の反射鏡が必要です

3.用途に応じて、光ファイバーセンサーは次の3つのタイプに分類されます。

化学センサー
物理センサー
バイオメディカルセンサー

化学センサー

化学センサーは、特定の化学種の濃度に関連する測定可能な物理信号の形で化学情報を変換するために使用されるデバイスです。化学センサーはアナライザーの重要なコンポーネントであり、次のことを実行するいくつかのデバイスが含まれる場合があります機能：信号処理、サンプリング、およびデータ処理。アナライザーは、自動化システムの重要な部分である可能性があります。

化学センサー

時間の関数としてのサンプリング計画に従った分析装置の動作は、モニターとして機能します。これらのセンサーには、受容体とトランスデューサーの2つの機能ユニットが含まれています。受容体部分では、化学情報がトランスデューサーで測定できるエネルギーに変換されます。トランスデューサー部分では、化学情報が分析信号に変換され、感度を示しません。

物理センサー

物理センサーは、物理的な効果と性質に応じて作成されたデバイスです。これらのセンサーは、システムの物理的特性に関する情報を提供するために使用されます。このタイプのセンサーは、主に光電センサーなどのセンサーによって示されます。圧電センサー、金属抵抗ひずみセンサーおよび半導体ピエゾ抵抗センサー。

バイオメディカルセンサー

生物医学センサーは、生物医学分野のさまざまな非電気量を簡単に検出できる電気量に変換するために使用される電子デバイスです。このため、これらのセンサーはヘルスケア分析に含まれています。このセンシング技術は、人間の病理学的および生理学的情報を収集するための鍵です。

バイオメディカルセンサー

光ファイバーセンサーの応用

光ファイバーセンサーは、次のようなさまざまなアプリケーションで使用されます。

温度、変位などの物性の測定、速度、任意のサイズまたは任意の形状の構造のひずみ。
健康の物理的構造をリアルタイムで監視します。
建物や橋、トンネル、ダム、遺産構造。
暗視カメラ、電子セキュリティシステム、部分放電の検出と車両の車輪荷重の測定。

したがって、の概要光ファイバーセンサーとアプリケーションが議論されています。長距離通信に光ファイバーセンサーを使用することには、小型、軽量、コンパクト、高感度、広帯域幅など、多くの利点があります。これらの特性はすべて、センサーとして光ファイバーを最大限に活用します。これとは別に、このトピックに関するヘルプやセンサーベースのプロジェクトのアイデア、下のコメント欄にコメントしてお問い合わせください。

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