فیبر نوری به طور عمده در صنعت ارتباطات و مخابرات استفاده می شود و به طور قابل توجهی این صنعت را دستخوش تغییر قرار داده است. با این حال، از کاربردهای در حال رشد فیبرهای نوری، بکارگیری آنها در سنسور و حسگرهاست که برای سنجش و اندازه گیری استفاده می شوند. بسیاری از اجزای مرتبط با سنسور فیبر نوری، جهت کاربرد حسگر و سنسور ارتقا یافته است. فیبر نوری یکی از مهم ترین اجزای سنسورها می باشد، به صورتی که سنسور فیبر نوری در حال حاضر به طور گسترده ای در صنعت ابزار دقیق استفاده می شود.
معرفی سنسور فیبر نوری
سنسور فیبر نوری، دستگاه مبتنی بر فیبر می باشد که برای تشخیص برخی از مقادیر مانند دما، فشار، ارتعاشات، جابجایی، چرخش و یا غلظت گونه های شیمیایی به کار برده می شود. از ابزارهای دقیق و دستگاه های مخصوص مورد نیاز برای سنسور می توان به منبع نوری (اغلب لیزر تک فرکانس فیبر)، عنصر اصلی حسگر، آشکارساز نوری و دستگاه های پردازش پایانی (تجزیه و تحلیل طیف نوری ، اسیلوسکوپ) اشاره کرد. بلوک دیاگرام سنسور فیبر نوری در تصویر زیر نشان داده شده است:
سنسور فیبر نوری دامنه وسیعی از مزایای فوق العاده را ارائه می دهد که به همین خاطر در بسیاری از فیلدها به موفقیت فراوان رسیده است. مزایای آن به شرح زیر است:
- ضد انفجار: در سنسور فیبر نوری، سیگنال اولیه نور است. بنابراین، هیچ خطر جرقه برای فیبر وجود ندارد.
- ایمنی نسبت به تداخل الکترومغناطیسی: از آنجا که فیبرها از مواد عایق مانند شیشه تشکیل شده اند سنسور فیبر نوری به فرکانس رادیویی و الکترومغناطیسی حساسیتی ندارد.
- اندازه کوچک، وزن سبک و انعطاف پذیر: این قابلیت باعث گسترش کاربرد سنسور فیبر نوری در بسیاری از زمینه ها مانند صنعت هواپیمایی شده است.
- حساسیت بالا: سنسورهای فیبر نوری بسیار حساس هستند و دارای پهنای باند بزرگی می باشند. هنگامی که تعدادی از سنسورها با پهنای باند بالا مالتی پلکس می شوند دارای مزیت های فراوانی شده و نتایج و داده های حاصله را به خوبی انتقال می دهند.
- سنجش از راه دور: با تلفات کم فیبرهای نوری ، سیگنال نوری را می توان در یک فاصله طولانی (10m-1000m) منتقل کرد. بنابراین سنجش از راه دور با فیبر نوری امکان پذیر است.
- تراکم و فشردگی: با وجود قابلیت نیمه هادی در سنسورهای فیبر نوری (ابعاد کوچک آشکارسازها و منابع) می توان به راحتی سیستم حسگر فشرده نوری طراحی کرد.
- استحکام و مقاومت در برابر محیط: فیبر نوری از موادی نظیر پلاستیک یا شیشه ساخته شده است که زنگ زدگی با خود به همراه ندارد، بنابراین، فیبرها هنگامی که در مجاورت الکترولیت، اشعه های یونساز و غیره قرار می گیرند دارای ثبات بسیار عالی می باشند. به علاوه فیبرها می توانند تا دمای 350 درجه سلسیوس را تحمل کنند. در فیبرهای خاص این رقم تا 1200 درجه سلسیوس نیز افزایش می یابد.
بر اساس مکان سنسور، سنسور فیبر نوری به طور کلی به دو نوع، درونی و بیرونی طبقه بندی می شود. سنسور فیبر نوری درونی سنجش و سنس کردن فواصل بسیار بزرگ را به عهده دارد و بهترین و پرکاربردترین نوع سنسوراست. در سنسور فیبر نوری درونی، سنجش و سنس کردن در خود فیبر انجام می شود. تنها یک منبع ساده و آشکارساز مورد نیاز برای سنسور است. این نوع سنسور بستگی به خواص و جنس فیبر نوری برای تبدیل یک عمل محیطی به یک مدولاسیون از پرتو نور عبوری، دارد. مفهوم اساسی سنسور فیبر نوری درونی در تصویر زیر نشان داده شده است.
سنسور فیبر نوری بیرونی از کابل فیبر نوری استفاده می کند که به طور معمول Multimode می باشد، که کار آن انتقال نور مدوله از سنسور غیر فیبر نوری ، و یا سنسور الکترونیکی متصل به یک فرستنده فیبر نوری می باشد. در این سنسور، فیبر ممکن است به عنوان حامل، که راه را به باکس سیاه نشان می دهد استفاده شود. سیگنال نوری بسته به اطلاعات وارد به باکس سیاه تولید می شود. جعبه سیاه ممکن است از آینه، گاز و یا هر گونه مکانیسم دیگری که بتواند یک سیگنال نوری تولیدکند، ساخته شده است. این سنسورها برای اندازه گیری چرخش، سرعت ارتعاش، جابجایی، پیچش، گشتاور و شتاب استفاده می شوند. مزیت عمده این سنسورها توانایی بکارگیری برای رسیدن به جایی که از طرق دیگر غیر قابل دسترس است، می باشد. بهترین مثال از این سنسور اندازه گیری دمای داخل موتور هواپیمای جت است. عکس زیر مفهوم اساسی سنسور فیبر نوری خارجی را نشان می دهد.
