Tradycyjne sensory elektryczne wymagane są w wielu systemach akwizycji danych, jednakże każdemu kto pracował z takimi sensorami znane są kwestie filtrowania szumu, czułego okablowania czy potrzeba ekranowania. Kwestie te powodują bardzo wiele problemów z aplikacjami tych czujników w niektórych, skrajnych przypadkach.
W artykule tym opisano cztery pola aplikacji takich czujników, gdzie ogromnym wyzwaniem jest zachowanie niezawodności w niegościnnych warunkach, odporność na fizyczne czynniki zewnętrzne czy też znalezienie czujnika dostatecznie małego, aby sprostał wymaganiom projektowym. Tradycyjnie użytkowane sensory słabo sprawdzają się w tych przykładach, bądź nawet nie sprawdzają się w ogóle. Kwestia ta dotyka szerokiego zakresu zastosowań w przemyśle, energetyce, awiacji, nauce czy transporcie. Na szczęście istnieją czujniki innego typu - czujniki oparte o technikę światłowodową, które są w stanie zastąpić czujniki elektryczne na tych polach i zapewnić wymaganą odporność i niezawodność.
Wysokie pola elektromagnetyczne, interferencje i środowisko z wysokim napięciem pracy
Zakłócenia elektromagnetyczne (EMI) są jednymi z najczęstszych przyczyn błędów pomiarowych i awarii czujników elektrycznych. Sensory te w środowisku z wysokim EMI, takich jak okolice generatorów wysokiej mocy i wysokiej częstotliwości, silników czy innych źródeł prądu zmiennego, są szczególnie podatne na zakłócenia. W środowisku tym często także występuje wysokie napięcie które może uszkodzić sensory i układy pomiarowe. Filtrowanie i odpowiednia izolacja może zmniejszać ryzyko, jednakże nigdy do zera.
Czujniki światłowodowe natomiast odporne są zupełnie na te czynniki. Jako że są one pasywne elektrycznie i nieprzewodzące, wysokie pola elektryczne czy zakłócenia wysokiej częstotliwości są dla nich zupełnie nie odczuwalne. Np. można, za pomocą światłowodu, połączyć czujnik temperatury do uzwojeń silnika pod wysokim napięciem bądź transformatora i zupełnie nic złego się nie stanie.
Niegościnne i agresywne środowisko
W aplikacjach pracujących w niebezpiecznym środowisku ciężko jest aplikować tradycyjne sensory. Chemikalia czy wysoka wilgotność powodują szybką korozję i wymagają zabezpieczania czułych układów elektronicznych. Wystawianie sensorów przez które płynie prąd na działanie potencjalnie wybuchowych substancji jest najkrótszą drogą do katastrofy, czasami na ogromną skalę. Warunki takie obecne są w wielu środowiskach pomiarowych, np. w silnikach, zbiornikach, w przemyśle chemicznym czy po prostu w pomiarach na wolnym powietrzu.
Na szczęście światłowody są inertne chemicznie i elektrycznie pasywne. Oznacza to iż takie środowisko nie ma na nie w ogóle wpływu. Ponieważ sensory te nie przewodzą prądu mogą być stosowane w otoczeniu materiałów palnych i wybuchowych. Istnieją nawet światłowody odporne na promieniowanie, co pozwala używać ich w środowisku skażonym promieniotwórczo gdzie układy elektroniczne w ogóle nie przetrwałyby.
Okablowanie dalekozasięgowe
Kolejnym problemem z sensorami elektrycznymi, szczególnie tymi instalowanymi na znacznej powierzchni, jest konieczność prowadzenia długiego okablowania do układów pomiarowych. Takie okablowanie szybko staje się drogie i niepraktyczne, np. przy okablowaniu mostów czy pomiarach strukturalnych całych budynków.
Czujniki światłowodowe, szczególnie te z siatką Bragga (FBG), pozwalają znacznie zredukować objętość i wagę okablowania, ponieważ wiele sensorów może być podłączonych do jednego światłowodu. Sensory te także sprawdzają się na długich zasięgach, gdyż światłowody doskonale transportują sygnał na znaczne odległości, bez straty jego jakości.
Czujniki w ciasnych przestrzeniach
Kolejnym wyzwaniem dla klasycznych sensorów jest zmieszczenie ich w niewielkiej przestrzeni. Wymagają one okablowania i zajmują dużą objętość. Sensory światłowodowe natomiast mogą mieć szerokość zaledwie 0,15mm. Nie dość że czujniki światłowodowe można multipleksować na jednym 'kablu' to one same zajmują ekstremalnie niewielką przestrzeń, przez co tylko minimalnie wpływają na mierzony obiekt.
Przykładowe sensory światłowodowe
Aby zdobyć więcej informacji na temat czujników optycznych w aplikacjach firmy National Instruments odwiedźcie ni.com/opticalsensing lub pobierzcie E-kit.
Źródła:
http://zone.ni.com/devzone/cda/pub/p/id/1523metc=mt4psm
Fajne? Ranking DIY