광섬유 센서의 유형은 무엇입니까?

광학 센서 기술의 동적 영역에서 OFS(광섬유 센서)는 광범위한 산업 분야에서 비교할 수 없는 감도, 정확성 및 적응성을 제공하는 혁신적인 혁신으로 등장했습니다. 저는 OFS 광섬유 전문 공급업체로서 다양한 유형의 OFS 광섬유 센서를 탐구하고 해당 분야의 고유한 특성, 응용 분야 및 최신 발전 사항을 탐구하게 되어 기쁩니다.

내부 및 외부 OFS 광섬유 센서

특정 유형의 OFS 광섬유 센서를 살펴보기 전에 내부 센서와 외부 센서 간의 근본적인 차이점을 이해하는 것이 중요합니다. 내장형 센서는 광섬유 자체를 감지 요소로 사용합니다. 온도, 변형 또는 압력과 같은 섬유의 물리적 특성 변화는 섬유를 통해 전파되는 빛에 직접적인 영향을 미칩니다. 이로 인해 강도, 위상 또는 파장과 같은 광학 매개변수에 측정 가능한 변경이 발생합니다. 대조적으로, 외부 센서는 주로 별도의 감지 요소와 빛을 전송하는 수단으로 광섬유를 사용합니다. 이러한 외부 센서는 다양한 재료로 만들어질 수 있으며 특정 환경 자극에 반응하도록 설계되었습니다.

OFS 광섬유 센서의 유형

1. FBG(파이버 브래그 격자) 센서

광섬유 브래그 격자 센서는 가장 잘 알려지고 널리 사용되는 OFS 유형 중 하나입니다. 이러한 센서는 섬유 코어의 굴절률에 주기적인 변화를 도입하여 생성됩니다. 빛이 FBG를 통과할 때 특정 파장(브래그 파장)은 반사되고 나머지 파장은 통과합니다. 온도나 변형률의 변화는 브래그 파장의 변화를 유발하며 이를 정확하게 측정할 수 있습니다.

FBG 센서는 매우 정확하며 여러 매개변수를 동시에 측정할 수 있습니다. 그들은 교량, 건물 및 댐의 구조적 상태를 모니터링하기 위해 토목 공학 분야에서 응용 분야를 찾습니다. 항공우주 산업에서 FBG 센서는 항공기 부품의 무결성을 모니터링하는 데 사용됩니다. 작은 크기, 가벼운 무게, 전자기 간섭에 대한 내성 덕분에 이러한 첨단 기술 응용 분야에 이상적인 선택입니다.

2. 간섭계 센서

간섭계 센서는 두 개 이상의 광파를 간섭하는 원리로 작동합니다. 간섭 패턴은 변형률, 온도 또는 음파와 같은 물리적 매개변수의 영향을 받을 수 있는 광학 경로 길이의 변화에 ​​매우 민감합니다. Mach - Zehnder, Michelson 및 Sagnac 간섭계를 포함한 여러 유형의 간섭계 센서가 있습니다.

Mach - Zehnder 간섭계는 빛을 두 개의 경로로 나눕니다. 한 경로는 감지 요소 역할을 하고 다른 경로는 참조 역할을 합니다. 감지 경로를 따라 물리적 조건이 변경되면 두 빔 사이에 위상 변화가 발생합니다. 빔이 재결합하면 위상 변화로 인해 간섭 패턴이 변경됩니다.

간섭계 센서는 매우 높은 감도를 제공하며 지진 모니터링, 음향 탐지 및 수중 잠수함 탐지를 위한 방위 산업과 같은 응용 분야에 일반적으로 사용됩니다.

3. 분산형 광섬유 센서(DFOS)

FBG와 같은 포인트 센서와 달리 분산형 광섬유 센서는 광섬유 전체 길이에 걸쳐 지속적인 측정을 제공할 수 있습니다. DFOS에는 라만 기반 센서와 브릴루앙 기반 센서의 두 가지 주요 유형이 있습니다.

Raman 기반 DFOS는 섬유를 따라 온도를 측정합니다. 빛이 광섬유를 통해 전송되면 빛의 작은 부분이 라만 산란됩니다. 반스토크스 및 스톡스 라만 신호의 강도 비율은 온도에 따라 달라집니다. 광섬유를 따라 여러 지점에서 산란된 라만 빛을 분석하여 온도 프로파일을 결정할 수 있습니다.

Brillouin 기반 DFOS는 온도와 변형률을 모두 측정할 수 있습니다. 브릴루앙 산란광은 섬유의 온도 및 변형과 관련된 주파수 이동(브릴루앙 주파수 이동)을 경험합니다. 분산형 광섬유 센서는 파이프라인 모니터링, 전원 케이블 상태 모니터링, 지질 공학 모니터링을 포함한 광범위한 응용 분야에 사용됩니다.

4. 편광 센서

편광 센서는 광섬유에서 빛의 편광 상태 변화에 의존합니다. 응력, 온도, 자기장과 같은 외부 요인은 빛의 편광 특성을 변경할 수 있습니다. 편광 센서는 복잡한 환경에서 응력 및 변형과 같은 물리적 양을 측정하는 데 특히 유용합니다.

OFS 광섬유 센서용 광섬유 유형

광섬유의 선택은 OFS 광섬유 센서의 성능에 중요한 역할을 합니다. 센서 애플리케이션에 사용되는 일반적인 섬유 유형은 다음과 같습니다.

• G.655 대형 유효 면적 비제로 분산 이동 단일 모드 광섬유[링크:G.655 대형 유효 면적 비제로 분산 이동 단일 모드 광섬유]: 이 유형의 광섬유는 큰 유효 영역을 제공하여 비선형 효과를 줄이고 장거리 통신 및 고전력 신호가 관련된 일부 센서 응용 분야에 적합합니다.
• G.657.b3 Ultra Bend Insensitive 단일 모드 광섬유[링크:G.657.b3 Ultra Bend Insensitive 단일 모드 광섬유]: 뛰어난 굽힘 둔감 특성을 지닌 이 섬유는 좁은 공간이나 건물 내부 센서 설치와 같이 섬유가 굽어질 수 있는 곳에 적용하기에 매우 적합합니다.
• G.657.a1 굴곡에 민감하지 않은 단일 모드 광섬유[링크:G.657.a1 굴곡에 민감하지 않은 단일 모드 광섬유]: G.657.b3과 유사하지만 굴곡 손실 특성이 다르기 때문에 유연성이 필요한 액세스 네트워크 및 일부 센서 애플리케이션에 널리 사용됩니다.

OFS 광섬유 센서의 응용

OFS 광섬유 센서의 다양성으로 인해 다양한 산업 분야에서 채택되었습니다.

• 에너지 부문: 석유 및 가스 파이프라인에서 OFS 섬유 센서는 온도, 변형 및 누출을 모니터링할 수 있습니다. 발전에서는 변압기 및 고전압 케이블의 상태를 모니터링하는 데 사용할 수 있습니다.
• 환경 모니터링: OFS 광섬유 센서는 강, 호수, 바다의 온도, 습도, 수위와 같은 매개변수를 측정할 수 있습니다. 또한 공기질 모니터링에도 사용됩니다.
• 의료분야: 이 센서는 인체 내부의 혈압, 체온, 산소 포화도 측정 등 최소 침습 의료 시술에 사용될 수 있습니다.

OFS 광섬유 센서의 미래

OFS 광섬유 센서의 미래는 센서 성능 향상, 비용 절감 및 응용 분야 확장에 초점을 맞춘 지속적인 연구를 통해 유망해 보입니다. 나노기술과 포토닉스의 발전은 더욱 민감하고 다양한 센서의 개발로 이어질 가능성이 높습니다.

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참고자료

• 카샤프, 라만. 섬유 브래그 격자. 학술 출판부, 1999.
• Bao, Xiaoyi, L. Jay Guo. "광섬유 센서의 최근 진전." 센서 및 액추에이터 A: 물리적 123 - 124(2005): 1 - 17.
• 어드, 에릭. 광섬유 센서: 엔지니어와 과학자를 위한 소개. 와일리 - IEEE Press, 2011.