Волоконно-оптические датчики: перспективы промышленного применения.
В статье рассматриваются принципы построения современных волоконно-оптических датчиков (ВОД) и возможность их применения в различных областях промышленного производства. Подробно рассмотрена современная элементная база оптоэлектроники, а также базовые алгоритмы последетекторной обработки сигналов, применяемые в ВОД. В работе приводятся описания конструкций волоконно-оптических датчиков, нашедших практическое применение в промышленности. Рассмотрены перспективные направления волоконно-оптической сенсорики.
В связи с быстрым развитием автоматизированных систем контроля и управления во всех областях промышленности возрастает потребность в датчиках физических величин — температуры, давления, ускорения, перемещения, тока. Помимо высоких метрологических характеристик, датчики должны обладать большой надежностью, стабильностью, помехоустойчивостью, долговечностью и простотой интегрирования в микроконтроллерные системы управления. Особенно это относится к таким отраслям, как авионика, металлургия, автоэлектроника, теплотехника и энергетика, медицинская техника, высокоточные системы вооружений. Перечисленным требованиям в максимальной степени удовлетворяют волоконно-оптические датчики (ВОД).
До недавнего времени развитие волоконно-оптических датчиков сдерживалось, в основном, двумя факторами. Во-первых, не было дешевых оптоэлектронных компонентов — малошумящих лазерных диодов, высокочувствительных p-i-n-фотодиодов, пассивных волоконно-оптических элементов. Во-вторых, из-за нелинейности оптического сигнала относительно измеряемой величины требуются специальные алгоритмы обработки сигнала (усреднение, нелинейная обработка, интегральные преобразования), а значит — нужен процессор обработки сигнала с высокой производительностью.
|
|
|
С развитием микроэлектромеханики, оптоэлектронных компонентов на основе полупроводниковых гетероструктур, массовым внедрением DSP и сигнальных микроконтроллеров (MSP430, AVR и др.) ситуация на рынке стала улучшаться; появились даже опытные образцы чисто оптических интегральных схем, где носителем информации служит свет, а логические операции выполняются оптическими элементами.
В чем же преимущество применения волоконно-оптических датчиков по сравнению с традиционными полупроводниковыми датчиками в интегральном исполнении? Проведем анализ по отраслям промышленности.
Авионика и автоэлектроника
В этих областях проявляются такие преимущества ВОД, как устойчивость к ЭМ-помехам, способность работать в условиях пониженных (до –70°С) и повышенных (до 150°С) температур, малые габариты и масса. Здесь могут найти применение оптические датчики температуры, линейного и углового положения, акселерометры. В военной и гражданской авиации получили широкое распространение оптические гироскопы на основе кольцевого интерферометра, использующие эффект Саньяка. Так, например, они применяются в инерциальной системе навигации самолетов «Боинг-767», А320, А340, БПЛА «Predator» и др.
|
|
|
Энергетика
Преимущество использования ВОД в этой области обеспечивается их стабильными термо- и электроизоляционными характеристиками, помехозащищенностью и безынерционностью. В этой отрасли могут найти применение волоконно-оптические трансформаторы напряжения (эффект Поккельса), тока (магнитооптические датчики на эффекте Фарадея), датчики температуры. Подобные сенсоры могут быть использованы при создании системы диагностики высоковольтных трансформаторов без их выведения из эксплуатации.
Химическая и нефтегазовая промышленность, металлургия
В этих отраслях востребованы ВОД с бесконтактными методами измерения (лучевые термометры, лучеводы изображения, оптические датчики измерения расхода газов, датчики ускорения и перемещения), которые могут устойчиво функционировать в условиях агрессивных и взрывоопасных сред, высоких температур, интенсивных электромагнитных помех.
Медицина и биотехнологии
В этой специфической области особо проявляются такие преимущества волоконно-оптических датчиков, как гибкость и малый диаметр оптоволокна, химическая и биологическая стойкость, высокое пространственное разрешение. Лидером производства подобных датчиков в настоящее время является корпорация «Оmron».
Дата добавления: 2016-01-06; просмотров: 17; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!