Vad är en fiberoptisk sensor?

En fiberoptisk sensor är en teknik som använder ljus för att utföra analyser av fysiska egenskaper i fjärranalysapplikationer. Inbyggda sensorer använder själva den optiska fibern som avkänningselement, medan externa sensorer använder fiberoptiska kablar för att överföra ljusinformation från en fjärrsensor till elektroniska processorer. Ljus kan användas för att upptäcka förändringar i många fysikaliska och kemiska materialegenskaper för att analysera faktorer som temperatur, tryck eller vibrationer. Dessa sensorer fungerar i olika industriella och vetenskapliga sammanhang, som t.ex. borrhålsmätning av oljekällor eller som hydrofoner för ekolods- och seismiska tillämpningar. Lätt fiberoptik har många inneboende fördelar jämfört med tidigare teknologier, inklusive små, lätta storlekar, elektromagnetiskt motstånd, hållbarhet och omedelbar och korrekt överföring av information.

Optiska fibrer leder ljus från källor som lasrar eller ljusemitterande dioder (LED) genom cylindriska dielektriska vågledare. Dessa fibrer tillåter ljus att reflekteras i en vågform med minimal förlust över även stora avstånd. Fibern är gjord av en dielektrisk kärna omgiven av ett beklädnadsskikt och belagd med en mantel; dessa fibrer kan buntas ihop till tjockare kablar. En fiberoptisk sensor ger robust prestanda under extrema förhållanden som förbjuder direkt observation; dessa kan inkludera farliga och avlägsna områden som inuti motorer eller explosiva och korrosiva miljöer.

Inbyggda sensorer kan mäta materialflödet genom luckor på upp till en meter i ljusvägen. Detta material gör vissa förändringar i ljusets kvalitet, vilket sedan kan avslöja viktig information för analys. Variationer i optisk väglängd tillåter mätningar av ljusets intensitet, polarisation, fas och andra våglängdsegenskaper. Den fiberoptiska sensorn sprider de modulerade miljöeffekterna med hjälp av ljuskällor och detektorer. Ytterligare avläsningar som töjning, temperatur och viskositet är möjliga.

Optiska och elektroniska sensorer kan också använda optiska fibrer för att överföra information till elektroniska processorer. Dessa sensorer av yttre typ kan vara speciellt utformade för vissa svåra förhållanden: till exempel avläsning av temperaturer inuti jetmotorer och transformatorer, där värme eller elektromagnetiska fält förbjuder andra mätmetoder. En extern fiberoptisk sensor använder vanligtvis en multimodfiber som kan tillåta flera våglängder, eller ljusstrålar, för mer komplex informationsöverföring. Information från en elektronisk sensor omvandlas genom en optisk sändare och förs över optiska linjer till sin destinationsbas.

Den enklaste typen av fiberoptisk sensor är känd som den intensiva typen; den mäter intensitetsmodulering. Spektralsensorer mäter ljus som moduleras av en miljöeffekt och används för att fånga information om ljusegenskaper som strålning, fluorescens och absorption. Interferometriska sensorer fungerar som solid state fiberoptiska gyron inom flyg, navigation och gruvdrift. Det medicinska området använder fiberoptiska sensorer för att få information om blodgas och dosering; dessa passiva sensorer är billiga, massproducerade och verkar inte ge några negativa effekter för patienter. Fiberoptiska smarta strukturer är inbäddade i tillverkade material och storskaliga strukturer som broar och dammar; applikationer fortsätter att utvecklas för befintlig och ny teknik.