Laboratorij za elektro-optične in senzorske sisteme
Transcription
Laboratorij za elektro-optične in senzorske sisteme
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