ReflexionsfasersondeAls Schlüsselkomponent für den Empfang von Signalen in Glasfasersensoren spielt sie heute eine immer wichtigere Rolle in den Bereichen industrielle Prüfung, medizinische Diagnose und wissenschaftliche Forschung. Mit seinen einzigartigen Vorteilen wie Berührungslosigkeit, hohe Empfindlichkeit und Widerstand gegen elektromagnetische Störungen ermöglicht es die präzise Messung einer Vielzahl von physikalischen Größen wie Verschiebung, Form, Temperatur und sogar biologische Gewebeeigenschaften. In diesem Artikel werden die Funktionsprinzipien, die Kernstruktur, die technologische Entwicklung und die vielfältigen Anwendungsszenarien der reflektierenden Fasersonde vertieft untersucht.

1. Kernarbeitsprinzip: Präzisionswahrnehmung auf der Grundlage der Lichtbetonungsmodulation

Vollständige interne Reflexion und Intensitätsmodulation auf Lichtbasis. Ein typisches System besteht aus Lichtquellen, emittierenden Fasern, Sonden, Reflexionsflächen (gemessenes Objekt) und optischen Detektoren.

Der Arbeitsablauf beginnt, wenn das Licht, das von der Lichtquelle ausgestrahlt wird, in die emittierende Faser gekoppelt wird, die nach der Übertragung von der Faser von ihrer Endfläche auf die Reflexionsfläche des gemessenen Objekts ausgestrahlt wird. Das reflektierte Licht wird von der empfangenen Faser erfasst und an den optischen Detektor zurückgegeben, um in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Die Signalstärke der endgültigen Ausgabe und der Abstand zwischen der Endfläche der Sonde und der Reflexionsfläche bestehen in einer spezifischen Funktionsbeziehung. Durch die präzise Messung der Lichtintensitätsänderungen können Informationen wie die Verschiebung des gemessenen Ziels, der Oberflächenzustand usw. umgekehrt werden.

Studien haben gezeigt, dass die Ausgangseigenschaften in der Regel in drei Bereiche unterteilt werden können: Vorhangzone, Spitzenzone und Rückhangzone. Das Signal im Vorhangbereich wächst linear schnell und eignet sich für hochpräzise Verschiebungsmessungen auf Mikronenstufe; Das Hintergrundsignal nimmt mit dem Quadrat der Entfernung ab und kann für geringere Empfindlichkeitsanforderungen, aber größere Messbereiche verwendet werden. Die Leistung der Sonde, wie z. B. Messbereich, Empfindlichkeit und Linearität, wird stark von Faktoren wie den Faserparametern, den Reflexionseigenschaften und dem Achsabstand zwischen Sende- und Empfangsfaser beeinflusst.

Konstruktion und technologische Entwicklung: Von der Grundlage bis zur Optimierung

Die Leistung einer reflektierenden Fasersonde hängt von ihrer strukturellen Konstruktion ab. Früher war eine einfache Y-Zweigstruktur üblich, die Lichtquelle und Detektor mit derselben Sonde verbindete. Um die Leistung weiter zu verbessern, haben die Forscher kontinuierlich innovative Optimierungen durchgeführt.

1. Struktur und Material

Die grundlegende Reflexionssonde verwendet häufig eine optische Strahlzusammensetzung, zum Beispiel eine gemeinsame FRP-Reflexionssonde, deren Sondenende aus 7 Fasern im Schutzgehäuse aus Edelstahl besteht (6 empfangen, 1 senden), der Standard-Faserkarndurchmesser beträgt 200 μm und die Schnittstelle ist SMA905. Um die Empfangseffizienz des reflektierten Lichts zu verbessern, wird die Endfläche der empfangenden Faser oft in einen D-Abschnitt geschliffen.

Innovative Strukturen und Kompensationstechnologien

Um Schwankungen der Lichtquelle, Umweltstörungen und andere Auswirkungen zu überwinden, haben die hochpräzisen Sonden wichtige Verbesserungen in der Struktur vorgenommen:

Doppelte Ausgänge und Verhältnismessung: Eine Verbesserung besteht darin, eine neue Struktur mit zwei Ausgängen einzuführen. Durch die Berechnung des Verhältnisses der beiden Ausgangssignale als Endausgang können die Auswirkungen der Lichtintensitätsschwankungen und der Unterschiede in der gemessenen Oberflächenrauhe erheblich verringert werden, was die Störungsbeständigkeit und die Messgenauigkeit verbessert.

Spezialfasern und exotische Strukturen: Die Studie versucht, eine Kombination von Standard-fossilen Quarzfasern mit Spezial-Quarzfasern mit einer dünnen Beschichtung mit großem Kerndurchmesser zu verwenden, um eine homokerne oder isokerne Struktursonde zu bilden, um das beste Gleichgewicht zwischen Leistung und Kosten zu finden. Tiefere theoretische Forschung und Konstruktion schlägt innovative Strukturen wie die Fiberoptiksonde mit innerer Stufe vor, die herkömmliche Sonden systematisch optimiert werden, indem sie die Fehlermenge und die Auswirkungsgesetze verschiedener Reflexionen auf die Lichtbetonungseigenschaften genau analysiert.

III. Zukunftsperspektiven

Mit der Entwicklung neuer Materialien, Prozesse und intelligenter AlgorithmenReflexionsfasersondeEs entwickelt sich in folgende Richtungen:

Integration und Intelligenz: Die Sonde wird enger mit kleinen Lichtquellen, Detektoren und Verarbeitungsschaltungen integriert und ermöglicht eine Echtzeitanalyse des Reflexionsspektrums oder der Signalmuster in Kombination mit Algorithmen der Künstlichen Intelligenz, um sofortige Zustandsbeurteilung und Fehlervorhersage zu ermöglichen.

Multifunktionale und multiparametrische Erkennung: Eine einzige Sonde kann mehrere physikalische Größen wie Temperatur, Druck und Verschiebung gleichzeitig entkoppeln oder spektrale Analysefähigkeiten kombinieren, um umfangreichere Messzielinformationen zu liefern.

Strukturelle Innovation und Durchbruch der Leistungsgrenzen: Auf der Grundlage strenger mathematischer Modelle (z. B. Lichtfeldmodelle) und biometischer Konstruktionen werden weiterhin neue Sondenstrukturen entstehen, die die theoretischen Grenzen der Messempfindlichkeit, der Auflösung und des linearen Bereichs durchbrechen.