Konferenca o senzorjih in aktuatorjih 2008
Optični vlakenski senzorji
od idej do industrijske realnosti
Denis Đonlagić, FERI-Univerza v Mariboru
Optični vlakenski senzorji
- Kmalu po iznajdbi vlakna l.1970 se pojavijo
prve raziskave
- Posten jasno, da je lahko vlakno odličen
senzor za zaznavanje vrste parametrov
(fizikalnih, kemijskih, drugih)
- Sledijo leta intenzivnih raziskav, ki pa
prinesejo le malo industrijsko uporabnih
izdelkov
Očitne prednosti
 Električna pasivnost (visoka stopnja varnosti eksplozivnih










okoljih, medicini)
Dielektrična zgradba (kompatibilnost z mnogimi okolji)
Imunost na RF motnje
Možnost povezovanja senzorjev preko vlaken na velike razdalje
Izjemno visoko dosegljivo razmerje signal/šum
Možnost za porazdelejno zaznavanje
Možnost zaznavanja na velikih področjih
Majhne dimenzije in masa
Zelo dobra obstojnost v zelo surovih okoljih (visoke temperature,
agresivna okolja)
Možnost za doseganje izjemne občutljivosti
Itd.
Optični vlakenski senzorji številkah:
primer porazdeljenih merjenj
Delo v LEOSS: Razvoj učinkovitih senzorjev
na osnovi mikroukrivljnosti: SMS struktura
 Temelji na selektivnem vzbujanju rodov v gradientem optičnem
vlaknu
 Omogoča ločitev izgube zaradi mikro in makroukrivljnosti
 To omogoča gradnjo in praktično izdelavo vrste občutljivih
senzorjev velikih dimenzij (tudi porazdeljenih), saj preprečuje
nastanek neželenih izgub v sicer na mikro-ukrivljnosti
občutljivem vlaknu
Delo v LEOSS: Razvoj učinkovitih senzorjev
na osnovi mikroukrivljnosti
 Primer uporabe SMS
strukture: detektor
pešcev
Delo v LEOSS: senzorji na osnovi dolgega
Michelsonovega interferometra
 Razvoj posebnih kablov
 Razvoj preprostega signalnega procesiranja
3 dB delilnik
(oddaljen) signalni
procesor
senzorsko
refrenčno
povezovalno
optično vlakno optično vlakno optično vlakno
1-100m
Naš prispevek k razvoju OVS: senzorji na osnovi
dolgega Michelsonovega interferometra: osni
detektorji
 Michelsonov
interferometer
 Vgradnja
neposredno v
cestno
površje
 Dolga
življenska
doba
Delo v LEOSS: senzorji na osnovi dolgega
Michelsonovega interferometra: osni detektorji
Delo v LEOSS: vlakenski polarimetrični kvaziporzdeljeni temperaturni senzorji
 Spretna kombinacija
vlaken s spremenjenimi
polarizacijskimi
lastnostmi omogoča
meritev temperature
 Osnova je odvisnost
dvolomsti HB vlakna od
temperature
 Sistem je kompatibilen s
standardnim OTDR
Delo v LEOSS: vlakenski evanescentni kvaziporzdeljeni temperaturni senzorji
 Evanescent
1. Obloga
3. Odstranjena obloga
4. Nanos
2. Jedro
 Low cost
 High speed (7 ms)
 All fiber
 Standard OTDR
compatible
Delo v LEOSS: Radiofrekevnčni optični
senzorji raztezkov
 Zelo dobri merilniki intgrlnaega raztezak
 V celoti temeljijo na standardnih telekomunikcijskih
komponentah
Enable + Status
PECL 1.25GHz
CLK
distribution
SY89831U
1:4
PECL 100k
1.25GHz
CLK
distribution
SY89311U
1:2
Agilent optical tranciver
HFCT-5942ATL/ATG
Fb - Meas
1.25Ghz
RX
TX
+90'
Enable/Disable
Phase detector
AD8302
Rezultati meritev Izhoda2
0,7
Napetost (V)
Oscillator
1.25GHz
rfX300
Phase detector
AD8302
0,65
0,6
0,55
0,5
0,45
0
SM Fiber max 15km
Fibre Sensor
Micro controler
(AD conversion)
Vphase_0:0 - 1.8V
Lowpass filter
fmax=10kHz
PH_90
Vphase_90:0 - 1.8V
Lowpass filter
fmax=10kHz
80
0
16
00
24
00
32
00
40
00
48
00
56
00
64
00
72
00
80
00
88
00
96
00
0,4
PH_0
Pomik (um)
Delo v LEOSS: Zelo ceneni optični senzrji na
osnvi plstičnih optičnih vlaken: Anti-squezze
senzor za avtomobilsko industrijo
Sensor
Delo v LEOSS: nova tehnologija površinske
mikro-obdelave
Tehnologija temelji na selektivnem jedkanju,
ki ga dosežemo z uporabo različnih dopantov
s katerimi dopiramo optično valkno
Delo v LEOSS: točkovni in kvazi
porazdeljeni senzorji raztezkov
Odziv na statično deformacijo:
a.) naš optični senzorji
b.) merilni listič
Delo v LEOSS: Miniaturen senzor tlaka
 Premer senzorja je le 125 um
 Kljub majhnim dimenzijam je dosežena
visoka občutljivost (primerno za
biomedicinske aplikacije)
Naš prispevek k razvoju OVS: Miniaturen
senzor tlaka izvedba s SiO2 membrano
a.)
SMF
c.)
scribing
blade
b.)
MMF
SMF
cavity
d.)
SMF
SMF
fusion
splicing
e.)
SMF
FP cavity
scribing
blade
diaphragm
f.)
connector ferule
polishing paper
Delo v LEOSS: Miniaturen senzor tlaka
Delo v LEOSS: Najmanjši komercialno
dobavljiv senzor tlaka
Industrijski partnerji
FISO Technologies, Kanada: Vodilni proizvajalce
optičnih vlaknskih senzorjev
Optacore: Slovenski proizvajalec posebnih optičnih
vlaken
Mikrobit: Domače podjetje, ki se ukvarja s sistemi za
štetje prometaVehicle detection and classification
Metrel d.d. Slovenia:Merilna oprema
Zaključek
 Optični vlakenski senzorji po mnogih letih intenzivnih raziskav





zajemo vidno mesto v praktičnih aplikacijah
Uspešno uvajanje gre na račun posebnih lastnosti, ki niso
dosegljive z drugimi merilnim principi kot so: možnost
porazdeljenega zaznavanja, električna pasivnost, majhen
dimenzije. Visoka občutljivost, itd.
širši razmah OVS lahko pričakuje v bodoče predvsem na račun
razvoja fotonskih komponent in uveljavitve na tradicionalnih in
konzervativnih tržiščih
V kratkem lahko pričakujemo da bo tržišče OVS preseglo
milijardo dolarjev
Uspešno uvajanje teh tehnologij zahteva napredno in inovativno
razmišljanje ter iskanje novih rešitev
Laboratorij za elektro-optične in senzorske sistemi na UM, je
ponudil vrsto tovrstnih naprednih rešitev, nekatere od teh so že
ali bodo v kratkem prišle tudi v praktični rabo