Автор работы: Пользователь скрыл имя, 18 Ноября 2011 в 08:30, реферат
Өндірістік қызметтің сенсоризациясы, яғни адамның сезім мүшелерін датчикке ауыстыру үшінші өндірістік революцияға жатады.Оның біріншісі – машина-энергетикалық, ал екіншісі – ақпаратты-компьютерлі революция. Датчикке деген қажеттілік күннен-күнге артып келеді.Бұл бақылау мен басқарудың автоматтанған жүйеге көшуіне, жаңа технологиялық процестің енуіне, жалпы өндірісті автоматтандыруға байланысты. Жоғары метрологиялық мінездемелерінен басқа датчиктер жоғары сенімділігімен, ұзақ уақытқа жарамдылығымен, тұрақтылығымен, аз габариттілігімен, аз энергия тұтылуымен сипатталады.Бұндай талаптарға талшықты-оптикалық датчиктер толықтай жауап береді. Бұл датчиктер оптикалық сәулеленуді электрлік сигналға түрлендіруге негізделген. Қабылданатын оптикалық сәулеленудің интенсивтілігіне және толқын ұзындығына байланысты бұл датчиктердің көмегімен жарықтың жарықтылығын, заттардың температурасын, оптикалық сәулеленудің спектрлік құрылымын және т.б. шамаларды тіркеуге болады.
1.Кіріспе
Өндірістік қызметтің сенсоризациясы,
яғни адамның сезім мүшелерін датчикке
ауыстыру үшінші өндірістік революцияға
жатады.Оның біріншісі – машина-энергетикалық,
ал екіншісі – ақпаратты-компьютерлі
революция. Датчикке деген қажеттілік
күннен-күнге артып келеді.Бұл бақылау
мен басқарудың автоматтанған жүйеге
көшуіне, жаңа технологиялық процестің
енуіне, жалпы өндірісті автоматтандыруға
байланысты. Жоғары метрологиялық мінездемелерінен
басқа датчиктер жоғары сенімділігімен,
ұзақ уақытқа жарамдылығымен, тұрақтылығымен,
аз габариттілігімен, аз энергия тұтылуымен
сипатталады.Бұндай талаптарға талшықты-оптикалық
датчиктер толықтай жауап береді. Бұл
датчиктер оптикалық сәулеленуді электрлік
сигналға түрлендіруге негізделген. Қабылданатын
оптикалық сәулеленудің интенсивтілігіне
және толқын ұзындығына байланысты бұл
датчиктердің көмегімен жарықтың жарықтылығын,
заттардың температурасын, оптикалық
сәулеленудің спектрлік құрылымын және
т.б. шамаларды тіркеуге болады.
2.Талшықты-оптикалық датчиктердің пайда болу тарихы
Талшықты-оптика негізіндегі датчиктерді жасауда алғашқы талпыныстар 1970 жылдан басталады.Бірақ бұл датчиктердің техникалық бағытта қалыптасуы 1980 жылдан басталады.Сондықтан «талшықты-оптикалық датчик» термині осы уақытта ғылымға енгізілді. Яғни талшықты-оптикалық датчик техниканың жаңа ,қарқынды дамып келе жатқан саласы.
1950
жылдардағы электронды
Деректерді өңдеу процесінде сандық техниканы қолданудың негізгі артықшылығы – өлшеуді жоғары деңгейде өткізу. Мұндай операцияларға шуды жою, ортақ шамалау, сызықты емес өңдеу, интегралды өрнектеу және т.с.с. жатады.
Сонымен
қатар датчиктің сезімтал элементіндегі
функционалды жүктеме азаяды және
элемент сипаттамасына
3.Оптоэлектрониканың
қалыптасуы
Оптоэлектроника – бұл оптика мен электроника түйісіндегі ғылым мен техниканың жаңа бағыты. Оптоэлектрониканың қалыптасуы 1955 жылдан басталады.Бұл кезде Е.Лоебнер әртүрлі оптоэлектронды құрылғылардың потенциалды параметрлерін сипаттады, яғни оптикалық және электронды құрылғылардың сипатттамаларын оптрондарды сипаттады.
1960
жылдардың басында лазердің
Оптоэлектрониканың дамуындағы маңызды кезең оптикалық талшықтың пайда болуы.
1-суретте
әртүрлі оптикалық
1-сурет
Оптикалық талшықтардың әр
4.Оптикалық талшықтар
Оптикалық талшықтар екі типті болуы мүмкін: бір модалы – бір мод таралады (берілген электромагниттік өрістің таралу типі), көп модалы – көптеген (бірнеше жүз) моданың таралуы. Құрылысы жағынан бұл талшықтар сәйкес бөліктегі өзекшенің диаметрімен ерекшеленеді. Ал бөлік ішіндегі сыну коеффициенті қабықшаға қарағанда біршама көп болады (2 сурет).
2
сурет Бір модалы (а) және
көп модалы (б) оптикалық талшықтар
Техникада бір модалы және көп модалы оптикалық талшықтар қолданады. Көп модалы талшықтар үлкен диаметрге (50мкм) ие, бұл олардың бір-бірімен жақсы жалғануын қамтамасыз етеді. Әрбір модада топтық жарық жылдамдығы әр түрлі болғандықтан, жіңішке жарық импульсін жібергенде оның дисперсиясы ұлғаяды.Ал бір модалы талшықтарда артықшылығы мен кемшілігі алмасып отырады: дисперсия төмендегенімен өзекше диаметрі кіші болады (5....10 мкм).
Осынын
салдарынан бір модалы оптикалық
талшықтар ақпаратты жоғары жылдамдықпен
тасымалдайтын байланыс жүйелерінде
қолданылады. Көп модалы оптикалық
талшықтар ақпаратты
Датчиктердің құрылым элементі ретінде оптикалық талшықтардың қасиеттері:
5.Талшықты-оптикалық датчиктің классификациясы және оларды қолдану аймағы
Соңғы үлгідегі талшықты-оптикалық датчиктер барлығын өлшеуге мүмкіндік береді.Мысала, қысым, температура,ара қашықтықты, кеңістіктегі орнын, айналу жылдамдығын, сызықтық орын ауыстырудың жылдамдығын, үдеуді, тербелісті, массаны, көлемді, деформацияны, сыну көрсеткішін, электрлік өрісті, магнит өрісін, газдың концентрациясын, радиациялық сәулеленудің көлемін.
Талшықты-оптикалық датчикте оптикалық талшықты қолдануға байланысты екіге бөлуге болады:
Байланыс
жүйесіндегі датчиктерде бір
модалы оптикалық талшықтар
Жіберу желісі ретінде талшықты-оптикалық датчиктер
Құрылым | Өлшенетін физикалық шама | Қолданыла-тын физикалық құбылыс, қасиет | Детектор- ланатын шама | Опти-калық тал-шық | Өлшемдер-дiң параметрі және ерекшелiк-терi | |||||
Өтетін типті | Электрлік кернеу,электр өрісінің кернеулігі | Поккельс эффектісі | Құрайтын поляризация | Көп мода-лы | 1....1000В;
0,1...1000В/см | |||||
Өтетін типті | Электр ток күші,магнит өрісінің кернеулігі | Фарадей эффектісі | Поляризация бұрышы | Көп мода-лы | Дәлдік
±1%
20...85ºС | |||||
Өтетін типті | Температура | Жартылай өткізгіштің жұтылу өзгерісі | Өткiзiлетiн жарықтың интенсивті-лігі | Көп модалы | -10...+300
ºС
Дәлдік ±1ºС | |||||
Өтетін типті | Температура | Люминесценция тұрақтылығының өзгерісі | Өткiзiлетiн жарықтың интенсивтілігі | Көп мода-лы | 0....70
ºС
Дәлдік ±0,04 ºС | |||||
Өтетін типті | Температура | Оптикалық жолды үзу | Өткiзiлетiн жарықтың интенсивті-лігі | Көп мода-лы | «қосу/өшу» режимі | |||||
Өтетін типті | Гидроакусти-калық қысым | Толық шағылу | Өткiзiлетiн жарықтың интенсивті-лігі | Көп модалы | Сезімталды-ғы 10мПа | |||||
Өтетін типті | Үдеу | Фотосерпім-ділік | Өткiзiлетiн жарықтың интенсивті-лігі | Көп мода-лы | Сезімтал-дығы 1mg | |||||
Өтетін типті | Газ концентра-циясы | Жұтылу | Өткiзiлетiн жарықтың интенсивті-лігі | Көп мода-лы | 20 км ара қашықтық-та дистанционды бақылау | |||||
Шағылыстыра-тын типті | Атмосферадағы дыбыс қысымы | Көп компонентті интерферен-ция | Шағылған жарықтың интенсивті-лігі | Көп мода-лы | сезгіштік | |||||
Шағылыс-тыратын типті | Қандағы оттегі концентрациясы | Спектралды сипаттама-ның өзгерісі | Шағылған жарықтың интенсивті-лігі | Шоғыр | Рұқсат катетер арқылы | |||||
Антена типті | Жоғары вольтты импульстің параметрі | Жарық өткiзгiштiң сәулеленуі | Өткізілетін жарықтың интенсивті-лігі | Көп мода-лы | Фронтттың ұзақтығы 10нс | |||||
Антена типті |
Температура | Инфрақызыл сәулелену | Өткізілетін жарықтың интенсивтілігі | Өткізілетін жарықтың интенсивтілігі | 250...1200
ºС
Дәлдік
±1% |
Фарадей эффектісі
Көлденең магнитооптикалық эффект жарық сәулесінің поляризация жазықтығында айналуына негізделген.Бұл эффект 1846 жылы ашылды.Көптеген жылдар бойы магнитооптикалық эффект фихикалық аспект ретінде қарастырылса, қазіргі таңда ол тәжірибиеде де оң нәтижелерді беріп жүр. Магнитооптикалық эффектілердің түрлері өте көп. Солардың ішінде физикада, оптикада, электроникада кеңінен қолданатыны Фарадей эффектісі.Фарадей эффектісі арқылы:
Сұлба
жарық көзінен, поляризатордан, анализатордан
және фотоқабылдағыштан тұрады.
Өткен
шоғырдың интенсивтілігі Малюс заңы
бойынша анықталады.
Жарық
шоғырының модуляциясына
Мұндағы -магнит өрісінің кернеулігі, - заттың ұзындығы, -Верде тұрақтысы,ол заттың қасиеті туралы ақпаратты беруі мүмкін және ортаның микроскопиялық параметрлері арқылы көрсетілуі мүмкін.
Магнитооптикалық
Фарадей эффектісінің негізгі ерекшелігі
оның өзара әрекеттеспуінде, яғни жарық
шоғырының қайтымдылық