«Сенсорная электроника. Оптоволоконный датчик.»

Существует ряд преимуществ ВОД по сравнению с традиционными электронными датчиками:

– пассивность;

– легкость;

– малогабаритность;

– невосприимчивость к электромагнитной интерференции;

– способность работать при высоких температурах;

– широкая полоса пропускания;

– устойчивость к вибрации и ударам;

– высокая чувствительность;

– стоимость компонент определяется крупным телекоммуникационным и оптоэлектронным рынком сбыта.

Элементы, используемые в волоконно-оптических датчиках, являются абсолютно пассивными по отношению к электричеству (не излучают и не проводят электрический ток), что часто оказывает решающее влияние на ус-пешное применение их в некоторых областях. В энергетике это позволяет изолировать работников от электрических приборов, в области высокого напряжения исключить проводящие пути, а при размещении обеспечивается совместимость с любыми материалами. Весогабаритные характеристики датчиков являются критичными при их использовании в таких областях, как аэрокосмическая промышленность, транспорт и связь, благодаря небольшому весу и размеру, волоконно-оптические датчики получают существенное преимущество по сравнению со многими другими изделиями. К тому же такие датчики невосприимчивы к электромагнитным помехам. Традиционные электрические датчики часто приходится размещать в тяжелой экранирующей оболочке, что значительно увеличивает их стоимость, размер и вес. Устойчивость к воздействиям внешней среды является определяющей при использовании волоконно-оптических датчиков в условиях высокой температуры, а твердотельная структура позволяет им выдерживать предельные уровни вибрационных и ударных нагрузок. К пе-речисленным выше свойствам можно добавить высокую чувствительность и широкополосность.

За последние десятилетия наблюдается резкое снижение цен на различ-ные компоненты ВОД. Например, стоимость одномодового волокна в восьмидесятые годы составляла в среднем 5 – 10 долларов за метр, а в девяностые годы – 0,1 доллара за метр, что еще более способствовало развитию разработок и внедрению различных ВОД.

Однако между электронными измерениями, которые производились в 1950-e годы, и электронными измерениями 1980-х годов большая разница. Суть ее заключается в том, что во многие измерительные приборы введена цифровая техника.

Обычно электронный измерительный прибор имеет структуру, подоб-ную изображенной на рисунке 1. Здесь датчик в случае измерения электрической величины (электрический ток или напряжение) особой роли не играет, и довольно часто выходным устройством такого измерителя является индикатор. Однако при использовании подобного прибора в какой-либо измерительной системе сплошь и рядом приходится сталкиваться с необходимостью обработки сигнала различными электронными схемами. Внедрение цифровой измерительной техники подразумевает в идеале, что цифровой сигнал поступает непосредственно от чувствительного элемента датчика. Но пока это скорее редкость, чем правило. Чаще же всего этот сигнал имеет аналоговую форму, и для него на входе блока обработки данных установлен аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Цифровая же техника используется главным образом в блоке обработки данных и в выходном устройстве (индикаторе) или в одном из них.

Волоконно-оптические датчики, измеряющие температуры и давления, разработаны для измерений в нефтяных скважинах. Они хорошо подходят для такой среды, работая при температурах, слишком высоких для полупроводниковых датчиков.

Разработаны устройства дуговой защиты с волоконно-оптическими датчиками, основными преимуществами которых перед традиционными устройствами дуговой защиты являются: высокое быстродействие, нечувствительность к электромагнитным помехам, гибкость и лёгкость монтажа, диэлектрические свойства.

Оптическое волокно применяется в лазерном гироскопе, используемом в Boeing 767 и в некоторых моделях машин (для навигации). Специальные оптические волокна используются в интерферометрических датчиках магнитного поля и электрического тока. Это волокна, полученные при вращении заготовки с сильным встроенным двойным лучепреломлением.

Таким образом, разработка и использование волоконно-оптических датчиков для различных применений является актуальным вопросом в настоящее время, позволяющим выйти на новый уровень развития процесса измерений.