Senzory.

Prezentace na téma: "Senzory."— Transkript prezentace:

1 Senzory

2 Bezkontaktní měření teploty
Integrální pyrometr – širokopásmový detektor Dvoupásmový pyrometr – selektivní detektory

3 Integrální pyrometr – vlastnosti detektoru

4 požadavky na detektor Kvantový detektor Tepelný detektor

5 využití tepelného záření objektu o teplotě TC detektorem,
parametrem je mezní vlnová délka detektoru Dmax

6 využití tepelného záření objektu o teplotě TC detektorem,
parametrem je mezní vlnová délka detektoru Dmax

7 Dvoupásmový pyrometr s Ge a Si fotodiodou
Si dioda je umístěna před Ge diodou – zachytí tak krátkovlnnou složku spektra (pro dlouhovlnnou složku je Si transparentní) Ge dioda pak detekuje dlouhovlnnou část spektra

8 Nejvýznamnější optické metody pro kontaktní měření teploty
Teplotní posuv absorpční hrany polovodiče Teplotně závislá fotoluminiscence Teplotní závislost rezonančního kmitočtu Fabry-Perotova rezonátoru Braggova mřížka – selektivní teplotně závislé „zrcadlo“

9 Provedení transmisního senzoru
Teplota se určuje z rozdílu teplotní závislosti útlumu záření v oblasti absorpční hrany a v oblasti kde není záření absorbováno

10 Senzor využívající teplotní závislost fotoluminiscence
Teplota se určuje z poměru vyzářených optických výkonů na dvou vlnových délkách, s různou teplotní závislostí

11 Teplotní senzor s Fabry-Perotovým rezonátorem
FP rezonátor - rezonanční kmitočet se mění změnou délky L nebo indexu lomu nr uvnitř – závislost rezonančního kmitočtu na teplotě. Změnu teploty pak lze určit buď s fázového posuvu nebo z poklesu odraženého výkonu. Sestava umožňující určit teplotu z fázového posuvu

12 Teplotní senzor s Braggovou mřížkou
Braggova mřížka se chová jako selektivní zrcadlo přelaďované teplotou. Použijeme-li široko-pásmový zdroj záření bude zá-viset spektrum reflektovaného záření na teplotě. Při použití monochromatického zdroje záření lze teplotu určit z fázového posuvu nebo změny odražené složky záření.

13 Optochemické absorpční senzory

14 Energetický diagram molekuly

15 Absorpční spektrum molekuly

16 Koncepce pro zajištění selektivity
Selektivní zdroj záření Selektivní detektor Negativní filtrace

17 Spektrometr pro UV oblast – s difrakční holografickou mřížkou

18 Zvýšení citlivosti – prodloužení dráhy interakce
Kyveta s odraznými stěnami Vláknový vlnovod s jádrem tvořeným analyzovaným mediem

19 Princip senzoru s kyvetou

20 Problémem optochemických senzoru je překrývání spekter některých molekul znemožňující selektivní měření – řešení: Měření v UV oblasti (200nm-400nm) – výrazně menší pravděpodobnost překrývání spekter. Doplnění sestavy senzory chemorezistivními – jsou to tenké vrstvy polovodiče (např.: SnO2), jejichž vodivost se mění selektivně adsorbovanou látkou na povrchu. Nevýhodou těchto senzoru je ve srovnání se senzory optickými nižší stabilita a reprodukova-telnost měření a problém s dekontaminací povrchu (vlastnosti se obnovují teplotním cyklováním)

21 Amplitudové senzory s optickými vlákny
Senzory amplitudové vazební Senzory amplitudové ztrátové

22 Ztrátový optický senzor s evanescentní vlnou
Výkon odčerpaný z jádra vlnovodu závisí na indexu lomu v oblasti evanescentní vlny (index lomu závisí také na teplotě).

23 Ztrátový optický senzor pro měření mikroposuvů
Vazební senzor – měření síly vychylující vlákno – využití pro měření gravi-tačního pole Vazební senzor – vazba mezi sousedními vlnovody je zprostředkována evanes-centní vlnou – závislost na indexu lomu prostředí mezi vlnovody

24 Senzory s interferometry

25 Machův-Zehnderův interferometr
Klasické provedení se zrcadly s optickými vláknovými vlnovody Integrovaná optika – kanálkové vlnovody a fázový modulátor

26 Biochemický senzor s MZ interferometrem
sestava Senzory tohoto typu dosahují extrém--ní citlivosti umožňující měřit např. i přirozenou koncentraci hormonů. Povrch vlnovodu je pokryt vrstvou s vysokou a selektivní afinitou ke sledo-vané látce. Interakcí s evanescentní vlnou je pak ovlivněn efektivní index lomu vlnovodu. Důsledkem je pak fázový posuv optické vlny v senzo-rovém rameni MZ. Senzitivní oblast

27 Senzor s povrchovým plazmonem

28 Sagnacův interferometr
Klasické provedení se zrcadly Reálná sestava s fázovým nereciprokým modulátorem s optickým vláknovým vlnovodem

29 Sagnacův interferometr s modulovaným nereciprokým fázovým posuvem

30 Michelsonův interferometr
Klasické provedení se zrcadly Tlakový senzor s Michelsonovým interferometrem s optickými vláknovými vlnovody

31 Michelsonův interferometr pro měření mikroposuvů

32 Senzory využívající rozptyl záření

33 Sestava senzoru - rozptyl

34 částice rozměr (m) dýmu dým z hořící nafty 1 kondenzované páry 0.1-1 prachu 1-10 mlhy 5-50

35 Měření rychlosti částic s využitím rozptylu

36 Distribuované senzory

37 Distribuovaný senzor s využitím metody OTDR
Sestava OTDR Zmenšením tloušťky pláště a nanese-ním vrstvy s indexem lomu (1.8) vyš-ším než je index lomu pláště (1.4) se dosáhne hlubšího průniku evanescen-tní vlny do analyzovaného prostředí.

38 Senzor využívající metodu OFDR
Sestava využívající metodu reflektormetrie ve frekvenční oblasti umožňuje dosáhnout vyššího rozlišení v lokalizaci místa působku

39 Polarizační senzor

40 Metoda POTDR

41 selektivní přijímač – zvýšení citlivosti
Sestava s koherentním přijímačem – selektivní přijímač – zvýšení citlivosti

42