Uređaji sa optičkim vlaknima6404/12

Rezime: U ovom radu su predstavljeni principi rada uređaja sa optičkim vlaknima i neke od njihovih primjena. Ukratko su opisane osnovne karakteristike optičkih vlakana, uključujući njihovu strukturu i fundamentalne zakone optike na kojima se baziraju, pri čemu je posmatrano širenje svjetlosti kroz optičko vlakno, zasnovano na Snell-ovom zakonu, kritični ugao i totalna unutrašnja refleksija svjetlosti. Navedene su osnovne prednosti fiber-optičkih senzora, vrste senzora i njihove opšte karakteristike. Kroz rad je opisano i nekoliko koncepata detekcije pomoću optičkih vlakana, s primjenom na mjerenje pomjeranja, temperature i pritiska.

Ključne riječi:

Senzori, fiber-optički senzori, optička vlakna, modovi, signal, laser, svjetlost, Snell-ov zakon, totalna refleksija, interferometar, detektovanje, mjerenje pomjeranja, mjerenje temperature, mjerenje pritiska, primjena senzora.

1. UvodRazvojem lasera 1960. godine, počelo je veliko zanimanje za optičke sisteme u primjeni na računarske mreže. Otkriće lasera je motiviralo naučnike da detaljnije prouče mogućnost primjene optičkih vlakana na računarske mreže, procese detektovanja i u druge svrhe. Kod prvog eksperimenta sa laserima, posmatrao se slobodan prolazak laserske zrake kroz zrak. Zatim su naučnici vršili i eksperimente sa prolaskom laserske zrake kroz različite vrste svjetlovoda. Staklena vlakna su ubrzo postala preferirani medij za prijenos svjetlosti. U početku se koaksijalni kablovi nisu mogli zamijeniti optičkim vlaknima zbog velikih gubitaka signala u optičkim vlaknima. Prva vlakna su imala gubitke od oko 1000 dB/km, što ih je činilo nepraktičnim za primjenu u računarskim mrežama. [1]

Naučnici su 1969. godine zaključili da su nečistoće u materijalu vlakna uzrokovale gubitke signala u optičkim vlaknima, kako je prikazano na slici 1. Otklanjanjem ovih nečistoća, omogućen je razvoj optičkih vlakana sa malim gubicima. [1]

Slika 1. Raspršivanje svjetlosti uzrokovano nečistoćama u materijalu [4]

Kompanija Corning Glass Works je 1970. godine napravila višemodno vlakno sa gubicima ispod 20 Db/km. Kod višemodnih vlakana, zraka se rastavljala u više zraka unutar vlakna i tako prenosila podatke. Ista kompanija je 1972. godine napravila višemodno vlakno sa jezgrom od čistog silicijum-dioksida sa gubitkom od 4 dB/km. [1]

1

Dalji razvoj tehnologije optičkih vlakana je značajno promijenio industriju telekomunikacija. Mogućnost prijenosa gigabitova podataka brzinom svjetlosti je povećala značaj istraživanja optičkih vlakana. Istovremena unapređivanja i pojeftinjenja optoelektroničkih komponenti su vodila ka potrebi razvoja novih proizvoda u ovom području. Uslijedila je revolucija kada su razvijeni prvi fiber-optički senzori. Uskoro je otkriveno da se sa sve manjim troškom materijala i sve većom osjetljivošću detekcije gubitaka, mogu detektovati promjene u fazi, intenzitetu i talasnoj dužini, uticajem vanjskih smetnji na vlakno. Tako su nastali fiber-optički uređaji.

Slika 2. Kabal sa optičkim vlaknima [18]

U posljednje vrijeme, istraživanja u ovom području su se fokusirala na razvoj novih materijala sa nelinearnim optičkim osobinama za važne primjene u fotonici. Primjeri ovih materijala su konjugovani poluprovodnički polimeri koji kombinuju optičke osobine sa elektroničkim osobinama poluprovodnika. Ovi polimeri imaju fotoluminescentne i elektroluminescentne osobine, što ih čini veoma značajnim kod primjena u optoelektronici. [3]

2

Slika 3. Optička vlakna [20]

3

2. Osnovni zakoni optike u optičkom vlaknuOptičko vlakno je u osnovi sistem vođenja svjetlosti, tj. svjetlovod i obično je cilindričnog oblika. Ako svjetlosna zraka ulazi kroz jednu krajnju površinu cilindra, određeni dio energije zrake ostaje unutar cilindra i vodi se kroz cilindar do drugog kraja. Ovo vođenje se postiže kroz višestruko odbijanje zrake o zidove cilindra. Unutrašnja refleksija svjetlosne zrake se zasniva na Snell-ovom zakonu optike. [2]

Slika 4. Prelamanje i odbijanje svjetlosnih zraka o dielektričnu graničnu površinu definisanu indeksima prelamanja n1 i n2 [3]

Ako svjetlosna zraka u prozirnom mediju udari o površinu drugog prozirnog medija, dio svjetlosti će se odbiti, a ostali dio će se prenijeti, tj. prelomiti u drugi medij. Prema slici 4. pravac prelomljenog talasa se određuje prema Snellovom zakonu

n1 sin ϕ1=n2 sin ϕ2 [2]

gdje je n indeks prelamanja medija, tj. odnos brzine svjetlosti u vakuumu i brzine svjetlosti u prozirnom materijalu i ϕ je ugao između svjetlosne zrake i normale na graničnu površinu.

U slučaju da svjetlost prelazi iz medija sa većim n u medij sa manjim n (npr. voda - zrak), iznad određenog upadnog ugla svjetlosna zraka neće proći kroz medij sa manjim n i potpuno će se odbiti nazad u medij sa većim n. Minimalni ugao kod kojeg dolazi do totalne refleksije se naziva kritični ugao refleksije i dobija se iz prethodne formule uz uslov da je ϕ2=90°:

sin ϕc=n2

n1. [2]

Svjetlosna zraka će se u potpunosti odbiti pri svim upadnim uglovima koji su veći od ϕc. [2]

Na slici 5. je prikazana putanja svjetlosne zrake u optičkom vlaknu sa prihvatnim konusom. Zrake koje u vlakno ulaze pod uglom izvan prihvatnog konusa, ne mogu se u potpunosti prenijeti kroz vlakno i na kraju će se izgubiti. [2]

4

Slika 5. Prijenos zrake kroz optičko vlakno [4]

3. Optička vlaknaU osnovi, optičko vlakno je cilindar od prozirnog dielektričnog materijala, okružen drugim dielektričnim materijalom sa nižim indeksom prelamanja, odnosno omotačem. U praksi se obično zahtijeva i treći zaštitni sloj.

Slika 6. Tipično optičko vlakno [3]

U procesu izrade, jezgra i omotač se izrađuju kao jedno tijelo s tim da postoje razlike u sastavu i indeksu loma. Proces izrade je hemijski kontroliran proces i jezgra se obično izrađuje s 0,5 – 2% većim indeksom loma od omotača. Treći sloj je drugi omotač koji ne smije biti optički vodljiv. Zaštitini omotač obično se izrađuje od visokoperformirane plastike (PVC), višeslojnih polimera i tvrdih neporoznih elastomera. Prilikom spajanja na konektore taj dio se uklanja. Promjer vanjskog zaštitnog plašta je obično 250µm i 900µm. Zaštitni omotač se naziva još i primarnim i nanosi se ekstruzijom nakon izvlačenja svjetlovoda. Postoji još i sekundarni omotač koji služi za dodatnu mehaničku zaštitu optičkog vlakna te za zaštitu od vlage i raznih hemikalija. Sastoji se od relativno debelog sloja neke plastične mase, koji se nanosi na vlakno s primarnom zaštitom tijesno ili labavo, s punjenjem posebnom masom ili bez punjenja. [7]

Jezgra i omotač mogu biti izrađeni tako da su oboje od silicijskog, kvarcnog stakla (SiO 2), oboje od višekomponentnog stakla koji je smjesa SiO2 s alkalnim i zemnoalkalnim oksidima, zatim jezgra može biti napravljena od kvarcnog stakla, a omotač od PSC – plastična masa ojačana silicijem. Također oboje mogu biti izrađeni od plastičnih masa – polimera. [7]

Materijali od kojih su izrađeni jezgra i omotač su od velikog značaja za provođenje svjetlosti, zato što bi eventualne nečistoće u materijalu uzrokovale raspršivanje svjetlosti u vlaknu i gubitke signala.

3.1. Modovi optičkih vlakana

Kako je tipičan model vođenja svjetlosti u jezgri vlakna putanja u obliku cik-cak linije, svaka cik-cak konfiguracija ima određeni ugao ϕ koji predstavlja „mod“. Broj modova u vlaknu je u vezi sa poluprečnikom jezgre i NA vlakna, pri čemu NA predstavlja maksimalni ugao prihvatnog konusa. Parametar V se koristi za određivanje broja modova u vlaknu i dat je izrazom

V=2 παλ

NA [8]

5

gdje λ označava talasnu dužinu svjetlosti i α je poluprečnik vlakna. Kada je V<2.4, postojat će samo jedan mod. Ova vrsta vlakna se naziva jednomodno vlakno. Kada je V>2.4, postojat će više modova u vlaknu, i u tom slučaju se radi o višemodnom vlaknu.[8]

Broj modova višemodnog vlakna se može izračunati na osnovu izraza

M=V 2

2 . [8]

Tipično višemodno vlakno se sastoji od više stotina modova. I jednomodna i višemodna vlakna se koriste za senzore sa optičkim vlaknima. Općenito, jednomodno vlakno može imati veći odnos signal-šum, dok višemodna vlakna mogu imati veću efikasnost dovođenja svjetlosti. [8]

Kako je pomenuto ranije, svjetlost se može ograničiti na područje jezgre totalnom unutrašnjom refleksijom. Međutim, kada se vlakna savijaju, ograničene zrake svjetlosti mogu izaći iz vlakna, kao rezultat dvije vrste gubitaka. Kao prvo, kod višemodnih vlakana broj modova se smanjuje u funkciji poluprečnika savijanja i drugo, savijena vlakna ima gubitak elektromagnetnog zračenja zbog razlika u brzini provođenja svjetlosti. Kako je ovaj dio zrake svjetlosti koji je izgubljen osjetljiv na uslove savijanja (npr. na poluprečnik savijanja), ovaj efekat makrosavijanja se također koristi kod senzora sa optičkim vlaknima.

3.2. Podjela optičkih vlakana

Kod podjele optičkih vlakana, potrebno je napraviti razliku između vlakana sa step-indeksom i vlakana sa gradijentnim indeksom. Vlakna sa step-indeksom imaju konstantan profil indeksa kroz čitavu površinu poprečnog presjeka vlakna, dok vlakna s gradijentnim indeksom imaju nelinearan, kružno simetričan profil indeksa koji opada od centra vlakna prema krajevima.

Na slici 7. su predstavljene vrste optičkih vlakana u zavisnosti od broja modova i indeksa loma.

6

Slika 7. Različite vrste optičkih vlakana [5]

Optička vlakna sa primjenom na detektovanje se koriste za razmjenu podataka sa senzorom ili se samo vlakno koristi kao senzor za obezbjeđivanje stalnog nadgledanja fizičkih, hemijskih i bioloških promjena na posmatranom predmetu.

7

4. Senzori sa optičkim vlaknimaKada se optičko vlakno izloži smetnji bilo koje vrste, ono detektuje geometrijske (veličina, oblik) i optičke (indeks loma, konverzija moda) promjene u većoj ili manjoj mjeri u zavisnosti od prirode i veličine smetnje. U primjenama na računarske mreže, teži se ka smanjivanju ovih efekata, da bi prijenos signala i prijem signala bio pouzdaniji. S druge strane, kod senzora sa optičkim vlaknima, odgovor na vanjske uticaje je značajno pojačan tako da se rezultujuća promjena u optičkom zračenju može koristiti kao mjera vanjske smetnje.

Kod računarskih mreža, signal koji prolazi kroz vlakno je već moduliran, dok se kod detektovanja vlakno ponaša kao modulator. Također služi kao pretvarač i pretvara podatke mjerenja, npr. temperaturu, napone, naprezanje, rotaciju ili električne veličine u odgovarajuću promjenu u optičkom zračenju. Kako se svjetlost opisuje amplitudom (intenzitetom), fazom, frekvencijom i polarizacijom, jedan ili više od ovih parametara se može podvrgnuti promjeni. Dakle, funkcionalnost senzora sa optičkim vlaknima zavisi od jačine ove promjene i ljudske sposobnosti za pouzdano i tačno mjerenje i očitavanje istih. [9]

Slika 8. Senzori sa optičkim vlaknima [10]

Opšti blok dijagram senzora sa optičkim vlaknima je prikazan na slici 9. Blok dijagram se sastoji od optičkog izvora (dioda koja emituje svjetlost, laser ili laser dioda), optičko vlakno, detektujući element i uređaji za završno procesuiranje.

8

Slika 9. Blok dijagram senzora sa optičkim vlaknima [10]

Upotreba senzora baziranih na optičkim vlaknima je tehnologija koja je posljednjih 40 godina u stalnom razvoju i očekuje se njeno napredovanje u bliskoj budućnosti. Optička detekcija i prijenos signala imaju nekoliko prednosti nad konvencionalnim električnim izlaznim transduktorima i prijenosu električnog signala. Njihove prednosti su sljedeće:

1. Neelektrični su (optička vlakna su otporna na elektromagnetnu i radiofrekventnu interferenciju).

2. Otporni su na eksploziju.

3. Imaju visoku tačnost.

4. Mala veličina (i vlakna i spojeni senzori mogu biti veoma malih veličina, pa su primjenjivi i na veoma malim, ograničenim prostorima sa minimalno opterećenja i uticaja interferencije).

5. Velik kapacitet i jasan signal.

6. Mogu se jednostavno spojiti sa sistemima računarskih mreža.

7. Sposobnost multipleksiranja (brojni signali se mogu simultano prenositi i na taj način se omogućava da jedno vlakno prati više tačaka duž čitave svoje dužine ili da prati nekoliko različitih parametara). [2]

Većina fizičkih osobina se može pratiti senzorima sa optičkim vlaknima. Intenzitet svjetlosti, pomjeranje, pritisak, temperatura, naprezanje, tok, magnetna i električna polja, hemijski sastav i vibracije su neke od osobina za koje su razvijeni senzori sa optičkim vlaknima.

5. Klasifikacija senzora sa optičkim vlaknimaKlasifikacija senzora sa optičkim vlaknima se može izvršiti na osnovu mjesta detektovanja i principa rada.

5.1. Podjela senzora na osnovu mjesta detektovanja

Na osnovu mjesta detektovanja, mogu se podijeliti u dvije opšte kategorije:

unutrašnji (intrinzični) vanjski (ekstrinzični).

9

Slika 10. Dva različita tipa senzora sa optičkim vlaknima [6]

Kod unutrašnjih senzora, detektovanje se vrši unutar samog vlakna, dok kod vanjskih senzora mjerenje vrši prevlaka ili uređaj na vrhu vlakna. Slika 9. pokazuje šematske dijagrame ova dva tipa senzora. [2]

Pretvaranje vanjske smetnje u modulaciju svjetlosne zrake koja prolazi kroz vlakno, kod unutrašnjih tipova senzora sa optičkim vlaknima zavisi od osobina samog optičkog vlakna. Jedna od fizičkih osobina svjetlosnog signala može biti u obliku frekvencije, faze, polarizacije ili intenziteta. Najčešće korištena karakteristika unutrašnjih senzora sa optičkim vlaknima je ta da omogućavaju detektovanje na velikim udaljenostima.

Kod vanjskog tipa senzora, vlakno se može koristiti kao prenosnik podataka do crne kutije. Zatim se stvara svjetlosni signal u zavisnosti od podatka koji je stigao u crnu kutiju. Crna kutija može biti napravljena na principu ogledala, gas ili bilo kojih drugih mehanizama koji proizvode optički signal. Ovi senzori se koriste za mjerenje rotacije, brzine vibracije, pomjeranja, uvijanja, obrtnog momenta i ubrzanja. Najbolji primjer ovog senzora je mjerenje unutrašnje temperature mlaznog motora aviona gdje se koristi vlakno za prijenos radijacije u radijacijski pirometar, koji je smješten izvan motora. Na sličan način, ovi senzori se također mogu koristiti i za mjerenje unutrašnje temperature transformatora. Ovi senzori obezbjeđuju odličnu zaštitu signala mjerenja od šumova.

5.2. Podjela senzora na osnovu principa rada

U zavisnosti od principa rada, optički senzori sa vlaknima se dijele na

fazno modulirane, intenzitetno modulirane.

Fazno modulirani senzori se koriste za pretvaranje emitovane svjetlosti u informacioni signal. Ovi senzori porede fazu svjetlosti u detektujućem vlaknu sa referentnim vlaknom u uređaju koji se naziva interferometar. Kada svjetlosna zraka prođe kroz interferometar, svjetlost se razdvaja na dvije zrake, pri čemu je jedna zraka izložena detektujućoj okolini, a druga zraka je izolirana od detektujuće okoline i predstavlja referentnu zraku. Kada se ove dvije zrake opet spoje, međusobno se interferiraju. Fazna razlika se može mjeriti sa ekstremnom osjetljivošću.

10

Slika 11. Michelson-ov interferometar [11]

Slika 12. Mach-Zehnder-ov interferometar [11]

Na slikama 11. i 12. su prikazani neki od najčešćih interferometara: Michelson-ov i Mach-Zehnder-ov interferometar.

Intenzitetno modulirani senzori zahtijevaju više svjetlosti i ovi senzori koriste višemodna vlakna sa velikom jezgrom. Slika 13. pokazuje kako jačina svjetlosti funkcioniše kao parametar detektovanja, kao i kako ovaj raspored omogućava vlaknu da radi kao senzor vibracija. Kod intenzitetno moduliranih senzora, smetnja uzrokuje promjenu u intenzitetu primljene svjetlosti, koja je u funkciji od pojave koja se mjeri. [2]

Slika 13. Intenzitetno modulirani senzor [10]

Ovi senzori imaju mnoga ograničenja usljed promjenjivih gubitaka u sistemu. Ovi promjenjivi gubici uključuju gubitke usljed spojeva, gubitke mikro i makro savijanja, i dr.[10]

11

Međutim, intenzitetno modulirani senzori su jednostavniji, ekonomičniji i imaju prošireniju primjenu, tako da će se u nastavku govoriti više o ovom tipu senzora. Ukratko će se objasniti primjena ovih senzora na nekim mehaničkim mjerenjima.[2]

12

6. Senzori sa optičkim vlaknima za mjerenje pomjeranjaDva koncepta optičkih senzora koji imaju široku upotrebu su reflektivni i koncept mikrosavijanja. Oba koncepta detektuju pomjeranje, ali se mogu koristiti i za druga mjerenja ako je objekat koji se mjeri napravljen tako da vrši pomjeranje. [2]

Slika 14. Reflektivni senzor pomjeranja [13]

Slika 14. prikazuje osnovni koncept reflektivnog senzora pomjeranja. Kod reflektivnog senzora, koristi se par ili dva snopa vlakana. Jedan snop se koristi za prenos svjetlosti do reflektujućeg objekta, dok drugi sakuplja reflektovanu svjetlost i prenosi je do detektora. Bilo koje kretanje ili pomak reflektujućeg objekta može uticati na reflektovanu svjetlost koja se prenosi do detektora. Zabilježeni intenzitet reflektovane svjetlosti zavisi od udaljenosti reflektujućeg objekta od optičke sonde. [2]

Jednostavni reflektivni senzori pomjeranja imaju ograničen dinamički raspon od oko 0,2 in. Ovo se može poboljšati korištenjem sistema sočiva (prikazanog šematski na slici 14.) do 5 ili više inča. Nedostaci ovog tipa senzora su u tome što su osjetljivi na orijentaciju reflektujuće površine i na zaprljanosti reflektujuće površine. [2]

Microbending predstavlja još jednu atraktivnu i široko korištenu tehnologiju kod optičkih senzora sa vlaknima. Ako se vlakno savije kao što je prikazano na slici 15., dio zahvaćene svjetlosti se gubi kroz zid vlakna. Količina svjetlosti koju prima detektor, u poređenju sa izvorom svjetlosti, je mjera fizičke osobine koja utiče na pregib. Mikrosavijanje se također može koristiti za mjerenje pomjeranja (ili naprezanja). [2]

Slika 15. Mikrosavijanje [1]

13

Slika 16. Fiber-optički senzor pomjeranja [17]

7. Senzori sa optičkim vlaknima za mjerenje temperatureKod mjerenja temperature koristi se nekoliko koncepata detekcije pomoću optičkih vlakana. Oni uključuju reflektivne, mikrosavijanje, unutrašnje i druge intenzitetno i fazno modulirane koncepte. Ovdje su ukratko opisani neki od najčešćih senzora. Kod jedne vrste reflektivnog senzora, prikazane na slici 17., pomjeranje bimetalnog elementa se koristi kao indikacija varijacije temperature. Ovi tipovi senzora se koriste i kao termički prekidači i kao analogni senzori. [2]

Slika 17. Reflektivni fiber-optički pretvarač sa bimetalnim elementom [14]

Aktivni detektujući materijali, kao što su tečni kristali, poluprovodnički materijali, fluorescentni materijali i drugi materijali kod kojih se može mijenjati spektralni odgovor, mogu se smjestiti na optički put temperaturne sonde kako bi se poboljšalo detektovanje. Optički senzor sa vlaknima koji koristi fluorescentni materijal za emitovanje svjetlosti u funkciji od temperature je prikazan na slici 18. [2]

14

Slika 18. Dio fluorescentnog senzora [2]

Vrh vlakna je presvučen fosfornim slojem i poklopljen kapsulom. Ulazna ultraljubičasta (UV) svjetlost pobuđuje fosfor, koji emituje svjetlost u vidljivom spektru. Vidljiva svjetlost se vodi nazad do elektro-optičkog dijela putem istog vlakna. Ulazne i izlazne zrake svjetlosti se razdvajaju pomoću tzv. razdvajača i zatim se mjeri njihov intenzitet. Odnos intenziteta dvije zrake je u funkciji od temperature fosfora. Raspon rada ove vrste senzora je -50° do iznad 250°C sa tačnošću većom od 1°C. Mali fluorescentni uređaji za mjerenje temperature mogu imati tačnost od ±0.1°C i vrijeme odziva 25 ms. [2]

Za mjerenje temperature se također koristi koncept mikrosavijanja. Koristeći se termalnim širenjem komponente strukture, senzor može mjeriti temperaturu mijenjanjem radijusa savijanja vlakna sa temperaturom. Ovo utiče na amplitudu prenešene svjetlosti.

Slika 19. Mikrosavijanje kod mjerenja temperature

Svi materijali emituju termalno zračenje u funkciji od njihovih temperaturnih i površinskih osobina. Svjetlost koja zrači sa površine (što predstavlja temperaturu površine) se može skupiti i mjeriti optičkim senzorom koji se naziva crno tijelo (blackbody) optički senzor sa vlaknima. Ovi senzori koriste silikonska ili keramička (safirna) vlakna, kod kojih je vrh vlakna presvučen plemenitim metalom za skupljanje svjetlosti. Ovi senzori imaju raspon od 500 do 2000°C. Optički senzori sa vlaknima koji rade na principu interferometra, koristeći ogledala na kraju jednomodnog vlakna imaju raspon od -200°C do 1050°C.[2]

Slika 20. Mjerenje temperature fiber-optičkim senzorom [15]

15

Slika 21. Fiber-optički senzor za mjerenje temperature [17]

8. Senzori sa optičkim vlaknima za mjerenje pritiskaPri konstrukciji optičkih senzora za mjerenje pritiska korišteno je nekoliko koncepata optičkih senzora sa vlaknima, koji su pokazali visoku tačnost. Slika 22. prikazuje optički senzor pritiska koji podešava intenzitet svjetlosti koja se prenosi kroz vlakno, kretanjem poklopca. Poklopac pokreće dijafragma koja detektuje pritisak.[2]

Slika 22. Transmisivni fiber-optički senzor za mjerenje pritiska [2]

Reflektivni koncept se također koristi u konstrukciji optičkih senzora pritiska. Slika 23. prikazuje primjenu ovog koncepta u pretvaraču sa dijafragmom za detekciju pritiska. Promjena položaja dijafragme mijenja količinu svjetlosti koja se reflektuje u vlakno, što je pokazatelj detektovanog pritiska.

Slika 23. Reflektivni fiber-optički senzor pritiska[16]

16

Slika 24. Fiber-optički senzor za mjerenje pritiska [17]

9. Primjene senzora sa optičkim vlaknimaOptički senzori sa vlaknima su našli primjenu u praktično svakoj oblasti, uključujući mjerenje naprezanja i temperature kod kompleksnih konstrukcija, biomedicinsko, hemijsko i okolišno detektovanje, i mjerenje električne struje i napona.

Neke od specifičnih primjena su:

Mjerenje fizičkih osobina kao što su: naprezanje, pomjeranje, temperatura, pritisak, brzina i ubrzanje u konstrukcijama bilo kojeg oblika i veličine.

Nadgledanje stanja konstrukcija. Zgrade i mostovi: kontrola pukotina (dužina, brzina širenja), kontrola prenaprezanja,

mjerenje prostornog pomjeranja, kontrola deformacija (puzanje i sabijanje), procjena štete nakon zemljotresa, itd.

Brane: Nadgledanje temelja, mjerenje prostornog pomjeranja, kontrola curenja, kontrola raspodjele temperature.

Stare građevine: kontrola pomjeranja, analiza pukotina, procjena štete nakon zemljotresa, nadgledanje restauracije, itd.

Biometrija: Prepoznavanje otiska prsta, lica, očiju korištenjem optičkih senzora. Mjerenje opterećenja na točkovima vozila: Korišteno vlakno ima jedinstven dizajn sa

dva koncentrična regiona vođenja svjetlosti sa različitom efektivnom optičkom putanjom svjetlosti, koji ima mogućnost direktnog mjerenja veličine i lokacija sila koje djeluju na više tačaka duž vlakna.

17

Slika 25. Kontrola širenja pukotine u crkvi Gandria iz 17. stoljeća u Švicarskoj [12]

Slika 26. Visokobrzinski voz opremljen uređajem sa optičkim vlaknima za mjerenje kontaktne sile [12]

Slika 27. Kontrola elise helikoptera [19]

18

10. ZaključakČak i prije nego što su optička vlakna našla svoju primjenu u telekomunikacijama, ova tehnologija je mnogo obećavala u oblastima industrijskog i okolišnog detektovanja. Decenije istraživanja su omogućile razvoj sigurnih i preciznih mjernih instrumenata na bazi optičkih vlakana. Zaista, senzori sa optičkim vlaknima danas nalaze široku primjenu, od željeznica, tunela i mostova do industrijskih peći i sistema upravljanja otpadom.

Tehnologija senzora sa optičkim vlaknima se i dalje ubrzano razvija i širi, zahvaljujući novim primjenama ovih tehnologija koje se istražuju već nekoliko godina. Međutim, stalno tehnološko napredovanje u različitim oblastima postavlja nove izazove za razvoj pouzdanih sistema sa fiber-optičkim vlaknima i uređaja visokih performansi. Istraživanje i razvoj novih materijala, kao što su poluprovodnički polimeri, stvaraju mogućnost razvoja novih optoelektronskih uređaja, kao što su sistemi senzora i njihova implementacija sa optičkim vlaknima.

19

Literatura:

[1] http://iats09.karabuk.edu.tr/press/pro/02_KeynoteAddress.pdf (dostupno 15.05.2009.)

[2] Anthony J. Wheeler; Ahmad R. Ganji (2010) Introduction to Engineering Experimentation, 3rd ed. ISBN 978-0-13-174276-5

[3] http://cdn.intechopen.com/pdfs/29100.pdf (dostupno 22.02.2012.)

[4] http://www.fiberoptic.institute/fiber-optic-guide/ (dostupno 11.2014.)

[5] https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0e/Optical_fiber_types.svg

[6] http://www.wikid.eu/images/8/87/In_vs_Extrinsic.gif

[7] http://spvp.zesoi.fer.hr/seminari/2005/MarasovicJosko_Svjetlovodi.pdf (dostupno 04.2005.)[8] Stuart (Shizhuo) Yin; Paul Ruffin (2006) Wiley Encyclopedia of Biomedical Engineering: Fiber Optic Sensors

[9] Bahareh Gholamzadeh; Hooman Nabovati (2008) Fiber Optic Sensors, International Journal of Electrical, Computer, Energetic, Electronic and Communication Engineering Vol.2

[10] https://www.elprocus.com/diffrent-types-of-fiber-optic-sensors/

[11] http://www.mdpi.com/1424-8220/14/9/15914/htm (dostupno 28.08.2014.)

[12] Brian Culshaw (2005) Fiber-Optic Sensors: Applications and Advances, OSA Publishing

[13] https://www.researchgate.net/figure/270816179_fig1_Fig-1-Fiber-optic-angular-displacement-sensor (dostupno 12.2014.)

[14] http://handbitedu.blogspot.ba/search/label/Sensors?updated-max=2013-04-10T23:59:00-07:00&max-results=20&start=5&by-date=false

[15] https://www.photon-control.com/optical-temperature-sensors.html

[16] http://www.slideshare.net/sherifghoname/biomedical-optical-sensor (dostupno 17.12.2013.)

[17] https://opsenssolutions.com/products/fiber-optic-point-sensors-pressure-temperature/

[18] http://remee.com/products.php?slug=fiber-optic-cables

[19] http://www.technobis.com/files/5014/2485/1387/TFT_APPNOTE_-_Helicopter_Blade_Monitoring_V4.pdf

[20]http://www.digitaltrends.com/computing/politics-western-massachusetts-fiber-optic-mess/ (dostupno 26.04.2016.)

20

[21] Dhiraj Ahuja; Deepa Parande (2012) Optical sensors and their applications, ISSN 2277 0690, Journal of Scientific Research and Reviews Vol. 1

21