Структура

я о,

S о о.

о, S

Интерферометр Майкельсона

Интерферометр на основе мод с ортогональной поляризацией

Измеряемая физическая величина

Используемое физическое явление, свойство

Пульс, скорость потока крови

Эффект Доплера

Гидроакустическое давление

Напряженность магнитного поля

Неиитерферометрическая

Гидроакустическое давление

Фотоупругость

Магнитострикция

Потери на мнкро-изгнбах волокна

Сила электрического тока, напряженность магнитного поля

Эффект Фарадея

Скорость потока

Доза радиоактивного излучения

Последовательного и параллельного типа

Распределение температуры и деформации

Колебания локиа

Формированне центра окрашивания

Обратное рассеяние Рэлея

тельность волокна к электрическому полю (эффект Керра), магнитному полю (эффект Фарадея), к вибрации, температуре, давлению, деформациям (например, к изгибу). Многие из этих эффектов в оптических системах связи оцениваются как недостатки, в датчиках же их появление считается скорее преимуществом, которое следует развивать.

Следует также отметить, что оптические волокна существенно улучшают характеристики устройств, основанных на эффекте Саньяка.

Детектируемая величина

Оптическое волокно

Параметры и особенности нэмереинй

Частота биений

Фаза световой волны

Одиомодовое, многомодовое

10-* ... 10 м/с

С сохранением поляризации

Интенсивность пропускаемого света

Угол поляризации

Соотношение интенсивности между двумя модами

Многомодовое

Без опорного оптического волокна

Чувствительность 100 мПа

Одномодовое

Одиомодовое, многомодовое

Интенсивность пропускаемого света

Интенсивность обратного рассеяния Рэлея

Многомодовое

Многомодовое

Необходимо учитывать ортогональные моды

>0,3 м/с

0,01 ... 1,00 Мрад

Разрешающая способность 1 м

1.3. КЛАССИФИКАЦИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ И ПРИМЕРЫ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

Современные волоконно-оптические датчики позволяют измерять почти все. Например, давление, температуру, расстояние, положение в пространстве, скорость вращения, скорость линейного перемещения, ускорение, колебания, массу, звуковые волны, уровень жидкости, деформацию, коэффициент преломления, электрическое поле, электрический ток, магнитное поле, концентрацию газа, дозу радиационного излучения и т. д.

Если классифицировать волоконно-оптические датчики с точки зрения применения в них оптического волокна, то, как уже было отмечено выше, их можно грубо разделить на датчики, в которых оптическое волокно используется в качестве линии передачи, и датчики, в которых оно используется в качестве чувствительного элемента. Более подробно датчики этих двух типов рассматриваются в гл. 5 и 6. Судя по табл. I.I, в датчиках типа «линии передачи» используются в основном многомодовые оптические волокна, а в датчиках сенсорного типа чаще всего - одномодовые.

1.4. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТОК

1.4.1. Семидесятые годы. В истории волоконно-оптических датчиков трудно зафиксировать какой-либо начальный момент в отличие от истории волоконно-оптических линий связи. Первые публикации о проектах и экспериментах с измерительной техникой, в которой использовалось бы оптическое волокно, начали появляться с 1973 г., а во второй половине 1970-х годов их число значительно увеличилось.

В Японии исследования в этом направлении осуществляются, в частности, сотрудниками объединенной лаборатории электроники в Институте промышленной технологии, возглавляемой Кэндзиро Косакураи. На съезде ассоциации четырех научных обществ по электротехнике в 1976 г. К. Косакураи прочитал лекцию на тему «Оптическое волокно и измерительная техника», изобилующую достоверными прогнозами, если

а) Объект Оптическое

\ / болокно /Источник сбета

Индикатор

.Оптическое - /болокно

ЧуВстШельныа - жмент -I

Преобрадобатель „ (ризическая величина- обет "

Оптическое болокно

Рис. 1.4. Классификация основных структур волоконно-оптических датчиков: а - с изменением характеристик волокна (в том числе специальных волокон)

Используемые физические явления: эффект Фарадея, эффект Керра. изменение давления, радиация. Материал - люминесцентное волокно

б -с изменением параметров передаваемого света

в - с чувствительным элементом на торце волокна

Чувствительным элементом может быть как сам измеряемый объект, так и специальный элемент, прикрепляемый к нему

(U V

>> ч m я

о ь. о

о Z я в- f я « о,« н о « я

ч « m о,

я я >£ Я В"

о,-5

CU о «

0 о и

К ВО

я в- S

с о 5 I

§1

«

Я" с г~ Si га СП 2 1-

щ о, I

в* (U СГ)

О- га

« Я щ 2 S о

<а с. . 2

g 5 §

t- >я

;i я со я о, ч

(U (U л;

S S m

" S S

о га

ь- к CD

га о. га

Is i

Q, в-

»я я

В"

к я а к

§£

<о о о

« щ

2 о со н

со В"

о S о "

п . - о

в-я о.

га о.

о, о.

га ч

>я

я о о *

о "

ш со

н со о

я СП о -

в- о, я о.

>я я

я о о, л н ч