«Сенсорная электроника. Оптоволоконный датчик.» - Реферат

Содержание

Введение…. 3

1 История развития волоконно-оптических датчиков…. 5

1.1 Начальный этап развития волоконно-оптических датчиков…. 5

1.2 Становление оптоэлектроники и появление оптических воло-кон… 6

1.3 Характеристики оптического волокна как структурного элемента датчика и систем связи…. 9

2 Классификация волоконно-оптических датчиков и примеры их приме-нения…. 11

Заключе-ние…. 18

Библиографический спи-сок…. 19

Введение

Сенсоризация производственной деятельности, т.е. замена органов чувств человека на датчики, должна рассматриваться в качестве третьей промышленной революции вслед за первыми двумя – машинно-энергетической и информационно-компьютерной. Потребность в датчиках стремительно растет в связи с быстрым развитием автоматизированных систем контроля и управления, внедрением новых технологических процессов, переходом к гибким автоматизированным производствам. Помимо высоких метрологических характеристик датчики должны обладать высокой надежностью, долговечностью, стабильностью, малыми габаритами, массой и энергопотреблением, совместимостью с микропроцессорными устройствами обработки информации при низкой трудоемкости изготовления и небольшой стоимости. Этим требованиям в максимальной степени удовлетворяют волоконно-оптические датчики (ВОД). С развитием технологий необходимость в датчиках с подобными характеристиками резко возрастает в таких областях, как аэрокосмическая и оборонная промышлен-ность, производство материалов, медицина, строительство, энергетика, железнодорожный транспорт.

Существует ряд преимуществ ВОД по сравнению с традиционными электронными датчиками:

– пассивность;

– легкость;

– малогабаритность;

– невосприимчивость к электромагнитной интерференции;

– способность работать при высоких температурах;

– широкая полоса пропускания;

– устойчивость к вибрации и ударам;

– высокая чувствительность;

– стоимость компонент определяется крупным телекоммуникационным и оптоэлектронным рынком сбыта.

Элементы, используемые в волоконно-оптических датчиках, являются абсолютно пассивными по отношению к электричеству (не излучают и не проводят электрический ток), что часто оказывает решающее влияние на ус-пешное применение их в некоторых областях. В энергетике это позволяет изолировать работников от электрических приборов, в области высокого напряжения исключить проводящие пути, а при размещении обеспечивается совместимость с любыми материалами. Весогабаритные характеристики датчиков являются критичными при их использовании в таких областях, как аэрокосмическая промышленность, транспорт и связь, благодаря небольшому весу и размеру, волоконно-оптические датчики получают существенное преимущество по сравнению со многими другими изделиями. К тому же такие датчики невосприимчивы к электромагнитным помехам. Традиционные электрические датчики часто приходится размещать в тяжелой экранирующей оболочке, что значительно увеличивает их стоимость, размер и вес. Устойчивость к воздействиям внешней среды является определяющей при использовании волоконно-оптических датчиков в условиях высокой температуры, а твердотельная структура позволяет им выдерживать предельные уровни вибрационных и ударных нагрузок. К пе-речисленным выше свойствам можно добавить высокую чувствительность и широкополосность.

За последние десятилетия наблюдается резкое снижение цен на различ-ные компоненты ВОД. Например, стоимость одномодового волокна в восьмидесятые годы составляла в среднем 5 – 10 долларов за метр, а в девяностые годы – 0,1 доллара за метр, что еще более способствовало развитию разработок и внедрению различных ВОД.

Выдержка из текста работы

В течение нескольких десятков лет, вплоть до второй мировой войны, получили распространение электроизмерительные приборы, принцип работы которых основан на силах взаимодействия электрического тока и магнитного поля (закон Био — Совара). Тогда же эти приборы внедрялись в быстро развивающуюся промышленность. Особенность периода в том, что наука и техника, причастные к электроизмерительным приборам, становятся ядром метрологии и измерительной индустрии.

После второй мировой войны значительные успехи в развитии электро-ники привели к громадным переменам в метрологии. В пятидесятых годах появились осциллографы, содержащие от нескольких десятков до сотни и более электронных ламп и обладающие весьма высокими функциональными возможностями, а также целый ряд подобных устройств, которые стали широко применяться в сфере производства и научных исследований. Так наступила эра электронных измерений. Сегодня, по прошествии 30 лет, значительно изменилась элементная база измерительных приборов. От электронных ламп перешли к транзисторам, интегральным схемам (ИС), большим ИС (БИС). Таким образом, и сегодня электроника является основой измерительной техники.

Однако между электронными измерениями, которые производились в 1950-e годы, и электронными измерениями 1980-х годов большая разница. Суть ее заключается в том, что во многие измерительные приборы введена цифровая техника.

Обычно электронный измерительный прибор имеет структуру, подоб-ную изображенной на рисунке 1. Здесь датчик в случае измерения электрической величины (электрический ток или напряжение) особой роли не играет, и довольно часто выходным устройством такого измерителя является индикатор. Однако при использовании подобного прибора в какой-либо измерительной системе сплошь и рядом приходится сталкиваться с необходимостью обработки сигнала различными электронными схемами. Внедрение цифровой измерительной техники подразумевает в идеале, что цифровой сигнал поступает непосредственно от чувствительного элемента датчика. Но пока это скорее редкость, чем правило. Чаще же всего этот сигнал имеет аналоговую форму, и для него на входе блока обработки данных установлен аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Цифровая же техника используется главным образом в блоке обработки данных и в выходном устройстве (индикаторе) или в одном из них.

Заключение

Оптическое волокно может быть использовано как датчик для измерения напряжения, температуры, давления и других параметров. Малый размер и фактическое отсутствие необходимости в электрической энергии, даёт волоконно-оптическим датчикам преимущество перед традиционными электрическими в определённых областях.

Оптическое волокно используется в гидрофонах в сейсмических или гидролокационных приборах. Созданы системы с гидрофонами, в которых на волоконный кабель приходится более 100 датчиков. Системы с гидрофоновым датчиком используются в нефтедобывающей промышленности, а также флотом некоторых стран. Немецкая компания Sennheiser разработала лазерный микроскоп, работающий с лазером и оптическим волокном.

Волоконно-оптические датчики, измеряющие температуры и давления, разработаны для измерений в нефтяных скважинах. Они хорошо подходят для такой среды, работая при температурах, слишком высоких для полупроводниковых датчиков.

Разработаны устройства дуговой защиты с волоконно-оптическими датчиками, основными преимуществами которых перед традиционными устройствами дуговой защиты являются: высокое быстродействие, нечувствительность к электромагнитным помехам, гибкость и лёгкость монтажа, диэлектрические свойства.

Оптическое волокно применяется в лазерном гироскопе, используемом в Boeing 767 и в некоторых моделях машин (для навигации). Специальные оптические волокна используются в интерферометрических датчиках магнитного поля и электрического тока. Это волокна, полученные при вращении заготовки с сильным встроенным двойным лучепреломлением.

Таким образом, разработка и использование волоконно-оптических датчиков для различных применений является актуальным вопросом в настоящее время, позволяющим выйти на новый уровень развития процесса измерений.

Список литературы

1 Окоси, Т. Волоконно-оптические датчики / Т. Окоси, К. Окамото, М. Оцу Л.: Энергоатомиздат, 1990. 256 с.

2 Удд, Э. Волоконно-оптические датчики / Э. Удд. М.: Техносфера, 2008. 520 с.

3 Фрайден, Дж. Современные датчики / Дж. Фрайден. М.: Техносфера, 2006. 592с.

4 Бусурин, В. И. Волоконно-оптические датчики / В. И. Бусурин, Ю. Р. Носов. М.: Энергоатомиздат, 1990. 206 с.

5 Иванов, А. Б. Волоконная оптика / А. Б. Иванов. М.: Сайрус Систем, 1999. 671 с.

6 h**t://ru.wikipedia.org/