No ano de 1960, a luz laser foi inventada e após a invenção dos lasers, os pesquisadores mostraram interesse em estudar as aplicações dos sistemas de comunicação de fibra óptica para sensoriamento, comunicação de dados e muitas outras aplicações. Posteriormente, o sistema de comunicação de fibra óptica tornou-se a escolha definitiva para gigabits e além da transmissão de dados de gigabits. Este tipo de comunicação de fibra ótica é usado para transmitir dados, voz, telemetria e vídeo em uma comunicação de longa distância ou redes de computadores ou LANs. Esta tecnologia usa uma onda de luz para transmitir os dados através de uma fibra, transformando sinais eletrônicos em luz. Alguns dos excelentes recursos característicos dessa tecnologia incluem leveza, baixa atenuação, diâmetro menor, transmissão de sinal de longa distância, segurança de transmissão e assim por diante.

Sensores de fibra ótica

Significativamente, o tecnologia de telecomunicação mudou os avanços recentes na tecnologia de fibra óptica. A última revolução apareceu como designers para combinar os resultados produtivos de dispositivos optoeletrônicos com dispositivos de telecomunicação de fibra óptica para criar sensores de fibra óptica. Muitos dos componentes associados a esses dispositivos são frequentemente desenvolvidos para as aplicações de sensores de fibra óptica. A capacidade dos sensores de fibra óptica aumentou no lugar do sensor tradicional.

Sensores de fibra ótica

Os sensores de fibra ótica também chamados de sensores de fibra ótica usam fibra ótica ou elemento sensor. Esses sensores são usados para detectar algumas quantidades como temperatura, pressão, vibrações, deslocamentos, rotações ou concentração de espécies químicas. As fibras têm muitos usos no campo do sensoriamento remoto porque não requerem energia elétrica no local remoto e têm um tamanho minúsculo.

Os sensores de fibra óptica são supremos para condições insensíveis, incluindo ruído, alta vibração, calor extremo, ambientes úmidos e instáveis. Esses sensores podem caber facilmente em pequenas áreas e podem ser posicionados corretamente onde quer que sejam necessárias fibras flexíveis. O deslocamento do comprimento de onda pode ser calculado usando um dispositivo, reflectrometria óptica no domínio da frequência. O atraso de tempo dos sensores de fibra ótica pode ser decidido usando um dispositivo como um refletômetro ótico no domínio do tempo.

Diagrama de blocos do sensor de fibra óptica

O diagrama de blocos geral do sensor de fibra óptica é mostrado acima. O diagrama de blocos consiste em fonte óptica ( Diodo emissor de luz , LASER e diodo Laser), fibra óptica, elemento de detecção, detector óptico e dispositivos de processamento final (analisador de espectro óptico, osciloscópio). Esses sensores são classificados em três categorias com base nos princípios de operação, localização do sensor e aplicação.

Tipos de sistemas de sensores de fibra óptica

Esses sensores podem ser classificados e explicados da seguinte maneira:

1. Com base na localização do sensor, os sensores de fibra óptica são classificados em dois tipos:

Sensores de fibra óptica intrínseca
Sensor Extrínseco de Fibra Ótica

Sensores de fibra óptica de tipo intrínseco

Nesse tipo de sensores, a detecção ocorre dentro da própria fibra. Os sensores dependem das propriedades da própria fibra óptica para converter uma ação ambiental em um modulação do feixe de luz passando por ele. Aqui, uma das propriedades físicas do sinal de luz pode ser na forma de frequência, fase, intensidade de polarização. O recurso mais útil do sensor de fibra óptica intrínseca é que ele fornece detecção distribuída em distâncias de longo alcance. O conceito básico do sensor intrínseco de fibra óptica é mostrado na figura a seguir.

Sensores de fibra óptica de tipo intrínseco

Sensores de fibra óptica de tipo extrínseco

Em sensores de fibra óptica do tipo extrínseco, a fibra pode ser usada como portadores de informações que indicam o caminho para uma caixa preta. Ele gera um sinal de luz dependendo da informação que chega na caixa preta. A caixa preta pode ser feita de espelhos,gás ou qualquer outro mecanismo que gere um sinal óptico. Esses sensores são usados para medir a rotação, velocidade de vibração, deslocamento, torção, torque e aceleração. O prefeito benefício desses sensores é sua capacidade de alcançar lugares que de outra forma seriam inacessíveis.

Sensores de fibra óptica de tipo extrínseco

“ou tabela de verdade de porta lógica ”

O melhor exemplo desse sensor é a medição da temperatura interna do motor a jato da aeronave, que usa uma fibra para transmitir uma radiação a um pirômetro de radiação, localizado fora do motor. Da mesma forma, esses sensores também podem ser usados para medir a temperatura interna do transformadores . Esses sensores fornecem excelente proteção de sinais de medição contra corrupção de ruído. A figura a seguir mostra o conceito básico do sensor de fibra óptica extrínseca.

2. Com base nos princípios operacionais, os sensores de fibra óptica são classificados em três tipos:

Baseado em intensidade
Baseado em fase
Baseado em polarização

Sensor de fibra óptica baseado em intensidade

Sensores de fibra óptica baseados em intensidade requerem mais luz e esses sensores usam fibras de núcleo grande multimodo. A figura mostrada dá uma ideia sobre como a intensidade da luz funciona como um parâmetro de detecção, bem como como esse arranjo faz a fibra funcionar como um sensor de vibração. Quando houver uma vibração, haverá uma mudança na luz inserida de uma ponta a outra e isso fará com que a inteligência para medir a amplitude da vibração.

Sensor de fibra óptica baseado em intensidade

Na figura, a fibra óptica mais próxima e o sensor de vibração dependem da intensidade da luz nas partes posteriores. Esses sensores apresentam muitas limitações devido a perdas variáveis no sistema que não ocorrem no ambiente. Essas perdas variáveis incluem perdas devido a emendas, perdas de micro e macro curvatura, perdas devido a conexões em juntas, etc. Os exemplos incluem sensores baseados em intensidade ou sensor de microbend e sensor de onda evanescente.

As vantagens desses sensores de fibra ótica incluem baixo custo, capacidade de funcionar como sensores reais distribuídos, muito simples de implementar, possibilidade de serem multiplexados, etc. As desvantagens incluem variações na intensidade da luz e medidas relativas, etc.

Sensor de fibra óptica baseado em polarização

Fibras ópticas baseadas em polarização são importantes para uma determinada classe de sensores. Esta propriedade pode ser simplesmente modificada por várias variáveis externas e, portanto, estes tipos de sensores pode ser usado para a medição de uma gama de parâmetros.Fibras especiais e outros componentes foram desenvolvidos com recursos de polarização exatos. Geralmente, eles são usados em uma variedade de aplicações de medição, comunicação e processamento de sinal.

Sensor de fibra óptica baseado em polarização

A configuração óptica para um sensor de fibra óptica baseado em polarização é mostrada acima. É formado pela polarização da luz da fonte de luz por meio de um polarizador. A luz polarizada é iniciada em 45o para os eixos selecionados de um comprimento de fibra protetora de polarização birrefringente. Esta seção da fibra é servida como fibra sensora. Então, a diferença de fase entre os dois estados de polarização é alterada sob quaisquer distúrbios externos, como estresse ou deformação. Então, de acordo com os distúrbios externos, a polarização de saída é alterada. Assim, ao considerar o estado de polarização de saída na próxima extremidade da fibra, os distúrbios externos podem ser detectados.

Sensor de fibra óptica baseado em fase

Esses tipos de sensores são usados para alterar o emissor de luz no sinal de informação em que o sinal é observado pelo sensor de fibra óptica baseado em fase. Quando um feixe de luz passa pelo interferômetro, a luz se separa em dois feixes. Nesse caso, um feixe é exposto ao ambiente de detecção e o outro é isolado do ambiente de detecção, que é usado como referência. Uma vez que os dois feixes separados são recombinados, eles ficam no caminho um do outro. Os interferômetros mais comumente usados são Michelson, Mach Zehnder, Sagnac, interferômetros de grade e polarimétricos. Aqui, os interferômetros Mach Zehnder e Michelson são mostrados abaixo.

Sensor de fibra óptica baseado em fase

aqui estão as diferenças e semelhanças entre os dois interferômetros. Em termos de semelhanças, o interferômetro Michelson é freqüentemente considerado um interferômetro de Mach Zehnder dobrado. A configuração do interferômetro de Michelson requer apenas um acoplador de fibra óptica. Como a luz passa duas vezes pelas fibras de detecção e referência, a mudança de fase óptica por unidade de comprimento da fibra é duplicada. Assim, o Michelson pode essencialmente ter melhor sensibilidade. Outra vantagem clara do Michelson é que o sensor pode ser interrogado com apenas uma única fibra entre a fonte e o módulo detector da fonte. Mas, um espelho de reflexão de boa qualidade é necessário para o interferômetro Michelson

3. Com base na aplicação, os sensores de fibra óptica são classificados em três tipos, como

Sensor Químico
Sensor Físico
Sensor Bio Médico

Sensor Químico

Um sensor químico é um dispositivo que é usado para transformar informações químicas na forma de um sinal físico mensurável que está associado à concentração de uma determinada espécie química. O sensor químico é um componente importante de um analisador e pode incluir alguns dispositivos que realizam o seguinte funções: processamento de sinal, amostragem e processamento de dados. Um analisador pode ser uma parte importante de um sistema automatizado.

Sensor Químico

O funcionamento do analisador de acordo com um plano de amostragem em função do tempo atua como um monitor. Esses sensores incluem duas unidades funcionais: um receptor e um transdutor. Na parte receptora, a informação química é transformada em uma energia que pode ser medida pelo transdutor. Na parte transdutor, a informação química é transformada em um sinal analítico e não apresenta sensibilidade.

Sensor Físico

Um sensor físico é um dispositivo que é feito de acordo com o efeito físico e a natureza. Esses sensores são usados para fornecer informações sobre uma propriedade física do sistema. Este tipo de sensores são principalmente representados por sensores, como sensores fotoelétricos, sensores piezoelétricos , sensores de deformação de resistência de metal e sensores piezo-resistivos semicondutores.

Sensor Bio Médico

Sensor biomédico é um dispositivo eletrônico usado para transferir várias grandezas não elétricas em campos biomédicos em grandezas elétricas facilmente detectáveis. Por esse motivo, esses sensores são incluídos nas análises de saúde. Esta tecnologia de detecção é a chave para coletar informações patológicas e fisiológicas humanas.

Sensor Bio Médico

Aplicações de sensores de fibra óptica

Sensores de fibra óptica são usados em uma ampla gama de aplicações, como

Medição de propriedades físicas, como temperatura, deslocamento,velocidade, tensão em estruturas de qualquer tamanho ou forma.
Em tempo real, monitorando a estrutura física da saúde.
Edifícios e pontes, túneis,Barragens, estruturas patrimoniais.
Câmera de visão noturna, sistemas eletrônicos de segurança , Detecção de descarga parcial e medição de cargas de rodas de veículos.

Assim, uma visão geral de sensores de fibra óptica e os aplicativos foram discutidos. Existem muitas vantagens em usar sensores de fibra óptica para comunicação de longa distância que incluem tamanho pequeno, peso leve, compacidade, alta sensibilidade, largura de banda ampla, etc. Todas essas características fazem o melhor uso da fibra óptica como um sensor. Além disso, para qualquer ajuda sobre este tópico ou ideias de projetos baseados em sensores , você pode entrar em contato conosco comentando na seção de comentários abaixo.

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