Senzorii cu Fibră Optică

1. Introducere

Utilizarea fibrei optice în circuitele de măsură permite o creştere importantă a vitezei de lucru şi a imunităţii la perturbaţii electromagnetice, precum şi o izolare electrică totală între obiectul de măsură şi aparatul de măsură ceea ce simplifică mult problemele de ecranare, de conectare la masă şi de protecţie a operatorului.

1.1. Clasificarea fibrelor optice

Fibra optică este un ghid de undă dielectric cilindric, care constă dintr-o regiune centrală numită miez care are indicele de refracţie mai mare decât al materialului dielectric care înconjoară miezul şi care formează cămaşa fibrei. Miezul, respectiv cămaşa sunt înconjurate de un înveliş cu rol de protecţie împotriva forţelor exterioare şi care oferă o bună rezistenţă mecanică. Capacitatea ghidării luminii în fibră este dependentă de proprietăţile miezului şi ale cămăşii. Sunt cele mai folosite ghiduri de undă din zilele noastre. Principiul de funcţionare al acestor ghiduri de undă este bazat pe reflexia totală a razelor de lumină la o suprafaţă de separaţie.

Figura 1.1. Structura de bază a unei fibrei optice

Sursă: http://ro.wikipedia.org/wiki/Fibr%C4%83_optic%C4%83

Există mai multe criterii de clasificare ale fibrelor optice. Ele se clasifică după materialele dielectrice folosite la realizarea lor, după indicele de refracţie şi după modul de transmitere a radiaţiei luminoase.

Funcţie de modul de trasmitere a radiaţiei luminoase fibrele pot fi multimodale şi monomodale. Principalul parametru prin care se controlează numărul de moduri de ghidare a luminii este indicele de refracţie.

După modul de variaţie al indicelui de refracţie al miezului fibrele optice pot fi cu variaţie treaptă a indicelui de refracţie (step index) sau cu variaţie graduală a indicelui de refracţie (graded index). Mai există şi alte configuraţii ale indicilor de refracţii: tip W, tip V, etc întâlnite la fibrele monomodale.

Fig. 1.2 Tipuri de fibre optice

Figura 1.2. a) fibră optică monomodală; b) fibră optică multimodală

Sursă: http://ro.wikipedia.org/wiki/Fibr%C4%83_optic%C4%83

După materialele dielectrice folosite fibrele optice pot fi: cu miezul şi cămaşa din sticlă (amestec în care predomină SiO2), cu miezul din sticlă şi cămaşa din plastic (polimer), cu miezul şi cămaşa din plastic. În cazul fibrelor cu miez din sticlă, deşi sticla pură are atenuarea minimă, pentru realizarea unor profile speciale ale indicelui de refracţie se folosesc diverse substanţe dopante, cele mai uzuale fiind fosfor, fluor, germaniu. Pentru fibrele cu miez din plastic cel mai utilizat polimer este polimetilmetacrilatul (PMMA).

1.2. Fibre optice speciale

Fibrele optice au fost dezvoltate mai întâi pentru aplicaţii privind transmisiile pe distanţe mari. Oricum, deşi la marea majoritate a senzorilor se foloseau în mod curent acest tip de fibre, în mare măsură datorită faptului că erau disponibile, această politică a dus la un compromis în design şi în multe cazuri la performanţe marginale, sau chiar de neconceput datorită sensibilităţii excesive a mediului de transmisie. În consecinţă, atenţia a fost îndreptată spre realizarea unor senzori cu fibre optice de construcţie specială de sensibilitate mare specifică măsuranzilor.

Câteva fibre speciale sunt în prezent disponibile. Poate cele mai cunoscute sunt fibrele cu birefringenţă ridicată. Asemenea fibre sunt folosite pentru realizarea giroscoapelor, şi sunt în cercetare pentru utilizarea în sistemele coerente de comunicaţii. Ritmul dezvoltării este în creştere şi apar un număr din ce în ce mai mare de aplicaţii specifice cu fibre optice. De exemplu, proprietăţile de propagare neobişnuite ale fibrelor cu birefringenţă circulară sunt potrivite pentru detectarea câmpului magnetic.