تطوير وتطبيق جهاز استشعار درجة الحرارة بالألياف الضوئية

كل شيء في الطبيعة يرتبط ارتباطًا وثيقًا بدرجة الحرارة. منذ أن اخترع جاليليو مقياس الحرارة، بدأ الناس في استخدام درجة الحرارة لقياسها.
أجهزة استشعار درجة الحرارة هي أقدم أجهزة الاستشعار المتقدمة والأكثر استخدامًا. لكن المستشعر الذي يحول درجة الحرارة فعلاً إلى إشارة كهربائية، اخترعه الفيزيائي الألماني سايبي، وهو المستشعر المزدوج الحراري. وبعد 50 عامًا، اخترعت شركة سيمنز في ألمانيا مقياس حرارة المقاومة البلاتيني. وبدعم من تكنولوجيا أشباه الموصلات، طور هذا القرن مجموعة متنوعة من أجهزة استشعار درجة الحرارة بما في ذلك أجهزة استشعار المزدوجة الحرارية لأشباه الموصلات. في المقابل، واستنادًا إلى قانون التفاعل بين الموجات والمادة، تم تطوير أجهزة استشعار لدرجة الحرارة الصوتية وأجهزة استشعار للأشعة تحت الحمراء وأجهزة استشعار بالموجات الدقيقة.
منذ ظهور الألياف الضوئية في السبعينيات، ومع تطور تكنولوجيا الليزر، ثبت أن الألياف الضوئية تتمتع بسلسلة من المزايا من الناحية النظرية والتطبيقية. كما حظي تطبيق الألياف الضوئية في مجال تكنولوجيا الاستشعار باهتمام متزايد. مع تطور العلم والتكنولوجيا، ظهرت العديد من أجهزة استشعار درجة حرارة الألياف الضوئية، ومن المتوقع أنه في موجة الثورة التكنولوجية الجديدة، سيتم استخدام أجهزة استشعار درجة حرارة الألياف الضوئية على نطاق واسع وتلعب المزيد من الأدوار.
مبدأ العمل الأساسي لمستشعر درجة حرارة الألياف الضوئية هو أن الضوء من مصدر الضوء يتم إرساله إلى المغير من خلال الألياف الضوئية، وتتفاعل درجة حرارة المعلمة المراد قياسها مع الضوء الذي يدخل منطقة التعديل لإحداث خصائص بصرية الضوء (مثل شدة الضوء وطوله الموجي). التغيير في التردد، الطور، وما إلى ذلك، يسمى ضوء الإشارة المعدل. بعد إرسالها إلى الكاشف الضوئي من خلال الألياف الضوئية، بعد إزالة التشكيل، يتم الحصول على المعلمات المقاسة.
هناك أنواع عديدة من أجهزة استشعار درجة حرارة الألياف الضوئية، والتي يمكن تقسيمها إلى أنواع وظيفية وأنواع نقل وفقًا لمبادئ عملها. يقوم مستشعر درجة حرارة الألياف الضوئية الوظيفي بقياس درجة الحرارة باستخدام خصائص مختلفة (الطور، والاستقطاب، والكثافة، وما إلى ذلك) للألياف الضوئية كدالة لدرجة الحرارة. وعلى الرغم من أن هذه المستشعرات تتمتع بخاصية الإرسال والإحساس، إلا أنها تعمل أيضًا على زيادة الحساسية وإزالة التحسس.
تعمل ألياف مستشعر درجة حرارة الألياف من نوع الإرسال فقط كإرسال إشارة بصرية لتجنب البيئة المعقدة لمنطقة قياس درجة الحرارة. يتم تحقيق وظيفة التعديل للكائن المراد قياسه من خلال المكونات الحساسة للخصائص الفيزيائية الأخرى. تعاني مثل هذه المستشعرات، بسبب وجود الألياف الضوئية، من مشاكل في الاقتران البصري مع رأس الاستشعار، مما يزيد من تعقيد النظام، كما أنها حساسة للتداخلات مثل الاهتزاز الميكانيكي.
تم تطوير مجموعة متنوعة من أجهزة استشعار درجة حرارة الألياف الضوئية.
فيما يلي مقدمة موجزة لحالة البحث الخاصة بالعديد من أجهزة استشعار درجة حرارة الألياف الضوئية الرئيسية. من بينها أجهزة استشعار درجة حرارة تداخل الألياف الضوئية، وأجهزة استشعار درجة حرارة ألياف امتصاص أشباه الموصلات، وأجهزة استشعار درجة حرارة شبكة الألياف.
منذ بدايتها، تم استخدام مستشعرات درجة حرارة الألياف الضوئية في أنظمة الطاقة والبناء والصناعات الكيماوية والفضاء والطبية والبحرية، وحققت عددًا كبيرًا من نتائج التطبيقات الموثوقة. إن تطبيقه هو مجال صاعد وله آفاق تطوير واسعة جدًا. حتى الآن، كان هناك العديد من الأبحاث ذات الصلة في الداخل والخارج، على الرغم من حدوث تطورات كبيرة في الحساسية ونطاق القياس والدقة، لكنني أعتقد أنه مع تعميق البحث، وفقًا لغرض التطبيق المحدد، سيكون هناك المزيد والمزيد دقة أعلى، وهيكل أبسط، وتكلفة أقل، وحلول أكثر عملية، ومواصلة تعزيز تطوير أجهزة استشعار درجة الحرارة.