光ファイバーセンサーと光電センサー：違いについて

1.光ファイバーセンサー

光ファイバーセンサーは、測定対象の状態を検出可能な光信号に変換する装置である。

光ファイバーセンサーの動作原理は、光源からの光を光ファイバーを通して変調器に導くことである。

変調器内で、光は測定される外部パラメータと相互作用し、強度、波長、周波数、位相、偏光状態などの光学特性の変化を引き起こす。

その結果、変調された光信号が得られ、光ファイバーを通してフォトニックデバイスに伝送され、復調後に測定されたパラメータが得られる。このプロセスを通して、光ビームは光ファイバーを通して変調器に入ったり出たりします。

光ファイバーの主な役割は、光ビームを伝送することであり、次に光変調器として機能することである。

従来のセンサーと比較して、光ファイバーセンサーにはいくつかのユニークな利点がある。感度の高い情報キャリアとして光を使用し、この情報を伝達する媒体として光ファイバーを使用します。

そのため、優れた電気絶縁性、電磁干渉への強い耐性、非侵襲性、高感度、長距離モニタリング能力、耐腐食性、防爆性、コンピュータに接続しやすいフレキシブルな光路など、光ファイバーと光学測定の両方の特性を備えている。

センサーは、より高感度、高精度、適応性、コンパクト、そしてインテリジェントに進化している。高温エリアや放射線エリアのような危険区域など、人間が近づけない場所でも作動し、人間の感覚の延長として機能する。

さらに、人間の生理的限界を超え、人間の感覚を超えた外部情報を捉えることができる。

2.光電センサー

光電センサーは光信号を電気信号に変換する装置である。その動作は光電効果に基づいている。

光電効果とは、ある物質中の電子が光子からエネルギーを吸収し、それに対応する電気的効果を生み出す現象を指す。

光電効果は、外部光電効果、内部光電効果、光起電力効果の3種類に分類される。

フォトニックデバイスには、光電管、光電子増倍管、フォトレジスタ、フォトダイオード、フォトトランジスタ、太陽電池などがある。これらのデバイスの性能と特性曲線が分析されている。

光電センサーは、変換コンポーネントとしてフォトニックデバイスを使用します。光電センサーは、光強度、照度、放射温度測定、ガス組成分析など、光量の変化を直接引き起こす非電気的物理量を検出することができる。

また、部品の直径など、光量の変化に変換できる電気的でない量も検出できる、 表面粗さひずみ、変位、振動、速度、加速度、物体の形状、動作状態の識別。

光電センサーは非接触、高速応答、高信頼性で、産業オートメーションやロボット工学に広く使用されている。

新しいフォトニックデバイス、特にCCDイメージセンサーの出現は、光電センサーのさらなる応用に新たな章を開いた。

3.光ファイバーセンサーと光電センサーの違いは？

光ファイバーセンサーと光電センサーは、生産現場で広く使われている2つの代表的なセンサーである。

両者の違いを原理と応用の観点から分析する。

(i) 原則：

(1) 光電センサー：

これらのセンサーは、検出素子として光電部品を利用している。まず測定された変化を光信号の変化に変換し、次に光電部品を使って光信号を電気信号に変換する。

光電センサーは一般に、光源、光路、光電部品から構成される。

(2) 光ファイバーセンサー：

これらのセンサーは、光源から光ファイバーを通して変調器に光を伝送する。

測定されるパラメータは、変調領域に入る光と相互作用し、強度、波長、周波数、位相、偏光状態などの光学特性に変化をもたらす。

これを変調信号光と呼ぶ。光ファイバーを通して光検出器に伝送され、復調された後、測定されたパラメータが得られる。

(ii) アプリケーション：

(1) 光電センサーの応用：

粉塵濁度モニタリング：

環境保護の重要な課題の一つは、産業粉塵公害の防止である。産業粉塵公害を軽減するためには、まず排出される粉塵の量を把握する必要があります。そのため、煙や粉塵の発生源を監視し、自動表示やアラームリミットの超過を監視する必要があります。

排ガスの濁度は、煙道内の光の透過率の変化によって検出される。濁度が高くなると、光源から放射された光はダスト粒子によって吸収・屈折され、検出器に到達する光が減少します。

その結果、光検出器からの出力信号強度は、煙道濁度の変化を反映することができる。

光検出と自動制御における光電池の使用：

光検出に使用される場合、フォトセルの基本原理はフォトダイオードに似ている。

しかし、基本的な構造や製造工程はまったく同じではない。

フォトセルは動作時に外部電圧を必要とせず、光電変換効率が高く、スペクトル範囲が広く、周波数特性が良く、ノイズが少ない。

そのため、光電読取、光電子カップリング、光格子測距、レーザーコリメーション、フィルム音響再生、紫外線モニター、ガスタービンのフレームアウト防止装置などに広く使用されている。

(2) 光ファイバーセンサーの応用：

光ファイバーセンサーは、絶縁体の汚染、磁気、音、圧力、温度、加速度、ジャイロスコープ、変位、液面、トルク、光音響効果、電流、ひずみなど、さまざまな物理量を測定するために採用されている。