Попалась мне тут обзорная статейка про волоконно-оптические датчики физических величин и стало мне интересно что это за зверь такой. Люди, кто, что при них слышал, может занимался кто ими - отзовитесь, пообщаемся!

Ну дык статью в студию! На то она и обзорная. А так навскидку видел
я вот такие датчики, назовем их "датчиками давления" проникает субъект на
объект, давит на цапу (уже не обязательно субъект и необязательно ногой),
часть волокна испытавает смещение - уровень сигнала уменьшается - TDR
отсекает место.. А вот еще тема - люди делают измерительный дивайс и для полной изоляции части его изолируют волокном. Чем не "интеллектуальный датчик (произвольных, кстати) физ. величин с оптоволоконным интерфейсом". Ой, а еще гироскопы и прочие интерферометры..

А что все же было в статье?

Статью к сожалению выложить не могу, случайно удалось глянуть на нее одним глазом Но идея там была такая - автор говорил что хорошая штука для взрывоопасных производств, ибо волокно - не имеет реактивного сопротивления, значит не может накапливать энергию и отдавать ее в ненужные моменты времени. Про принцип действия или конкретные примеры применения ни слова.

Читал лет 15 назад о измерителе уровня радиации на основе "помутнени" или рассеивании света в волокне, под действием внешнего фона....

to Alexandr

Одно из применений оптоволоконных датчиков- системы охраны периметров.
Вот одна из статьей по указанной теме с описанием физических принципов работы.

С уважением, Lightport

Угу. Вот именно поэтому это мы и делали. Этакую специальную
пожарно-охранную сигналку. Но до конца не сделали ,пусть
теперь нахрен взрывается, монополист естественный

А всеже интересно, какие физвеличины и как можно померять
непосредственно волокном? Знаю, что есть ктакие шпиенские
микрофончики, цепляемые на волокно, но это тоже своего
рода датчик давления..

Цитирую кусок текста из статьи присланной уважаемым lightport.
"Современные волоконно-оптические датчики позволяют измерять почти все. Например, давление, температуру, расстояние, положение в пространстве, ускорение, колебания, массу, звуковые волны, уровень жидкости, деформацию, коэффициент преломления, электрическое поле, электрический ток, магнитное поле, концентрацию газа, дозу радиационного излучения и т.д. Оптическое волокно используется как линия связи, а также является чувствительным элементом. В последнем случае используется чувствительность волокна к электрическому полю (эффекту Керра), магнитному полю (эффект Фарадея), к вибрации, температуре, давлению, деформациях (изгибу)."

О как! Е-мое, а чего ж такое счастье у нас нигде не используется. Волокно вроде стоит копейки. Видимо тут не все так просто.

to Alexandr

Все действительно не так просто. Для этих целей используется не совсем обычное оптоволокно. В нем, при помощи самых различных методов, по длине оптоволокна и с определенным шагом создаются неоднородности, изменяющие в этих точках показатель преломления (так называемые оптоволоконные решетки).При различных воздействиях ( растяжение,изгиб, температура и т.д.) происходит изменение периода решетки, место и величину которого можно оценить по изменению соответствующей этому периоду частоты резонанса отраженного или проходящего света. Подробнее об этом можно почитать http://gratings.fo.gpi.ru/index.php?page=19. А не используется
"такое счастье" широко, скорее всего, из-за сложности и технологии получения таких пространственных решеток и дороговизны регистрирующего оборудования, несмотря на потрясающие возможности ( например пространственный датчик, измеряющий распределение температуры по всей длине обьекта, или пространственный датчик деформаций).

Lightport

Отдельные мировые автогиганты собирались начать внедрение
оптоволоконных датчиков давления на капоты своих автоизделий
с целью предотвращения серьезных повреждений случайно
подвернувшихся под колеса данных изделий неосторожных пешеходов...

Недавно у нас один человек защитил диссеру по волоконно-оптическим датчикам крутящего момента. В чем суть сказать не смогу (не моя тема), но по его оценке стоимость подобного датчика снизится примерно на 60-80% с учетом стоимости регистрирующей аппаратуры.

Становится все интереснее. Значит все-таки эти датчики существуют не только в теории. А поскольку оптоволокно придумали не вчера, тогда по логике должны существовать книги, монографии, диссертации в конце концов, по волокнно оптическим датчикам. Отсюда вопрос, а точнее просьба: не знает ли кто названия, авторов и т.д., а если кто знает, где лежит или готов поделиться тому GRAND

Для начала вот две книги из списка литературы статьи присланной lightport:
Selvarajan A. Fiber optic sensor and their applications / Indian Institute of Science.
Волоконно-оптические датчики / Под ред.Т.Окоси, Пер.с яп., М, Энергоатомиздат, 1990.
Может у кого есть?

Не понимаю проблемы. Откройте Гугл, наберите fiber sensor и читайте про это всю оставшуюся жизнь.

Успехов.

Ну вот например у нас есть такая штука:
http://www.nanonewsnet.ru/index.php?module...ub&tid=10&pid=3

Если интересно, задавайте вопросы. С удовольствием возьмём НИОКР на много денег. Всё работает, всё измеряется.

Интерферометр значит. Сейчас буду задавать вопросы
Я так понял - есть некая не прозрачная коробочка с чувствительной мембраной на которую падает излучение, которое отражается, а разность фаз принятого и излучаемого светового потока, а следовательно и интерференционная картина зависят от положения (смещения) мембраны.
Если все описанное верно (поправьте меня), то возникают вопросы:
1. Куда попадает отраженное излучение - в отдельный световод или в тот же самый передающий
2. Как принимаете сигнал: есть ли в приемнике (и передатчике) линзы (в общем секло), что представляет из себя приемный элемент - фото (резистор, диод, транзистор) или ПЗС матрица.
3. Как крепится световоды (световоды) к самому датчику - на разъеме или встроены. Если встроены, что называется "на смерть", то как укрепили в стенке датчика. Как попадает свет на мембрану - напрямую из среза волокна или через некий компаунд, линзу и т.д. Да и под каким углом?
4. Источник света у вас должен быть когерентным. Отсюда вопрос - что именно используете (лазерные диоды и т.п) и как обеспечивается температурная и др. стабильность.
5. Какое оптоволокно используете: одномодовое или многомодовое. Это волокно стандартное или специально изготовленное (как говорилось ранее оптоволоконные решетки). Какая максимальная дальность между датчиком и самой измерительной аппаратурой - грубо говоря на сколько можно отойти от места измерения имея вместо меди оптоволоконный кабель.

Ну вот пока все что пришло в голову. Жду ответа.

Поскольку мне сподручнее писать про технические детали, и поскольку принимал участие написании той статьи на News, то с позволения sKOT, я отвечу на вопросы:

[quote=Alexandr,Jan 19 2005, 14:33]
Интерферометр значит. Сейчас буду задавать вопросы
Я так понял - есть некая не прозрачная коробочка
R> коробочки в данном конкретном исполнении нет - это обычный торец волокна, в прочих исполнениях, например, для измерения температуры, коробочка составляет размер порядка нескольких милиметров диаметра и сантиметр длиной

с чувствительной мембраной на которую падает излучение, которое отражается, а разность фаз принятого и излучаемого светового потока, а следовательно и интерференционная картина зависят от положения (смещения) мембраны.

R> иногда помимо мембраны (и даже чаще всего) используется торец второго волокна, что удобнее.

Если все описанное верно (поправьте меня), то возникают вопросы:
1. Куда попадает отраженное излучение - в отдельный световод или в тот же самый передающий
R> обратно в тот же световод.

2. Как принимаете сигнал: есть ли в приемнике (и передатчике) линзы (в общем секло), что представляет из себя приемный элемент - фото (резистор, диод, транзистор) или ПЗС матрица.
R> внутри коробочки имеется парочка линз и ПЗС матрица с диффракционной решеткой

3. Как крепится световоды (световоды) к самому датчику - на разъеме или встроены.
R> датчик pigtail т.е. имеет хвост на котором имеется разъем

Если встроены, что называется "на смерть", то как укрепили в стенке датчика.
R> волокно вклеивается в датчик

Как попадает свет на мембрану - напрямую из среза волокна или через некий компаунд, линзу и т.д. Да и под каким углом?
R> свет выходит напрямую из волокна, под углом 90 плюс, минус 10 градусов

4. Источник света у вас должен быть когерентным.
R> источник свет, как раз и не когерентный - светодиод с некоторой шириной спектра

Отсюда вопрос - что именно используете (лазерные диоды и т.п) и как обеспечивается температурная и др. стабильность.
R> стабильность характеристик светодиода, неважна, в том и плюс, также не важны многие другие параметры, например, характеристики волокна: потери, изгибы и пр.

5. Какое оптоволокно используете: одномодовое или многомодовое.
R> можно многомодовое, но одномодовое гораздо лучше

Это волокно стандартное или специально изготовленное (как говорилось ранее оптоволоконные решетки).
R> стандартное волокно

Какая максимальная дальность между датчиком и самой измерительной аппаратурой - грубо говоря на сколько можно отойти от места измерения имея вместо меди оптоволоконный кабель.
R> скорее всего несколько километров, но сами не проверяли, поскольку уж очень много волокна нужно

Ну вот пока все что пришло в голову. Жду ответа.
R> надеюсь, что прояснил, есть более подробное описание, могу выслать если интересно

Появились еще вопросы. Что называется "как в сказке - чем дальше, тем страшнее". Очень меня заинтересовали ВОД. Поэтому буду благодарен за любую информацию. Вот мое мыло elektron2002@list.ru
Почитаю, и тогда задам грамотные вопросы, чтобы не мучить Вас по пустякам.

кодировка

А вот интересно, насколько сложно изготовить сейчас в "кустарных" условиях более-менне приемлемый волоконно-оптический датчик угловой скорости этак на 3600грд/сек - что думают мастера по этому поводу?

Я думаю, что проблем никаких нет. Источник света, сопряженный с многомодовым волокном, ответвитель (но можно и без него), зеркальце или просто нечто отражающее приклеенное на вращаемую часть, приемник света (практически любой). Лучше еще добавить схему модуляции источника излучения и синхронный детектор. И думаю будет работать.

Это имеется в виду, что источник и приемник находятся на какой-либо неподвижной части? А меня интересует, насколько реально собрать нечто вроде волоконно-оптического гироскопа, наподобие вот как у них
http://www.fizoptika.ru/
но конечно не такой точный (и тем более не такой дорогой!), а чтобы получить грубую оценку скорости вращения (либо угла поворота) на довольно быстро вращающемся объекте - 5-15 Гц.

Да, они находятся на неподвижной части. А если действительно гироскоп делать, то на волокне, я думаю, трудно получить дешево и сердито даже с низкими характеристиками. Мне кажется, что легче тогда на центробежной силе что-нибудь придумать, если скорости большие, типа динамометра с грузиком. Там же можно и волокно приспособить.

Вот неплохой ресурс, где достаточно ясно описаны принципы функционирования таких датчиков:

Датчики на основе интерферометра

Я работаю с ВОГами - датчики угловой скорасти

А по подробнее, какие-нибудь ссылочки, ресурсы, где почитать можно об этом.

http://www.fizoptika.ru/
ВГ941- 3АМ
ВГ 951

чтото файлы к сообщению не цепляются - положил на ftp

/upload/DOC/fiber_optic/Fiber Optic Sensor Technology Handbook.zip

Очень давно где то слышал про оптоволоконный датчик тока. Что-то там было про оптокинетический нистагм. Красиво, но что это?

А может есть статья про этот датчик (где этот самый нистагм упоминается), дык выложи, интересно почитать... Перелопатил все свои книжки по ВОД магнитных полей ничего подобного не нашел...

Мы сделали волоконно-оптический датчик температуры, так что эти идеи отнюдь не гипотетические

А на каком принципе, если не секрет: интерференционный, амплитудный? Разрешающая способность?

Рискну предположить, что на температурном расширении оптоволокна?

Не берусь судить о принципе действия ВОД температуры resiner-а, но рискну предположить, что вряд ли. Возможно тепловое расширение волокна в какой то мере и влияет на его светопропускание, но ИМХО не настолько, чтобы его (тепл. расшир. вол.) использовать для измерения температуры. Вообще ВОД температуры известно дольвольно много, причем разных типов: амплитудных, фазовых, поляризационных... Когда-то давно в бытность студентом на лаб. работах. юзал амплитудный ВОД температуры, работающий на принципе изменения потерь на микроизгибах волокна в зависимости от изменения температуры, эффект теплового расширения там использовался, но не волокна а каркаса на который оно наматывалось + изменение показателя преломления оболочки и сердцевины волокна от температуры...

To Old1: Вы правы, я имел ввиду раширение каркаса с намотанным на него волокном, просто не правильно выразился А где бы почитать про температурные ВОД?

ВОД такого типа относятся к амплитудным датчикам, и ИМХО отличаются простотой конструкции и, к сожалению, относительно низкой чувствительностью (порог чувствительности порядка 0,01 К) по сравнению с фазовыми (п. ч. ~10-6 К) и поляризационными (п.ч. ~ 10-4 К).
Книжек, посвященных исключительно ВОД температуры, лично я не встречал,(да и не искал, они меня мало интересуют), но датчики температуры рассматриваются (как правило) во всех книгах посвященных ВОД. Могу посоветовать разыскать следующие книги (из тех, которые сам изучал в свое время):
А. Н. Казангапов, А.Л. Патлах, Р. Вильш, Г. Швотцер "Волоконная оптика в измерительной и вычислительной технике", Алма-Ата; Наука, 1989.
Ю.В. Гуляев, М.Я. Меш, В.В Проклов Модуляционные эффекты в волоконных световодах и их применение. Радио и связь. Москва. 1991г.
Окоси Т. и др. Волоконно-оптические датчики. Пер. с япон. - Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение. 1990. (эту книгу и еще несколько подобной тематики я где-то видел на местном ftp).
Волоконная оптика и приборостроение. Под ред. М.М. Бутусова.- Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение. 1987 г.
Все книги довольно старые, но ИМХО принципы действия и оптическая часть ВОД меняется мало, существенно меняется (со временем) электроника и обработка сигналов.

Такие датчики действительно существуют и работают. Большинство построено на эффекте Фарадея (вращение эллипса поляризации под действием магнитного поля). Как правило, чувствительными элементами являются образцы материалов, особо восприимчивых к полю (с большим значением константы Верде), но есть варианты, когда детектирование идет на основе обычного волокна, много раз намотанного вокруг проводника с током (у волокна малая восприимчивость, но засчет длины эффект накапливается).
Мне не удалось найти ресурс по оптоволоконным датчикам тока, приходится искать разрозненные статьи в журналах типа Optics Letters. Если у кого-то есть инфа, буду весьма признателен, т.к. подобный датчик - тема моей (потенциальной) диссертации.

В догонку: еще есть магнитострикционные оптоволоконные датчики магнитного поля. Это когда волокно обмазывается магнитострикционным материалом (изменяющим объем под действием поля), когда включают поле, он сжимает волокно, а это в свою очеред изменяет излучение на выходе (фазовые изменения, изменения модового состава, потери на трещинах...)

В литературе встречал упоминание датчиков, работающих на эффекте Джоуля, в частности известен фазовый датчик тока на основе интерферометра Маха-Цендера, чувствительным к току элементом является волокно с алюминиевым покрытием. Чувствительность такого датчика приблизительно 5 мкА/м при частоте тока 10 Гц.

To Joy

У меня сейчас нет под руками ссылок, но подобные оптоволоконный датчик тока датчики на эффекте Фарадея делаются серийно Siemens в Германии. Он у них стоит в высоковольтных распред устройствах, так как такие датчики существенно упрощают высоковольтную изоляцию.

Подобные устройства по этой причине есть и у других ведущих производителей.

Науки в этом осталось мало, есть достаточно много патентов, как еще бывших CCCP так и заграничных. В России они не распространены, так как прецизионная оптика (так как вам нужно в простейшем случае поляризовать свет и загнать его в одномодовый световод) и одномодовые волокна сохраняющие плоскость поляризации (которые существенно упрощают конструкцию датчика), со времен СССР были уделом только военных разработок, которые с развалом СССР ни кто особо и не развивал.

Что вы хотите в этом накопать на кандидатскую?

Na avax'e kniga lezit - "Measurement Instrumentation Sensors" i "Handbook.of.Modern.Sensors.Physics.Designs.and.Applications" . Tam pro opticheskie datchiki nemnogo napisano. Na sayte est poisk. A ot nego na rapidshare link vyxodit.

www.avaxhome.ru

Пасиба, уже лажу по сайту, ищу инфу



Насколько мне известно, все, кто делал такие датчики, использовали отдельно лазер как источник света и отдельно оптоволокно как чувствительный элемент.
Есть надежда использовать оптоволоконный резонатор полупроводникового лазера для измерения тока. В этом случае, во-первых, не нужна прецезионная оптика (и вообще должна упроститься схема), а во-вторых, должна повысится чувствительность (благодаря тому, что это все-таки лазерный резонатор). Есть надежда через месяц провести експеримент по измерению (если ничего из оборудавания к этому времени не сгорит).

резонатор полупроводникового лазера для измерения тока это действительно что-то новое (во всяком случае для меня). Только в этом случае вы не будете охватывать весь токовый контур, иными словами вы будете мерить магнитное поле, а не ток. В этом случае возникает очень много вопросов о правильности пересчета и о влиянии окружения на измерения.

Насколько мне известно, последние коммерческие разработки основаны на super lum диодах, не лазерах, из за больших шумов лазеров. Возможно, что у вас малошумяший лазер, но те, с которыми мне приходилось иметь дело, были не очень для прецезионных измерений. Опять же какая аналоговая полоса и динамический диапазон у вашего разрабатываемого прибора?

Мы будем пробовать использовать оптоволоконный резонатор (система полупроводниковый оптический усилитель + оптоволоконный контур, замыкающий торцы усилителя). В этом случае схема измерения более-менее стандартна: волокно наматывается вокруг проводника. Только теперь это же волокно будет играть роль еще и лазерного резонатора.
По прикидкам, диапазон токов должен быть от десятков ампер до килоампер. Точность оценить трудно - зависит от многих параметров. Как на самом деле будет - покажет эксперимент. Пока что возимся с лазером, синхронизируем моды...

Ваша идея тогда достаточно продуманная. Как проведете эксперимент, напишите о результатах, интересно. Волокно одномодовое, или многомодовое? С сохранением плоскости поляризации или нет?

Обязательно! Только это будет, скорее всего, в январе, не раньше.

Волокно обыкновенное, одномодовое, SMF28.

Провели серию экспериментов. Пока неудачно: эффекта нет. Предположительно из-за того, что в системе нет синхронизации мод. Самосинхронизация плохая из-за большого количества продольных мод системы (десятки тысяч), принудительно синхронизировать систему не удается из-за некачественной модуляции питания полупроводника.
Кроме того, поиск причины затрудняется отсутствием информации о величине постоянной Верде для оптоволокна. Возможно, у кого-то есть такая информация? Буду рад любым данным.
В любом случае, руки пока не опустились, ковыряем дальше.

IMHO, постоянная Верде для оптоволокна разная для каждого конкретного волокна. Вовсяком случае у нас были волокна с разными постоянными. Если волокно одномодовое и качественное, то измерить постоянную достаточно просто, при наличии источника постоянного магнитного поля, просто накручиваете катушку с волокном и помещаете ее в поле, после измеряете сдвиг фазы. Только накручивать надо разумно, чтобы засчет преломления волокна не начались сказываться нелинейные эффекты.

Вы хотите построить одномодовый диодный лазер с резонатором на обычном оптическом волокне неслабой длины ? Сильно, ничего не скажешь.

Волокно с сохранением поляризации вполне доступно, можно и импортное купить, и, кажется в ИОФАНе делают.

Пассивное детектирование, я думаю, здесь проще, особенно если волокно вытянуто из "правильного" материала. Волоконные гироскопы, между прочим, тоже пассивные. А предел чувствительности для активных и пассивных систем как нас учит товарищ Scully, одинаков.

Вы не могли бы привести типичные значения (или разброс)? Мы в расчетах берем 10 в степени -6 1/А...


Диодный лазер уже построен. Одна поперечная мода и тыщ сто продольных. При этом продольные моды самосинхронизуются, проблема в том, что пики самосинхронизации носят шумовой характер. Пытаемся щас замодулировать питание для получения красивенькой картинки принудительной синхронизации. Тогда-то (надеемся) у нас все и зажужжит.


Может и проще... у всего есть свои плюсы и минусы... У нас плюс в (возможной) простоте обработки: не надо ни крутого волокна, ни хитрых поляризаторов, ни сложной схемотехники.

Я не хочу ввести вас в заблуждение с конкретными цифрами, так как проверить их не могу (сейчас нахожусь совершенно в другом месте), по памяти разница доходила до 50%, волокно было как американское, так и российского разлива.

Мы пытались использовать российское волокно. Проблема возникала в контактах, как механических, так и сварных. Сварка волокна с сохранением поляризации дико муторное занятие, механические контакты имеют смои недостатки.

To DS
Вы знаете фирму, которая бы начала серийное производство пассивных волоконно оптических датчиков в России? Интернет ничего не дает.

Книжка по теме попалась.