Nguyên lý cảm biến gia tốc sợi quang

Nguyên lý của cảm biến sợi quang trực tiếp là sử dụng sợi quang làm kênh truyền tín hiệu quang. Sợi quang trực tiếp phát ra ánh sáng, sợi quang nhận tín hiệu quang và sợi quang thu được đặt theo hướng truyền của sợi quang đi. Tín hiệu ánh sáng đi ra lan truyền trong không gian và đi vào sợi nhận sau khi đi qua một môi trường.

Ưu điểm cảm biến gia tốc sợi

So với các công nghệ áp điện, siêu âm và cảm biến truyền thống khác, công nghệ cảm biến sợi quang có những ưu điểm đáng kể, bao gồm: lượng lớn thông tin cảm biến và truyền dẫn, kích thước nhỏ và trọng lượng nhẹ, băng thông tần số hoạt động, cao hơn các công nghệ cảm biến khác1 Độ nhạy và độ phân giải của 3 bậc độ lớn, sự đa dạng về cấu trúc và hình học của bộ phận cảm biến, áp dụng phổ biến cho việc cảm nhận các hiện tượng vật lý khác nhau, như trường âm thanh, từ trường, nhiệt độ, xoay, v.v. của buồng thử nghiệm lão hóa không khí nóng; Ảnh hưởng của nhiễu điện từ, nó có thể được áp dụng cho các môi trường khắc nghiệt như nhiệt độ và áp suất cao, dễ cháy và dễ nổ, dễ tái sử dụng và hình thành mạng cảm biến, dễ dàng nhận ra thời gian thực, trực tuyến, cảm biến phân tán, v.v.

Ứng dụng cảm biến gia tốc sợi quang

Cảm biến sợi quang được chia thành loại truyền ánh sáng và loại cảm biến trong ứng dụng. Như tên cho thấy, cái trước là để truyền ánh sáng, và phần tử cảm biến phải được kết nối với sợi quang, cái sau là có cả chức năng truyền ánh sáng và chức năng cảm biến. Bây giờ các điểm nóng nghiên cứu gần như là cái sau, vì vậy tôi sẽ giới thiệu ngắn gọn về cái sau, bởi vì cảm biến sợi quang có nhiều ứng dụng như cảm biến, như chống ăn mòn, chống nhiễu điện từ, v.v., và có thể được sử dụng trong môi trường phức tạp và khắc nghiệt. Về nguyên tắc, là một sợi cảm biến, nó là một thiết bị thực hiện cảm biến bằng cách điều chỉnh sự phân cực, cường độ, pha, bước sóng, chu kỳ, tần số, v.v. của ánh sáng truyền qua và thu được kết quả điều chế của máy dò. Bởi vì khi môi trường bên ngoài thay đổi, chẳng hạn như nhiệt độ, ứng suất, từ tính, âm thanh, áp suất, nhiệt độ, gia tốc, v.v., nó sẽ có tác động nhẹ đến một số cấu trúc như phân bố chiết suất của sợi, dẫn đến thay đổi đặc tính của ánh sáng truyền qua. Thay đổi để có được những thay đổi bên ngoài và đóng một vai trò cảm biến.

Phân loại cảm biến gia tốc sợi

Điều chế cường độ

Cảm biến gia tốc điều biến cường độ đề cập đến mục đích đo gia tốc bằng cách điều chỉnh cường độ ánh sáng truyền trong sợi quang. Nó chủ yếu bao gồm truyền, phản xạ và phân cực. Ưu điểm của nó là cấu trúc tương đối đơn giản, giải điều chế tín hiệu dễ dàng và chi phí tương đối thấp. Nhược điểm là độ chính xác không cao.

(1) Cảm biến gia tốc sợi truyền.

Đặc điểm cấu trúc của loại cảm biến này là chính sợi được sử dụng như một bộ phận di động. Gia tốc làm cho sợi đầu ra rung và thay đổi lượng ánh sáng được ghép vào sợi đầu ra. Cường độ ánh sáng được phát hiện từ đầu thu có thể phản ánh cường độ của gia tốc.

(2) Cảm biến gia tốc sợi quang phản xạ.

Loại cảm biến này có cấu trúc khác với loại truyền phát ở chỗ nó có thêm một gương và cả sợi quang và gương có thể được sử dụng làm các phần tử chuyển động. Một sợi quang có trục vuông góc với bề mặt phản xạ được gọi là loại gương dương và sợi quang có trục không vuông góc với bề mặt phản xạ được gọi là loại gương xiên.

(3) Cảm biến gia tốc sợi quang phân cực.

Loại cảm biến này sử dụng chính sợi quang để cảm nhận trực tiếp quán tính của khối lượng để tạo ra sự thay đổi trạng thái phân cực, điều này gây ra sự thay đổi cường độ ánh sáng đầu ra để đo gia tốc. Bốn loại cấu trúc chuyển đổi năng lượng cơ học dựa trên khả năng lưỡng chiết sợi quang do Tihon Pierre và các loại khác đề xuất vào năm 2012 là các chùm nhôm hình chữ U tạo ra hiệu ứng uốn, ép, kéo dài và xoắn trên sợi quang. Khi ánh sáng phân cực được đưa vào từ một đầu của sợi quang đơn mode của cấu trúc này, gia tốc gây ra biến dạng của sợi và do đó thay đổi trạng thái phân cực của laser. Sản lượng ánh sáng phân cực từ đầu kia được phát hiện bởi điốt quang sau khi đi qua máy phân tích. Các gia tốc khác nhau tương ứng với các trạng thái phân cực khác nhau, nghĩa là cường độ ánh sáng nhận được khác nhau [1].

Loại điều chế 2 pha

Cảm biến gia tốc điều chế pha đề cập đến mục đích đo gia tốc bằng cách điều chỉnh pha của ánh sáng truyền trong sợi quang. Nó chủ yếu bao gồm loại nhiễu Michelson, loại nhiễu Mach-Zennder, loại nhiễu FP, v.v. Ưu điểm của nó là cấu trúc hình học linh hoạt và đa dạng, độ phân giải. Các chỉ số hiệu suất như độ nhạy và độ nhạy rất cao, và chúng được nghiên cứu rộng rãi.

(1) Cảm biến gia tốc sợi quang giao thoa Michelson.

F Peng và cộng sự đã thiết kế một máy đo gia tốc giao thoa kế Michelson nhỏ gọn vào năm 2012, tận dụng lợi thế vốn có của sợi, do đó kích thước và trọng lượng của cảm biến có thể được chế tạo rất nhỏ. Trọng lượng m được dán bằng nhựa epoxy. Ở giữa hai sợi quang đơn mode được dán lại với nhau, đầu trên và dưới của sợi quang được cố định bằng các ống kim loại và khung cứng. Sự thay đổi gia tốc sẽ làm cho chênh lệch đường quang giữa hai nhánh của giao thoa kế thay đổi. Gia tốc tương ứng có thể đạt được bằng cách giải điều chế sự thay đổi pha. Độ nhạy và tần số của cảm biến gia tốc này có thể đạt được 0,42 rad / g và 600 Hz.

(2) Cảm biến gia tốc sợi quang giao thoa M-Z.

Chen Liuhua và cộng sự đã đề xuất một sơ đồ cảm biến gia tốc quang học dựa trên sự điều chế và giải điều chế sóng giao thoa bậc 1 (PGC) vào năm 2010, không giống như giao thoa kế MZ truyền thống, cấu trúc này không dựa vào MZ- Một cánh tay được sử dụng như một cánh tay cảm biến, nhưng biên độ hình sin với ánh sáng laser vuông góc được sử dụng như một yếu tố cảm biến. Khi gia tốc theo hướng của đường lưới dọc tác động lên cách tử trong mặt phẳng cách tử, cách tử tạo ra sự dịch chuyển tương ứng, từ đó gây ra sự thay đổi độ lệch pha giao thoa ở đầu PD. Một nhánh của M-Z sử dụng PZT để tạo sóng mang để cải thiện độ chính xác giải điều chế pha. Lỗi hệ thống thử nghiệm là [2].

(3) Cảm biến gia tốc sợi quang giao thoa F-P.

Cấu trúc cảm biến gia tốc độ phân giải cao được đề xuất bởi QLin và cộng sự vào năm 2011, mặt đầu sợi đơn chế độ được mạ một màng bán phản xạ, được sử dụng làm sợi truyền và sợi nhận và được cố định trên rãnh hình chữ V. Mặt cuối của sợi quang được hình thành với một gương siêu nhỏ bằng silicon cố định trên một khối dày 0,8 mm ở trung tâm của lưới lò xo vòng thép không gỉ dày 0,1 mm - một khoang cộng hưởng F-P. PZT được lắp đặt giữa rãnh hình chữ V và khung cố định sợi quang và điều chế độ dài pha (PGC) được tạo bằng cách đặt tín hiệu âm thanh vào chiều dài khoang. Sự thay đổi độ dài khoang có mối quan hệ tuyến tính với gia tốc của sợi theo hướng dọc trục. Độ nhạy của cấu trúc này là 36dB mỗi 1 rad / g, tần số cộng hưởng là 160 Hz và độ nhạy bên là -1.8dB mỗi 1rad / g [3].

  Công ty TNHH Kiểm soát tự động hóa Ouying Thâm Quyến là nhà cung cấp chuyên nghiệp các linh kiện điện tử. Nó luôn tập trung vào việc bán hàng và hỗ trợ kỹ thuật cho các thành phần của các thương hiệu đẳng cấp thế giới. Để biết thêm chi tiết, xin vui lòng liên hệ với dịch vụ khách hàng!