En 1960, la lumière laser a été inventée et après l'invention des lasers, les chercheurs ont montré leur intérêt pour étudier les applications des systèmes de communication à fibre optique pour la détection, les communications de données et de nombreuses autres applications. Par la suite, le système de communication par fibre optique est devenu le choix ultime pour la transmission de données gigabits et au-delà des gigabits. Ce type de communication par fibre optique est utilisé pour transmettre des données, de la voix, de la télémétrie et de la vidéo sur une communication longue distance ou des réseaux informatiques ou LAN. Cette technologie utilise une onde lumineuse pour transmettre les données sur une fibre en transformant les signaux électroniques en lumière. Certaines des excellentes caractéristiques de cette technologie comprennent la légèreté, une faible atténuation, un diamètre plus petit, la transmission de signaux longue distance, la sécurité de la transmission, etc.
Capteurs à fibre optique
De manière significative, le technologie des télécommunications a changé les progrès récents de la technologie de la fibre optique. La dernière révolution est apparue en tant que designers pour combiner les résultats dispositifs optoélectroniques avec des dispositifs de télécommunication à fibre optique pour créer des capteurs à fibre optique. De nombreux composants associés à ces dispositifs sont souvent développés pour les applications de capteurs à fibre optique. La capacité des capteurs à fibre optique a augmenté à la place du capteur traditionnel.
Capteurs à fibre optique
Les capteurs à fibre optique également appelés capteurs à fibre optique utilisent une fibre optique ou un élément de détection. Ces capteurs sont utilisés pour détecter certaines grandeurs comme la température, la pression, les vibrations, les déplacements, les rotations ou la concentration d'espèces chimiques. Les fibres ont tellement d'utilisations dans le domaine de la télédétection car elles ne nécessitent aucune alimentation électrique à distance et leur taille est minuscule.
Les capteurs à fibre optique sont parfaits pour les conditions insensibles, y compris le bruit, les vibrations élevées, la chaleur extrême, les environnements humides et instables. Ces capteurs peuvent facilement s'adapter dans de petites zones et peuvent être positionnés correctement partout où des fibres flexibles sont nécessaires. Le décalage de longueur d'onde peut être calculé à l'aide d'un dispositif, une réflectrométrie optique dans le domaine fréquentiel. Le retard des capteurs à fibre optique peut être décidé en utilisant un dispositif tel qu'un réflectomètre optique dans le domaine temporel.
Schéma fonctionnel du capteur à fibre optique
Le schéma fonctionnel général du capteur à fibre optique est illustré ci-dessus. Le schéma fonctionnel se compose d'une source optique ( Diode électro-luminescente , LASER et diode laser), fibre optique, élément de détection, détecteur optique et dispositifs de traitement final (analyseur de spectre optique, oscilloscope). Ces capteurs sont classés en trois catégories en fonction des principes de fonctionnement, de l'emplacement et de l'application des capteurs.
Types de systèmes de capteurs à fibre optique
Ces capteurs peuvent être classés et expliqués de la manière suivante:
1. En fonction de l'emplacement du capteur, les capteurs à fibre optique sont classés en deux types:
- Capteurs à fibre optique intrinsèques
- Capteur à fibre optique extrinsèque
Capteurs à fibre optique de type intrinsèque
Dans ce type de capteurs, la détection a lieu dans la fibre elle-même. Les capteurs dépendent des propriétés de la fibre optique elle-même pour convertir une action environnementale en un modulation du faisceau lumineux qui le traverse. Ici, l'une des propriétés physiques du signal lumineux peut être sous la forme de fréquence, de phase, d'intensité de polarisation. La caractéristique la plus utile du capteur à fibre optique intrinsèque est qu'il fournit une détection distribuée sur de longues distances. Le concept de base du capteur à fibre optique intrinsèque est illustré dans la figure suivante.
Capteurs à fibre optique de type intrinsèque
Capteurs à fibre optique de type extrinsèque
Dans les capteurs à fibre optique de type extrinsèque, la fibre peut être utilisée comme support d'information qui montre le chemin vers une boîte noire. Il génère un signal lumineux en fonction des informations arrivées à la boîte noire. La boîte noire peut être constituée de miroirs,gaz ou tout autre mécanisme qui génère un signal optique. Ces capteurs sont utilisés pour mesurer la rotation, la vitesse de vibration, le déplacement, la torsion, le couple et l'accélération. Le principal bénéfice de ces capteurs est leur capacité à atteindre des endroits inaccessibles autrement.
Capteurs à fibre optique de type extrinsèque
Le meilleur exemple de ce capteur est la mesure de la température intérieure du moteur à réaction d'aéronef qui utilise une fibre pour transmettre un rayonnement dans un pyromètre à rayonnement, situé à l'extérieur du moteur. De la même manière, ces capteurs peuvent également être utilisés pour mesurer la température interne du transformateurs . Ces capteurs offrent une excellente protection des signaux de mesure contre la corruption du bruit. La figure suivante montre le concept de base du capteur à fibre optique extrinsèque.
2. Sur la base de principes de fonctionnement, les capteurs à fibre optique sont classés en trois types:
- Basé sur l'intensité
- Basé sur la phase
- Basé sur la polarisation
Capteur à fibre optique basé sur l'intensité
Les capteurs à fibre optique basés sur l'intensité nécessitent plus de lumière et ces capteurs utilisent une fibre multi-mode à cœur large.La figure ci-contre donne une idée de la façon dont l'intensité lumineuse fonctionne en tant que paramètre de capteur de vibrations. Lorsqu'il y a une vibration, il y aura un changement de lumière insérée d'un bout à l'autre et cela rendra l'intelligence pour mesurer l'amplitude de la vibration.
Capteur à fibre optique basé sur l'intensité
Sur la figure, la fibre optique et le capteur de vibration les plus proches dépendent de l'intensité lumineuse des parties ultérieures. Ces capteurs ont de nombreuses limitations en raison de pertes variables dans le système qui ne se produisent pas dans l'environnement. Ces pertes variables incluent les pertes dues aux épissures, les pertes par flexion micro et macro, les pertes dues aux connexions au niveau des joints, etc.
Les avantages de ces capteurs à fibre optique sont le faible coût, la capacité à fonctionner comme de véritables capteurs distribués, très simples à mettre en œuvre, la possibilité d'être multiplexés, etc. Les inconvénients comprennent les variations d'intensité de la lumière et les mesures relatives, etc.
Capteur à fibre optique basé sur la polarisation
Les fibres optiques basées sur la polarisation sont importantes pour une certaine classe de capteurs. Cette propriété peut être simplement modifiée par diverses variables externes et ainsi, ces types de capteurs peut être utilisé pour la mesure d'une gamme de paramètres.Des fibres spéciales et d'autres composants ont été développés avec des caractéristiques de polarisation exactes. Généralement, ceux-ci sont utilisés dans diverses applications de mesure, de communication et de traitement du signal.
Capteur à fibre optique basé sur la polarisation
La configuration optique d'un capteur à fibre optique basé sur la polarisation est illustrée ci-dessus. Il est façonné en polarisant la lumière de la source lumineuse à travers un polariseur. La lumière polarisée est démarrée à 45 ° par rapport aux axes sélectionnés d'une longueur de fibre de protection de polarisation biréfringente. Cette section de la fibre sert de fibre de détection. Ensuite, la différence de phase entre les deux états de polarisation est modifiée en cas de perturbations externes telles qu'une contrainte ou une déformation. Ensuite, en fonction des perturbations externes, la polarisation de sortie est modifiée. Ainsi, en considérant l'état de polarisation de sortie à l'extrémité suivante de la fibre, les perturbations externes peuvent être détectées.
Capteur à fibre optique basé sur la phase
Ces types de capteurs sont utilisés pour modifier la lumière de l'émetteur sur un signal d'information dans lequel le signal est observé par le capteur à fibre optique basé sur la phase. Lorsqu'un faisceau lumineux traverse l'interféromètre, la lumière se sépare en deux faisceaux: un faisceau est exposé à l'environnement de détection et l'autre faisceau est isolé de l'environnement de détection, qui sert de référence. Une fois que les deux faisceaux séparés sont recombinés, ils se gênent l'un avec l'autre. Les interféromètres les plus couramment utilisés sont les interféromètres de Michelson, Mach Zehnder, Sagnac, à réseau et polarimétriques. Ici, les interféromètres Mach Zehnder et Michelson sont illustrés ci-dessous.
Capteur à fibre optique basé sur la phase
voici les différences et les similitudes entre les deux interféromètres. En termes de similitudes, l'interféromètre de Michelson est souvent considéré comme un interféromètre de Mach Zehnder plié. La configuration de l'interféromètre de Michelson ne nécessite qu'un seul coupleur de fibre optique. Du fait que la lumière passe deux fois à travers les fibres de détection et de référence, le déphasage optique par unité de longueur de la fibre est doublé. Ainsi, le Michelson peut essentiellement avoir une meilleure sensibilité. Un autre avantage évident du Michelson est que le capteur peut être interrogé avec une seule fibre entre la source et le module de détection de source. Mais, un miroir de réflexion de bonne qualité est nécessaire pour l'interféromètre de Michelson
3. En fonction de l'application, les capteurs à fibre optique sont classés en trois types tels que
- Capteur chimique
- Capteur physique
- Capteur médical bio
Capteur chimique
Un capteur chimique est un dispositif utilisé pour transformer des informations chimiques sous la forme d'un signal physique mesurable associé à la concentration d'une certaine espèce chimique.Le capteur chimique est un composant important d'un analyseur et peut inclure certains dispositifs qui effectuent les opérations suivantes fonctions: traitement du signal, échantillonnage et traitement des données. Un analyseur peut être une partie importante d'un système automatisé.
Capteur chimique
Le fonctionnement de l'analyseur selon un plan d'échantillonnage en fonction du temps fait office de moniteur. Ces capteurs comprennent deux unités fonctionnelles: un récepteur et un transducteur. Dans la partie récepteur, l'information chimique est transformée en une énergie qui peut être mesurée par le transducteur. Dans la partie transducteur, l'information chimique est transformée en un signal analytique et il ne montre pas de sensibilité.
Capteur physique
Un capteur physique est un appareil fabriqué en fonction de l'effet physique et de la nature. Ces capteurs sont utilisés pour fournir des informations sur une propriété physique du système. Ce type de capteurs sont principalement signifiés par des capteurs tels que des capteurs photoélectriques, capteurs piézoélectriques , des capteurs de déformation à résistance métallique et des capteurs piézo-résistifs à semi-conducteurs.
Capteur médical bio
Le capteur biomédical est un dispositif électronique utilisé pour transférer diverses quantités non électriques dans des champs biomédicaux en quantités électriques facilement détectables. Pour cette raison, ces capteurs sont inclus dans l'analyse des soins de santé. Cette technologie de détection est la clé de la collecte d'informations pathologiques et physiologiques humaines.
Capteur médical bio
Applications des capteurs à fibre optique
Les capteurs à fibre optique sont utilisés dans une gamme variée d'applications telles que
- Mesure des propriétés physiques telles que la température, le déplacement,vitesse, déformation dans des structures de toute taille ou de toute forme.
- En temps réel, surveillance de la structure physique de la santé.
- Bâtiments et ponts, tunnels,Barrages, structures patrimoniales.
- Caméra de vision nocturne, systèmes de sécurité électroniques , Détection de décharges partielles et mesure de la charge des roues des véhicules.
Ainsi, un aperçu de capteurs à fibre optique et les applications ont été discutées. L'utilisation de capteurs à fibre optique pour les communications longue distance présente de nombreux avantages: petite taille, poids léger, compacité, haute sensibilité, large bande passante, etc. Toutes ces caractéristiques permettent d'utiliser au mieux la fibre optique comme capteur. En dehors de cela, pour toute aide concernant ce sujet ou idées de projets basés sur des capteurs , vous pouvez nous contacter en commentant dans la section commentaire ci-dessous.
Crédits photo:
- Capteur à fibre optique par automationdirect
- Capteur chimique par colère.le
- Capteur médical biologique par imimg
