Ein faseroptischer Sensor ist eine Technologie, die Licht verwendet, um Analysen physikalischer Eigenschaften in Fernerkundungsanwendungen durchzuführen. Intrinsische Sensoren verwenden die Glasfaser selbst als Sensorelement, während externe Sensoren Glasfaserkabel verwenden, um Lichtinformationen von einem entfernten Sensor an elektronische Prozessoren zu übertragen. Licht kann verwendet werden, um Veränderungen in vielen physikalischen und chemischen Materialeigenschaften zu erkennen und Faktoren wie Temperatur, Druck oder Vibration zu analysieren. Diese Sensoren arbeiten in verschiedenen industriellen und wissenschaftlichen Kontexten, wie zum Beispiel bei der Bohrlochmessung von Ölquellen oder als Hydrophone für Sonar- und seismische Anwendungen. Leichte Faseroptik besitzt viele inhärente Vorteile gegenüber früheren Technologien, einschließlich kleiner, leichter Abmessungen, elektromagnetischer Beständigkeit, Haltbarkeit und sofortiger und genauer Übertragung von Informationen.
Optische Fasern leiten Licht von Quellen wie Lasern oder Leuchtdioden (LED) durch zylindrische dielektrische Wellenleiter. Diese Fasern ermöglichen eine wellenförmige Reflexion des Lichts mit minimalem Verlust auch über große Entfernungen. Die Faser besteht aus einem dielektrischen Kern, der von einer Mantelschicht umgeben und von einem Mantel umhüllt ist; diese Fasern können zu dickeren Kabeln gebündelt werden. Ein faseroptischer Sensor bietet eine robuste Leistung unter extremen Bedingungen, die eine direkte Beobachtung verbieten; Dazu können gefährliche und abgelegene Bereiche gehören, wie z. B. in Motoren oder explosive und korrosive Umgebungen.
Intrinsische Sensoren können den Materialfluss durch Lücken von bis zu einem Meter im Strahlengang messen. Dieses Material nimmt bestimmte Änderungen an der Lichtqualität vor, die dann wichtige Informationen für die Analyse liefern können. Variationen der optischen Weglänge ermöglichen Messungen von Intensität, Polarisation, Phase und anderen Wellenlängeneigenschaften des Lichts. Der faseroptische Sensor propagiert die modulierten Umgebungseffekte mithilfe von Lichtquellen und Detektoren. Zusätzliche Messwerte wie Dehnung, Temperatur und Viskosität sind möglich.
Optische und elektronische Sensoren können auch optische Fasern verwenden, um Informationen zu elektronischen Prozessoren zu übertragen. Diese extrinsischen Sensoren können speziell für bestimmte raue Bedingungen entwickelt werden: zum Beispiel das Lesen von Temperaturen in Triebwerken und Transformatoren, bei denen Hitze oder elektromagnetische Felder andere Messmethoden verbieten. Ein extrinsischer faseroptischer Sensor verwendet typischerweise eine Multimode-Faser, die mehrere Wellenlängen oder Lichtstrahlen für eine komplexere Informationsübertragung zulassen kann. Informationen von einem elektronischen Sensor werden durch einen optischen Sender umgewandelt und über optische Leitungen zu seiner Zielbasis übertragen.
Der einfachste Typ eines faseroptischen Sensors ist als intensiver Typ bekannt; es misst die Intensitätsmodulation. Spektralsensoren messen durch einen Umgebungseffekt moduliertes Licht und werden verwendet, um Informationen über Lichteigenschaften wie Strahlung, Fluoreszenz und Absorption zu erfassen. Interferometrische Sensoren fungieren als faseroptische Festkörperkreisel in der Luft- und Raumfahrt, Navigation und im Bergbau. Im medizinischen Bereich werden faseroptische Sensoren verwendet, um Blutgas- und Dosierungsinformationen zu erhalten; Diese passiven Sensoren sind kostengünstig, massenproduziert und scheinen keine negativen Auswirkungen für Patienten zu haben. Faseroptische intelligente Strukturen werden in hergestellte Materialien und großräumige Strukturen wie Brücken und Dämme eingebettet; Anwendungen für bestehende und neue Technologien werden weiter entwickelt.