Senzory

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

Integrální pyrometr – vlastnosti detektoru

požadavky na detektor Kvantový detektor Tepelný detektor

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

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

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

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“

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

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

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

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.

Optochemické absorpční senzory

Energetický diagram molekuly

Absorpční spektrum molekuly

Koncepce pro zajištění selektivity Selektivní zdroj záření Selektivní detektor Negativní filtrace

Spektrometr pro UV oblast – s difrakční holografickou mřížkou

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

Princip senzoru s kyvetou

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)

Amplitudové senzory s optickými vlákny Senzory amplitudové vazební Senzory amplitudové ztrátové

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).

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

Senzory s interferometry

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

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

Senzor s povrchovým plazmonem

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

Sagnacův interferometr s modulovaným nereciprokým fázovým posuvem

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

Michelsonův interferometr pro měření mikroposuvů

Senzory využívající rozptyl záření

Sestava senzoru - rozptyl

částice rozměr (m) dýmu 0.001-0.01 dým z hořící nafty 1 kondenzované páry 0.1-1 prachu 1-10 mlhy 5-50

Měření rychlosti částic s využitím rozptylu

Distribuované senzory

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.

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

Polarizační senzor

Metoda POTDR

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