Волоконно-оптические датчики и фотоэлектрические датчики: Различия объяснены

1. Волоконно-оптические датчики

Волоконно-оптические датчики - это устройства, преобразующие состояние измеряемого объекта в детектируемый оптический сигнал.

Принцип работы оптоволоконного датчика заключается в направлении света от источника через оптическое волокно в модулятор.

Внутри модулятора свет взаимодействует с измеряемыми внешними параметрами, вызывая изменения оптических свойств, таких как интенсивность, длина волны, частота, фаза и состояние поляризации.

В результате получается модулированный оптический сигнал, который затем передается по оптоволокну в фотонные устройства и после демодуляции дает измеряемый параметр. На протяжении всего процесса световой луч направляется в модулятор и выходит из него через оптическое волокно.

Основная роль оптического волокна заключается в передаче светового луча, а вторая - в работе модулятора света.

По сравнению с традиционными датчиками волоконно-оптические датчики обладают рядом уникальных преимуществ. Они используют свет в качестве чувствительного носителя информации, а оптическое волокно - в качестве среды для передачи этой информации.

Это наделяет их такими характеристиками оптоволокна и оптических измерений, как отличная электроизоляция, высокая устойчивость к электромагнитным помехам, неинвазивность, высокая чувствительность, возможность мониторинга на больших расстояниях, коррозионная стойкость, взрывобезопасность и гибкие световоды, которые легко подключаются к компьютерам.

Датчики становятся все более чувствительными, точными, адаптируемыми, компактными и интеллектуальными. Они могут работать в местах, недоступных для человека, например, при высоких температурах или в опасных зонах, таких как радиационные зоны, служа продолжением наших чувств.

Более того, они могут превосходить физиологические пределы человека, улавливая внешнюю информацию за пределами нашего сенсорного восприятия.

2. Фотоэлектрические датчики

Фотоэлектрические датчики - это устройства, преобразующие оптические сигналы в электрические. Их работа основана на фотоэлектрическом эффекте.

Фотоэлектрический эффект относится к явлению, когда электроны в определенных материалах поглощают энергию фотонов и производят соответствующий электрический эффект.

Фотоэлектрический эффект подразделяется на три типа: внешний фотоэлектрический эффект, внутренний фотоэлектрический эффект и фотовольтаический эффект.

Фотонные устройства включают в себя фототрубки, фотоумножители, фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, солнечные батареи и другие. Проанализированы характеристики и кривые характеристик этих устройств.

Фотоэлектрические датчики используют фотонные устройства в качестве преобразующих компонентов. Они могут обнаруживать неэлектрические физические величины, которые непосредственно вызывают изменения в количестве света, например интенсивность света, освещенность, радиометрическое измерение температуры и анализ состава газа.

Они также могут определять другие неэлектрические величины, которые могут быть преобразованы в изменения количества света, например, диаметр детали, шероховатость поверхности, деформации, смещения, вибрации, скорости, ускорения, а также форму объектов и определение их рабочего состояния.

Фотоэлектрические датчики являются бесконтактными, быстро реагирующими и надежными, благодаря чему они широко используются в промышленной автоматизации и робототехнике.

Постоянное появление новых фотонных устройств, особенно появление ПЗС-датчиков изображения, открыло новую главу для дальнейшего применения фотоэлектрических датчиков.

3. В чем разница между волоконно-оптическими и фотоэлектрическими датчиками?

Оптоволоконные и фотоэлектрические датчики являются двумя типичными датчиками, широко используемыми в производственных измерениях.

Различия между ними будут проанализированы с точки зрения принципов и применения.

(i) Принципы:

(1) Фотоэлектрические датчики:

В качестве элементов обнаружения в этих датчиках используются фотоэлектрические компоненты. Сначала они преобразуют измеренные изменения в изменения оптических сигналов, а затем с помощью фотоэлектрических компонентов преобразуют оптические сигналы в электрические.

Фотоэлектрические датчики обычно состоят из источника света, оптического тракта и фотоэлектрических компонентов.

(2) Волоконно-оптические датчики:

Эти датчики передают свет от источника по оптическому волокну к модулятору.

Измеряемые параметры взаимодействуют со светом, попадающим в область модуляции, что приводит к изменению таких оптических свойств, как интенсивность, длина волны, частота, фаза и состояние поляризации.

Это называется модулированным сигнальным светом. После передачи по оптическому волокну на детектор света и демодуляции получаются измеренные параметры.

(ii) Приложения:

(1) Применение фотоэлектрических датчиков:

Мониторинг мутности пыли:

Одной из важнейших задач по охране окружающей среды является предотвращение загрязнения промышленной пылью. Для уменьшения загрязнения промышленной пылью необходимо сначала определить количество выбрасываемой пыли, что требует мониторинга источников дыма и пыли для автоматической индикации и превышения пределов тревоги.

Мутность дымового газа определяется по изменению светопропускания в дымоходе. Если мутность увеличивается, свет, излучаемый источником света, поглощается и преломляется частицами пыли, уменьшая количество света, достигающего детектора.

Следовательно, уровень выходного сигнала от светового детектора может отражать изменения мутности дымовой трубы.

Использование фотоэлементов в фотодетектировании и автоматическом управлении:

При использовании для фотодетектирования основной принцип работы фотоэлемента аналогичен фотодиоду.

Однако их фундаментальные структуры и производственные процессы не полностью идентичны.

Фотоэлементы не требуют внешнего напряжения при работе, имеют высокую эффективность фотоэлектрического преобразования, широкий спектральный диапазон, хорошие частотные характеристики и низкий уровень шума.

Таким образом, они широко используются в фотоэлектрическом считывании, оптоэлектронной связи, оптической решетке, коллимации лазера, воспроизведении звука на пленке, мониторах ультрафиолетового излучения и устройствах защиты газовых турбин от возгорания.

(2) Области применения волоконно-оптических датчиков:

Волоконно-оптические датчики используются для измерения различных физических величин, таких как загрязнение изолятора, магнетизм, звук, давление, температура, ускорение, гироскопы, перемещение, уровень жидкости, крутящий момент, фотоакустические эффекты, ток и деформация.