10.4. Датчики

Есть множество способов использования волоконной оптики в качестве датчиков. Оптоэлектронные датчики широко используются для обнаружения объектов путем проверки наличия или отсутствия света, исходящего от источника. Это может быть дополнено использованием волокон, чтобы дать возможность располагать источники света и/или детекторы в соответствующих местах либо облегчить доступ или перемещение устройств от электрических и других источников опасности. Базовый волоконно-оптический датчик предметов показан на рис. 10.8.

Волокна могут быть использованы также в других приложениях сбора данных, таких, как датчики огнеопасных жидкостей. Базовая схема показана на рис. 10.9. Здесь используется пара волокон для направления луча света в датчик и определения того, направлен ли свет обратно в собирающее волокно. Это происходит, если призма на конце обоих волокон не погружена в жидкость. Когда призма погружена, жидкость препятствует полному внутреннему отражению, поэтому в собирающем волокне не будет больше света.

10.4.1. Датчики состояния окружающей среды

Наблюдение за тем, как свет изменяется окружающей средой в волоконно-оптических кабелях, можно использовать во многих измерительных приложениях, таких, как измерение давления, температуры, загрязнений, магнитных полей, ускорения и т. д. Такие приложения отслеживают очень небольшие изменения проходящего по волокну света в результате изменений внешней среды. Например, давление или температуру можно измерять, отслеживая потери в волокне, в котором под воздействием внешнего давления образуются микроизгибы. Силу магнитного поля можно измерить, отслеживая длину волокна, которое может перемещаться магнитным полем. Сходным образом можно измерить ускорение, определяя, насколько удлинилось под воздействием волокно, нагруженное весом. Такие измерительные приложения обычно разрабатываются для военных нужд, и большинство из них в настоящее время не являются экономически эффективными.

Рис. 10.8. Базовый волоконно-оптический датчик предметов

Рис. 10.9. Датчик уровня жидкости

10.4.2. Волоконно-оптические гироскопы

Разрабатывается также волоконно-оптическая технология для построения очень надежных гироскопов, у которых нет движущихся частей. Принцип их действия основан на посылке пучка света в противоположных направлениях через многовитковую петлю одномодового волоконно-оптического кабеля. Если петля неподвижна, оба пучка прибывают в одно и то же время. Если петля с длиной окружности С вращается на расстоянии d, кат доказано на рис. 10.10, один пучок проходит расстояние (С + d), а другой (C - d). Небольшую разницу можно измерить за счет эффектов интерференции в одномодовом кабеле. Такие устройства с энтузиазмом разрабатываются в качестве недорогих гироскопов будущего.

Рис. 10.10. Волоконно-оптические гироскопы

10.5. Использование пучков волокон

Пучки волокон часто используются в некоммуникационных приложениях для освещения или создания изображений, как в медицинских эндоскопах. Пучок волокон может собрать значительно больше света, чем единственное волокно, и он более надежен, чем одно волокно. В целях освещения волокна в пучок могут быть собраны случайным образом, причём отдельные волокна могут быть длиной до 100 мм.

Для приложений, работающих с изображениями, таких, как медицинские эндоскопы волокна тщательно выстраивают так, чтобы они располагались одинаковым образом не обоих концах пучка. Это дает возможность передавать по пучку изображения и известно как "когерентный" пучок. Волоконные пучки с высоким разрешением могут содержать отдельные волокна диаметром всего 3 мкм, а общее число их может достигать 20 000 волокон.