Волоконно-оптичні кабелі та волоконно-оптичні датчики; Електроніка-сьогодні

З розвитком науки і техніки попит на високопродуктивні інформаційні носії раптово зріс. Особливо на великі відстані. Ідеальне рішення - волоконно-оптичні кабелі.

Що стосується якості та швидкості потоку інформації, волоконно-оптичні кабелі значно перевищили інші методи передачі сигналу. Це обумовлено тим, що пропускання світла не чутливе до будь-яких тривожних впливів електромагнітного поля. Це важливо в промислових середовищах, "вмочених" в принципі багатьма типами електромагнітних збурень. Ще однією причиною використання оптичної передачі сигналу є можливість використання дуже широкої смуги. У волоконно-оптичних кабелях для передачі даних замість електрики використовується правильно модульований промінь світла. Це дозволяє досягти смуги передачі порядку 3 Тб/с і значно збільшує відстань передачі без використання підсилювача.

Принцип волоконно-оптичної передачі
Волоконно-оптична передача складається з пропускання світлового променя, джерелом якого є лазер або, наприклад, світлодіод. З іншого боку оптичного волокна, промінь, приймається світлочутливим елементом, наприклад, фотодіодом. Для забезпечення правильної та швидкої передачі світловий промінь модулюється. Це запобігає порушенню сигналу. Вони підлягають модуляції, зокрема: інтенсивності світлової хвилі, частоті, поляризації або фазі.

Переваги та недоліки волоконної оптики
До основних переваг волоконної оптики належать:
1. Величезна здатність передачі інформації кожного волокна та надзвичайна швидкість передачі (пропускна здатність);
2. Невеликі втрати та здатність передавати сигнали на значні відстані;
3. Повна стійкість до електромагнітних збурень, а також відсутність випромінювання збудження;
4. Мала вага і габарити;
5. Через відсутність випромінювання збурень ми можемо бути впевнені у відсотковому відношенні майже в 100% секретності інформації, що передається через оптичне волокно. Встановити перехоплювачі майже неможливо;
6. Вони стають все вигіднішими - зберігається тенденція до зниження цін на волоконну оптику;
7. Неіснування ризику іскор, безпека під час роботи;
8. Висока надійність;
9. Просте управління;
10. Зростання популярності.

Не всі волоконно-оптичні датчики складаються з усіх трьох типів перетворювачів, згаданих на кресленні вище, але повинен бути принаймні перший.
Волоконно-оптичні датчики в основному виготовляються як параметричні (пасивні) датчики. Таким чином, для досягнення датчика потрібна допоміжна оптична енергія. Вхідний сигнал, як правило, викликає зміну лише одного з параметрів вихідного сигналу оптичного перетворювача. Ці датчики мають особливості, що дозволяють використовувати їх там, де це важко або виключається для інших типів датчиків. Основними характеристиками волоконно-оптичних датчиків є:
- неелектричний вихідний сигнал,
- можливість працювати в легкозаймистих середовищах, з ризиком вибуху або хімічно агресивних,
- можливість роботи без дотику,
- мала маса і розміри,
- стійкість до електромагнітних порушень,
- висока чутливість обробки,
- легке підключення до телекомунікаційних систем.

Типи волоконно-оптичних датчиків

Класифікація волоконно-оптичних датчиків може здійснюватися за різними критеріями, такими як місце обробки, спосіб отримання інформації про виміряну величину або зовнішній вигляд вихідного сигналу.
1. Класифікація за місцем переробки:
- із зовнішньою обробкою, також звані гібридними датчиками. У цьому випадку роль оптичного волокна полягає в тому, щоб повертати і повертати світло до і від оптичного перетворювача, наприклад:
- світловідбиваючі датчики,
- з модифікацією трансмісії,
- з тотальним внутрішнім відображенням,
- з дифракційними сітками,
- багатомодові поляриметричні датчики.
- з внутрішньою обробкою, тобто датчики повністю з оптичним волокном. У цьому випадку оптичним волокном є одночасно хвилевід і оптичний вимірювальний перетворювач. приклади:
- датчики з мікродеформацією,
- інтерферометричні датчики,
- спеціальні мережеві датчики Bragg.

2. Класифікація за способом отримання інформації про виміряну величину:
- пунктуальні, наприклад: світловідбиваючі датчики або датчики, що використовують зниження рівня волоконно-оптичного - волоконно-оптичного зв'язку;
- багатоточкові, використовують зміни втрат, інтенсивності початкової дисперсії, поляризації, інтенсивності флуоресценції та інші, наприклад: багатоточкові датчики втрат передачі - це датчики з мікродеформацією потужності, тиску та переміщення;
- з постійним прийомом у просторі - тобто розподіленими датчиками, наприклад для вимірювання розподілу напруги в металевих конструкціях та будівлях та розподілу температури в технічному обладнанні та у великих контейнерах.
Волоконно-оптичні датчики використовують лінійні та нелінійні оптичні явища в оптичних волокнах.

3. Класифікація за зовнішнім виглядом вихідного сигналу:
• амплітуда (інтенсивність),
• фаза (інтерферометрична),
• частота.

Основними елементами датчика є:
- пучок волокон або окреме волокно, що приносить світло,
- пучок волокон або одне волокно, яке відсилає світло,
- відбивна поверхня.
Пучок волокон або волокно, що приносить світло, висвітлює відображаючу поверхню. Відбите світло потрапляє в приймальний волоконно-оптичний промінь.
Світловідбиваючі датчики можуть бути одноволоконними або двоволокновими. У одноволоконних датчиках, завдяки використанню відгалужувача, оптичне волокно, яке приносить світло, збігається з тим, яке посилає світло назад. Якщо відбивна поверхня віддаляється від вимірювальної голівки, змінюється інтенсивність випромінювання, що відбивається від поверхні і потрапляє в оптичне волокно, що посилає світло назад.

Застосування волоконно-оптичних датчиків

Волоконно-оптичні датчики в даний час використовуються в більшості промислових застосувань, особливо для:

- Вимірювання механічних величин: тиску, натягу, відстані тощо.
- вимірювання температури;
- Вимірювання хімічних величин: хімічного складу, концентрації домішок, рН тощо.
- Вимірювання електричних і магнітних величин: напруги, струму, частоти, ємності, напруженості та напрямку магнітного поля тощо.
- Телекомунікації та RTV;
- техніка вимірювання;
- системи обробки сигналів;
- медицина, електроніка та енергетика;
- Автомобільна, авіаційна та морська промисловість;
- мультимедійне обладнання: комп’ютери, дисплеї, монітори ЕЛТ;
Волоконно-оптичні датчики мають багато переваг перед традиційними датчиками:
• невелика вага і габарити,
• підвищена надійність, висока точність та чутливість,
• не є джерелом електромагнітних полів і стійкі до електромагнітних порушень,
• пропонує можливість розміщення джерела сигналу та системи виявлення на великій відстані від точки вимірювання.
Більше інформації:

Коментарі

Так, дуже освітні, дякую за інформацію. Припускаючи, що ви знаєте як, я хотів би запитати вас, де я можу придбати волоконно-оптичний адаптер Singlemode FC/PC? Я знайшов кілька моделей на цьому сайті, і наразі це, здається, найкраща пропозиція, але будь-яка рекомендація вітається!
Дякую

У мене оптоволоконний телевізор від RDS. Коли зовнішня температура досягає 30 градусів Цельсія, жодна програма не працює. Як ви думаєте, проблема в волоконній оптиці ?

---