Download
1 / 22
240 likes | 774 Views
MUTLU DEMİR. 020205046. INDEX:. SÖNEN ALANLI SENSÖRLER AKTİF VEYA İÇTE ETKİLEŞİMLİ SENSÖRLER FAZ MODÜLASYONU İLE ALGILAMA FİBER OPTİK JİRASKOP PARAMETRİK SENSÖRLER KUTUPLANMA SENSÖRÜ. SÖNEN ALANLI (EVANESCENT) SENSÖRLER.
E N D
MUTLU DEMİR 020205046
INDEX: • SÖNEN ALANLI SENSÖRLER • AKTİF VEYA İÇTE ETKİLEŞİMLİ SENSÖRLER • FAZ MODÜLASYONU İLE ALGILAMA • FİBER OPTİK JİRASKOP • PARAMETRİK SENSÖRLER • KUTUPLANMA SENSÖRÜ
SÖNEN ALANLI (EVANESCENT) SENSÖRLER Tek modlu bir optik fiberde yayılan ışığın tamamı öz bölgesinde hapsedilemez ;bir miktarı öz bölgesine geçer. Bu olay , tek modlu fiberoptik yönlü çiflenimcilerin Algılamada kullanılmasına imkan sağlar. bu kavramı kullanan bir sensörün çalışma prensibine bakalım.
Işık fiberlerden birine girer ve bunun çok yakınına yerleştirilen ikinci bir fiberin olduğu bölgeye doğru ilerler. Bu bölgede iki fiber arasında ışık transferi, fiberler arasındaki mesafeye bağlıdır. Akustik bir dalga veya sıcaklık gibi çevresel bir etki , aralarındaki mesafenin değişmesine yol açtığı zaman , ikinci fibere geçen ışık miktarı değişir. İkinci fiberde çevresel olarak indüklenen genlik değişimi bir dedektörle algılanır. Tek fiberli veya fiber demetli sönen alanlı sensör düzenleri ile , kimyasal reaksiyonlar , kimyasal bileşimler , pH algılaması yapılabilir .
AKTİF VEYA İÇTE ETKİLEŞİMLİ (INTRINSIC) SENSÖRLERBu tip sensörlere tamamen fiber sensörler de denir.Ve ışığın modülasyonu tamamen fiberin içinde meydana gelir. Ölçülecek niceliğin fiber üzerine uygulaması ile , fiberin geometrik ,fiziksel veya optik özellikleri (çap, kırılma indisi , fiber boyu, bükülme kaybı ) değiştirilerek fiber içinde ışık modüle edilebilir . Bu tip fiberlere içten modülasyonlu sensörler denebilir.
FAZ MODÜLASYONU İLE ALGILAMA Aktif fiber optik sensörler tamamen fiberli düzenler olduklarından , bu düzenlerde faz modülasyonu , fiberi bir dış etki yoluyla ya gererek yada büzerek elde edilebilir. Böylece elde edilen faz değişimi , olarak yazılabilir. Burada L fiberin boyu; n, özün kırılma indisidir; dış etki yüzünden kırılma indisindeki değişimn, boydaki değişim L dir.
Tamamen fiberli düzenlerde en yaygın olarak kullanılan faz modülatörü , bir piezoelektrik halka üzerine sarılan optik fiberden oluşur. Halkaya uygulanan gerilim, halka çevresini ve böylece fiber uzunluğunu değiştirir.Faz değişimi, boyuna kuvvet uygulanmasıyla veya radyal kuvvet uygulamasıyla veya sıcaklıkla fiberin boyunun değiştirilmesiyle sağlanabilir.
Fiberde oluşturulan faz değişimini ölçmenin tek yolu, algılayıcı fiber içinden giden demetin fazının , bir referans demetinkiyle karşılaştırıldığı bir girişim ölçer (interferometre) sistemi kurmaktır. Tipik bir düzenlemesi şekilde gösterilen Mach – Zehnder interferometrik düzeni optik fiberlerle gerçekleştirilebilir.
Bu düzende bir demet bölücü, lazer demetini, algılayıcı ve referans fiberler içine gönderilen iki kısma ayırmak için kullanılır. Bu fiberlerin çıkışları , bir diğer demet bölücü ile , uygun fotodedektörler üzerine gönderilir. Bu yöntemde kaynak olarak bir yarı iletken lazerin, demet bölücüler yerine 3 Db‘lik (yani %50 lik) kuplörlerin kullanıldığı bir diğer düzenleme pratikte kullanılan düzenlemedir.Dedektörlerle algılanan işaretlerin şiddetleri oluşan faz farkına bağlıdır ve onunla kosünüs biçimli değişir.(R₁-R₂)²cos.
FİBER OPTİK JİROSKOP Fiber optik jiraskop, bir fiber bobininde zıt yönlerde ilerleyen iki ışık demeti arasında , bobin kendi düzlemine dik bir eksen etrafında döndüğü zaman oluşan faz kaymasına (Sagnac etkisi) dayanır. N sarımlı bir fiber bobin rad/s’lik bir hızla dönerse ,iki demet arası faz kayması ile verilir . burada A= R²’ dir . bu yolla dönme ölçümü yapılabilir. Temel düzenleme şekil –6.13 ‘de verilmiştir .
FOG açısal dönmeyi ölçmek için mükemmel bir cihaz olmasına rağmen, çesitli etkilerden dolayı hatalar vermektedir. FOG' da en önemli hata kaynağı, FOG' u oluşturan materyallerin ısısal bağımlılık göstermesidir. Bu yüzden, FOG’larda ısıdan kaynaklanan hatalı ölçme oranının belirlenip, FOG çıktısının modifiye edilmesi gerekmektedir.
POLARİMETRİK SENSÖRLER Polarimetrik sensörlerde , girişim ölçerde kullanılan iki demet , yüksek çift kırılmalı(HB) bir fiberde dik olarak kutuplanmış iki modla sağlanır. Böyle fiberlerin özelliğinden dolayı , kutuplanma vektörlerinin fibere göre iki sabit yönü vardır. Bunlardan biri “yavaş” diğeri “hızlı” eksen olarak adlandırılır. Yavaş eksen boyunca kutuplanmış modunkinden daha yavaştır. Her iki modda uyarılmışsa, modlar fiber içinde ilerledikçe, aralarında gittikçe artan bir faz farkı oluşur. Polarimetrik sensör , dış parametrelerin bu faz farkı üzerinde oluşturduğu etkiye dayanır. Dedektörlerde ölçülen ışık şiddetleri ile faz farkı arasında ; yazılabilir. Girişim ölçer , elbette sadece dış kuvvetlerin , fiberin dahili çift kırması üzerinde etkisini ölçer.
şekil-6.14:Polarimetrik sensör . burada SBC,değişken bir faz levhası;WP,bir demeti birbirine dik kutuplu iki bileşene bölen bir eleman ve dedektörlerdir.
olur . Böylece , B çift kırılmasının , dış etki X’le değişimi sağlanarak, bu değişim faz farkı ’deki değişim olarak ölçülebilir. Dahili olarak baskı uygulanmış fiberlerin (kutuplanma korumalı fiberler) içine sokulan baskı elemanlarının oluşturduğu baskı bu yüzden B sıcaklığa bağlı yapılabilir. Basınç ve gerilme de B’yi değiştirir.Böylelikle sıcaklık, basınç ve gerilme ölçülebilir.
KUTUPLANMA SENSÖRÜ Şekilde gösterilen kutuplanma sensörü, bir metalik iletkenden geçen akımı ölçmede kullanılabilir. Bu düzenlemede, tek kutuplanma korumalı tek modlu bir fiber kullanılır. Bir He-Ne lazer demeti lineer olarak kutuplanır ve fiber içine gönderilir. Sonra , bu demetteki yelek modları sıyırılır. Fiber özündeki ışığın kutuplanma yönü, Faradaday manyeto – optik etkisi yoluyla ,ilmek etrafındaki boyuna manyetik alanca döndürülür. Dönme miktarı , V.B.2..r ile verilir. Burada elde edilir .burada V , verder sabitidir. (faraday etkisinin malzeme üzerindeki etkisinin bir ölçüsüdür ; fiberin kompozisyonuna , optik dalga boyuna ve zayıf olarakda malzemenin sıcaklığına bağlıdır.)
Aşağıdaki tabloda bazı malzemelerin verdet sabitleri belirli dalga boyları için verilmiştir. Bir Walloston prizma nihai dönmeyi algılamada kullanılır .Ve ışığın birbirine dik iki bileşenine ayırır. Bu bileşenler ayrı fotodiyotlarla algılanır ve sonra iki işaretin toplam ve farkı üretilir. Fark işaretin toplama normalize edilmesi , kutuplanma dönmesi ile orantılı olan aşağıdaki parametreyi verir. burada K, fiberin özelliklerine bağlı olan bir sabit ve ve dedektörlerde algılanan ışık şiddetleridir. Böylece bir akım ölçümü (dc ve ac ) alınan ışık gücünden bağımsız olarak elde edilebilir.
Şekil-6.15: fiber optik faraday akım sensörü MİKRO- BÜKÜLME SENSÖRÜ Aşağıda, bir mikro- bükülme sensörü gösterilmektedir. Bu sensörde fiber , metal dişlere veya bir miller dizisine bir kuvvet uygulandığı zaman keskin şekilde bükülür . Fiberde taşınan ışık, mikro-bükülme yüzünden yeleğe girerek kayıp oluşturur; böylece uygulanan kuvvetin bir ölçümü yapılabilir. Uygulanan kuvvetteki (mesela , yer değiştirme , sıcaklık , basınç ) değişmeler optik alıcıya giden ışık şiddetinde bir değişime yol açar; bu yolla algılama yapılabilir.
FİBER OPTİK SENSÖRLERİN ÇALIŞMA PRENSİBİ Fiber optik içindeki ışığın iletimi tamamen tam yansıma prensibine dayanır. Bu nedenle ışık enerjisi hiçbir kayba uğramaz. Fiber optik sensörler kuvvet, sıcaklık, basınç,ivme gibi bir çok fiziksel büyüklüğü ölçmedekullanılır. Bunu mikromekanik rezonatörününiçinde bulunan duyarlı elementini kullanarakyapar . Tam yansıma prensibi Bu prensip iki koşul sağlandığında gerçekleşir; • Kritik açı gelme açısından daha küçük olmalıdır. (kritik açı fiberin kılıf ve çekirdek maddelerine bağlıdır.) • Kılıf maddesinin yoğunluğu çekirdek maddesinin yoğunluğundan daha az olmalıdır
FİBER OPTİK SENSÖRLERİN KULLANIM ALANLARI Optik fiber iletiminin, endüstriyel ortamlarda kontrol ve telemetri (uzaktan algılama, ölçme ve nakletme ) için faydalı şekilde kullanılabileceği gösterilmiştir. Böyle sensör sistemlerine optik haberleşmesinin uygulanması, geleneksel izleme ve kontrolun zor ve pahalı olduğu, elektriksel bakımdan tehlikeli ortamlarda kullanım için büyük bir ilgi uyandırmıştır. Bu ortamlarda
FİBER OPTİK SENSÖRLERİN KULLANIM ALANLARI • sıvı seviyesi, • akış hızı, • konum, • sıcaklık ve • basınç gibi parametrelerin hassas ölçümüne gerek vardır ve bu işlem fiber optik sistemlerle kolaylaştırılabilir.
Fiber optik sensörlerin avantajları • Optik fiber hareketli parça veya elektrik devresi içermez ve bu nedenle bütün elektriksel parazitlerden bağımsızdır. • Kıvılcım saçma olasılığı yoktur ve bu da sensörün yağ rafinerilerinde,madencilikte,eczacılıkta ve kimyasal işlemlerde güvenle kullanılmasını sağlar • Ayrıca kırılmış fiberi onaran kişi için de elektriksel şok tehlikesi yoktur.
