تبلیغات
برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات. - سنسورهای فیبر نوری - سنسور دما

برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)

 بنـــــــام خــــــــدا

سنسورهای فیبر نوری قطعاتی بر پایه تکنولوژی فیبر هستند که برای سنس کمیت هایی نظیر دما و کشش مکانیکی Strain از آنها استفاده میشود. البته گاهی از این سنسورها نیز میتوان برای سنس میزان ارتعاش، فشار Pressure، شتاب، و یا حتی تعیین غلظت یک ماده شیمیایی استفاده نمود.

اساس کار این قطعات مبتنی بر ارسال یک پرتو نور از منبع لیزری (اغلب نور لیزر تک فرکانسی) یا یک منبع فوق درخشان (Super-luminescent) درون یک فیبر نوری است. خواص نور ارسال شده در طول فیبر با توجه به عوامل و اثرات فیزیکی وارد به آن تغییر یافته و سرانجام در سوی دیگر فیبر به یک دتکتور یا آشکارساز میرسد. از مزایای این روش اندازه گیری نسبت به سایر روشها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

1.      سنسورهای مبتنی بر فیبر نوری از مواد عایق الکتریکی ساخته شده اند و به کابل برق نیاز ندارند لذا در محیطهایی که تحت ولتاژ بسیار بالایی هستند براحتی میتونند بکار گرفته شوند.

2.      این سنسورها نسبت به تداخلات الکترومغناطیسی (EMI) و حتی رعد و برق مصون هستند و خود نیز هیچ تداخل الکتریکی برای سایر وسایل ایجاد نمیکنند.

3.      از مواد شیمیایی بی اثر (Chemically Passive) ساخته میشوند لذا مشمول خوردگی و یا آلوده کردن محیط پیرامون نمیشوند.

4.      در محیطهای با قابلیت انفجار نظیر پالایشگاههای گاز، فراوری بنزین و ... قابل استفاده اند، چرا که جرقه الکتریکی ندارند حتی اگر معیوب شوند.

5.      این قطعات گستره وسیعی از دمای کار را شامل میشوند که تقریباً هیچ قطعه الکترونیکی دیگری مانند آنها نیست.

6.      سنسورهای مختلف مبتنی بر فیبر نوری توانایی بکارگیری همزمان در یک رشته فیبر را دارند.

تئوری کار این سنسورها بر اساس شبکه فیبر Bragg است (این شبکه در اصطلاح FBG یا Fiber Bragg Grating نامیده میشود). شبکه برَگ شامل اختلالات تناوبی یا غیر تناوبی ضریب شکست موثر Effective Refractive Index در هسته یک فیبر نوری است (شکل یک). این تداخلات تقریباً در طول معینی از فیبر به اندازه مثلاً چند میلیمتر یا چند سانتیمتر تناوبی است و دوره تناوب آن معمولاً توانی از صد نانومتر یا بیشتر است.

شکل یک: ساختار FBG. هسته فیبر دارای تغییرات تناوبی ضریب شکست بر حسب طول فیبر است. قطر روکش معمولاً 125 میکرمتر و قطر هسته در حدود 8 تا 10 میکرون است.

بر این اساس، تداخلات ضریب شکست منجر به انعکاس نور (منتشر شده در طول فیبر) در گستره بسیار کمی از طول موج میشود. این طول موج (که گاهاً از آن بعنوان طول موج حداکثر بازتابی یا Maximum Reflectivity Wavelength یاد میشود) نتنها به دوره ی تناوب شبکه Bragg بلکه به دما و کشش مکانیکی وارده به فیبر نیز رابطه دارد ( تغییرات دما و کشش باعث تغییر در طول جزیی شبکه فیبر برَگ میشود). در واقع اثر مستقیم کشش مکانیکی یا Strain به کاهش ضریب شکست منجر میشود. همچنین دما نیز اثر مستقیمی بر ضریب انبساط دمایی خواهد گذارد. این اثرات که مستقیماً منجر به تغییر طول موج فیبر میشوند را میتوان با تکنیکهایی مختلف تشخیص داد و کمیت مورد نظر را اندازه گیری کرد(شکل دو).

reflectivity spectrum of FBG

شکل دو - تغییرات طیف بازتابش نوردر برابر تغییرات ضریب شکست در FBG بطول 5.4 میلیمتر

اساس کار سنسور حرارتی فیبر نوری مبتنی بر منبع نوری در یک سر فیبر است که نور را درون فیبرنوری منتشر میکند تا در انتهای دیگر فیبر، سنسوری که به فیبر متصل است آنرا دریافت کند. در اینصورت سر سنسور باید دارای محفظه ی قابل اتصال به فیبر نوری باشد. یک سطح فلزی صیقلی به محفظه در نزدیکی انتهای فیبر متصل است تا یک فضای خالی با طول مشخص بین سطح صیقلی و فیبر نوری را شکل دهد. همچنین سیستم آشکارسازی به فیبر نوری متصل میشود تا دمای سنسور، ناشی از نور بازتابیده به سطح صیقلی را تعیین کند. تغییرات دمای محیط نهایتاً باعث تغییر طول موج نور منتشر شده درون فیبر شده و سنسور تعبیه شده در انتهای فیبر این تغییرات را سنس کرده و سپس در سیستم پردازشگر و نمایشگر میزان تغییرات دما بنمایش در میآید (شکل سه).

 

شکل سه - اجزای سنسور فیبر نوری

برای تهیه این مطلب از منابع زیر کمک گرفته شده است:

Fiber optic temperature sensor

Fiber-optic Sensors

 هر گونه نقل

صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :