Capteurs à fibre optique et capteurs photoélectriques : Différences expliquées

1. Capteurs à fibre optique

Les capteurs à fibre optique sont des dispositifs qui transforment l'état d'un objet mesuré en un signal optique détectable.

Le principe de fonctionnement d'un capteur à fibre optique consiste à diriger la lumière d'une source vers un modulateur par le biais d'une fibre optique.

Dans le modulateur, la lumière interagit avec les paramètres externes mesurés, provoquant des changements dans les propriétés optiques telles que l'intensité, la longueur d'onde, la fréquence, la phase et l'état de polarisation.

Il en résulte un signal optique modulé, qui est ensuite transmis par la fibre optique aux dispositifs photoniques et qui, après démodulation, donne le paramètre mesuré. Tout au long du processus, le faisceau lumineux est acheminé à l'intérieur et à l'extérieur du modulateur à travers la fibre optique.

Le rôle principal de la fibre optique est de transmettre le faisceau lumineux et, en second lieu, de fonctionner comme un modulateur de lumière.

Par rapport aux capteurs traditionnels, les capteurs à fibre optique présentent plusieurs avantages uniques. Ils utilisent la lumière comme support d'information sensible et la fibre optique comme moyen de transmission de cette information.

Cela leur confère les caractéristiques des fibres optiques et des mesures optiques, telles qu'une excellente isolation électrique, une forte résistance aux interférences électromagnétiques, un caractère non invasif, une sensibilité élevée, des capacités de surveillance sur de longues distances, une résistance à la corrosion, des propriétés antidéflagrantes et des trajets lumineux flexibles qui peuvent être facilement connectés à des ordinateurs.

Les capteurs évoluent pour devenir plus sensibles, plus précis, plus adaptables, plus compacts et plus intelligents. Ils peuvent fonctionner dans des endroits inaccessibles à l'homme, tels que les zones à haute température ou les zones dangereuses comme les zones de radiation, servant d'extension à nos sens.

En outre, ils peuvent dépasser les limites physiologiques de l'homme, en captant des informations externes au-delà de nos perceptions sensorielles.

2. Capteurs photoélectriques

Les capteurs photoélectriques sont des dispositifs qui convertissent les signaux optiques en signaux électriques. Leur fonctionnement est basé sur l'effet photoélectrique.

L'effet photoélectrique désigne le phénomène par lequel les électrons de certains matériaux absorbent l'énergie des photons et produisent un effet électrique correspondant.

L'effet photoélectrique est classé en trois catégories : l'effet photoélectrique externe, l'effet photoélectrique interne et l'effet photovoltaïque.

Les dispositifs photoniques comprennent notamment les phototubes, les tubes photomultiplicateurs, les photorésistances, les photodiodes, les phototransistors et les cellules solaires. Les performances et les courbes caractéristiques de ces dispositifs ont été analysées.

Les capteurs photoélectriques utilisent des dispositifs photoniques comme composants de conversion. Ils peuvent détecter des quantités physiques non électriques qui provoquent directement des changements dans les quantités de lumière, telles que l'intensité lumineuse, l'éclairage, la mesure radiométrique de la température et l'analyse de la composition des gaz.

Ils peuvent également détecter d'autres quantités non électriques qui peuvent être converties en changements de quantités de lumière, comme le diamètre des pièces, rugosité de la surfaceLa forme des objets et l'identification de leur état de fonctionnement.

Les capteurs photoélectriques sont sans contact, réagissent rapidement et sont fiables, ce qui les rend largement utilisés dans l'automatisation industrielle et la robotique.

L'émergence continue de nouveaux dispositifs photoniques, en particulier l'avènement des capteurs d'image CCD, a ouvert un nouveau chapitre pour l'application des capteurs photoélectriques.

3. Quelles sont les différences entre les capteurs à fibre optique et les capteurs photoélectriques ?

Les capteurs à fibre optique et les capteurs photoélectriques sont deux capteurs typiques largement utilisés dans les mesures de production.

Les distinctions entre elles seront analysées en termes de principes et d'applications.

(i) Principes :

(1) Capteurs photoélectriques :

Ces capteurs utilisent des composants photoélectriques comme éléments de détection. Ils convertissent d'abord les changements mesurés en changements dans les signaux optiques, puis utilisent les composants photoélectriques pour transformer les signaux optiques en signaux électriques.

Les capteurs photoélectriques se composent généralement d'une source lumineuse, d'un chemin optique et de composants photoélectriques.

(2) Capteurs à fibre optique :

Ces capteurs transmettent la lumière d'une source à un modulateur par l'intermédiaire de fibres optiques.

Les paramètres à mesurer interagissent avec la lumière entrant dans la région de modulation, ce qui entraîne des changements dans les propriétés optiques telles que l'intensité, la longueur d'onde, la fréquence, la phase et l'état de polarisation.

C'est ce qu'on appelle le signal lumineux modulé. Après avoir été transmis par les fibres optiques à un détecteur de lumière et démodulé, les paramètres mesurés sont obtenus.

(ii) Applications :

(1) Applications des capteurs photoélectriques :

Surveillance de la turbidité des poussières :

L'une des tâches essentielles de la protection de l'environnement est la prévention de la pollution par les poussières industrielles. Pour réduire la pollution industrielle par les poussières, il faut d'abord déterminer la quantité de poussières émises, ce qui nécessite de surveiller les sources de fumées et de poussières pour l'affichage automatique et le dépassement des seuils d'alarme.

La turbidité des gaz de combustion est détectée par la variation de la transmission de la lumière dans les gaz de combustion. Si la turbidité augmente, la lumière émise par la source lumineuse est absorbée et réfractée davantage par les particules de poussière, ce qui réduit la lumière atteignant le détecteur.

Par conséquent, l'intensité du signal de sortie du détecteur de lumière peut refléter les variations de la turbidité des fumées.

Utilisation de cellules photoélectriques dans la photodétection et le contrôle automatique :

Lorsqu'elle est utilisée pour la photodétection, le principe de base d'une cellule photoélectrique est similaire à celui d'une photodiode.

Cependant, leurs structures fondamentales et leurs processus de fabrication ne sont pas tout à fait identiques.

Les cellules photoélectriques ne nécessitent pas de tension externe pour fonctionner ; elles ont un rendement élevé de conversion photoélectrique, une large gamme spectrale, de bonnes caractéristiques de fréquence et un faible niveau de bruit.

Ils sont donc largement utilisés dans la lecture photoélectrique, le couplage optoélectronique, la télémétrie par réseau optique, la collimation laser, la reproduction du son sur film, la surveillance de la lumière UV et les dispositifs de protection contre l'extinction des flammes pour les turbines à gaz.

(2) Applications des capteurs à fibre optique :

Les capteurs à fibre optique sont utilisés pour mesurer diverses grandeurs physiques telles que la contamination des isolants, le magnétisme, le son, la pression, la température, l'accélération, les gyroscopes, le déplacement, le niveau de liquide, le couple, les effets photoacoustiques, le courant et la déformation.