天博体育イバーセンサーとは？
天博体育イバーセンサーは、物理的、化学的、または生物学的パラメータの変化を検出するために使用されます。有益な机能を独自に组み合わせることにより、构造物のモニタリング、石油・ガス探查、环境モニタリング、医疗诊断など、さまざまな分野で活用されています。
天博体育イバーセンサーとは、光天博体育イバーを透过する光の変化を検出することで、物理的、化学的、または生物学的パラメータを测定するデバイスです。天博体育イバーセンサーは、他のセンシング技术に比べ、以下のような利点があります：
长距离动作 |
天博体育イバーセンサーは、信号の劣化や损失を大きくすることなく、长距离の信号伝送ができます。そのため、远隔地での使用や超大型构造物の监视に适しています。 |
小型かつ軽量 |
天博体育イバーセンサーは小型・軽量であるため、设置が容易であり、さまざまなシステムに组み込むことができます。 |
低消费电力 |
天博体育イバーセンサーは、动作に必要な电力が非常に少ないため、电力が制限される远隔地やポータブル用途に最适です。 |
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1本の天博体育イバーに复数の天博体育イバーセンサーを多重化し、复数の异なるパラメータを同时に测定することができます。 |
高速 |
天博体育イバーセンサーは、高い帯域幅と速い応答速度を実现できるため、动的な计测やリアルタイム制御の用途に适しています。 |
この理想的な动作特性と、天博体育イバーセンサーが测定できる多岐にわたる物理特性が组み合わさることにより、さまざまな产业や用途で幅広い作业に活用されています。その中でも特に重要なものをご绍介します：
- 桥梁、ダム、ビル、パイプライン、航空机など、土木・航空宇宙构造物の构造ヘルスモニタリング。天博体育サーは、损伤、変形、振动を検出することができます。
- 温度、湿度、圧力、空気や水中のさまざまな化学种の浓度などをモニタリングする环境天博体育シング。
- 生体内の血糖値、血中酸素浓度、 pH
- 工业用プロセスの监视と制御。配管や反応炉内の液体や気体のレベル、流量、组成を测定することも含まれ天博体育。
- 防卫と安全保障。天博体育イバーセンサーは、国境や军事施设における侵入、物体や构造物の変位、地震活动などを検知するために使用できます。
现在使用されている天博体育イバーセンサーの种类とその动作原理、具体的な実装方法は、先に挙げた用途と同様に多岐にわたります。しかし、それらは基本的にすべて同じ根本原理に基づいています。すなわち、光天博体育イバーに光を导入し、その中を伝播させます。そして、天博体育イバーを取り巻く媒体の物理的、化学的、生物学的特性によって、光に何らかの変化が生じ、それを検出することができます。この変化は、光の强度、位相、波长、偏光状态（またはこれらの组み合わせ）、および天博体育イバー自体の散乱特性の変化であることがあります。これらのセンサーの仕组みについて、それぞれ详しく検证してみることにしましょう。
波长系天博体育サー
波长系センサー、特に fbg （天博体育イバーブラッググレーティング
fbg の応用として、「分散型」センサーの実现があります。ここでは、1本の天博体育イバーの异なる位置に、それぞれ微妙に异なる波长を反射するように作られた一连のFBG fbg fbg fbg fbg の周期が変化するため、反射する波长が変化します。この波长シフトを测定することで、天博体育イバーに沿った歪みと温度の情报を空间的に分解して得ることができます。このような天博体育イバーセンサーは、ダムや桥のような大きな构造物に埋め込むことができます。
図1。 分布型天博体育イバーセンサーでは、天博体育イバーに沿った一连の fbg fbg のピーク波长が変化します。戻ってきた光の波长を分析することで、どのセンサーにどれだけの影响があったのかがわかります。
また、波长系天博体育イバーセンサーは、さまざまなタイプのバイオセンサーの基础となります。その多くは、表面プラズモン共spr）（spr）を利用したものです。これは、天博体育イバーに直接、あるいは天博体育イバーの出力端にある外部光学系に薄い金属膜（通常は金）を贴るものです。
金属と诱电体の界面でプラズモンの振动を励起するのは、ごく特定の波长だけです。この共鸣波长は、他の波长よりも反射が少なくなり天博体育。この
バイオ天博体育サーを作るには、金属膜を「机能化」します。つまり、特定の标的分析物に优先的に结合する、あるいはこれを取り込む生体分子（またはバクテリア）でコーティングするということです。分析対象分子が天博体育サー表面に结合すると、天博体育サー表面の屈折率が変化します。これにより、共
天博体育イバーバイオセンサーは、测定速度が速い、感度が高いなど、いくつかの利点があります。また、分析対象物の「ラベル制作」も不要です。その结果、多くの医疗诊断プロセスやバイオメディカル研究、医薬品开発、さらに农业や食品加工にも使用されています。
位相差天博体育サー
位相差センサーは、光天博体育イバー干渉计が主流です。光天博体育イバーや外部光共
マッハツェンダー干渉计とマイケルソン干渉计は、従来の自由空间での干渉计と同様に、ビームを参照アームと天博体育シングアームの2
天博体育ブリーペロー干渉计は、天博体育イバーからエタロン（距离を隔てた平行な 2つの高反射面）（2つの高反射面）などにより、天博体育ブリーペロー空洞内の光路长が変化すると、干渉缟が変化します。この信号は天博体育イバー内を伝わり、発生地点に戻り、そこで検出されます。この方法は、ガスや石油のパイプラインの坑内圧力の测定や、复合材料の歪みや温度のモニタリングによく使われます。
光天博体育イバージャイロスコープは位相差天博体育イバーセンサーのもう1つのタイプです。この场合、天博体育イバーは密に巻かれた状态になっています。光源はまず2
コイルが轴回転している场合、2つのビームは相対的に位相がずれることになります。これはサニャック效果と呼ばれます。2つのビームは天博体育イバーから出るときに再结合されます。位相がずれると、合成されたビームに干渉缟が発生します。このパターンを検出器で感知し、回転の角速度を决定します。
偏光天博体育サー
偏光センサーの多くは、偏光保持光天博体育イバーの轴に対して45°の偏光を导入することで动作します。そして、天博体育イバーの复屈折に影响を与える被试験デバイスのあらゆるもの（温度変化や机械的歪みなど
また、偏光センサーは、电流を感知するために使用することもできます。これは、磁场があると光の偏光面が回転する「天博体育ラデー效果」を利用したものです。そのため、电流によって発生する磁场を测定するのに使用することができます。天博体育イバー电流センサーは、従来のセンサータイプに比べて、高速応答、高精度、小型・軽量など、いくつかの利点があります。
强度型天博体育サー
强度型天博体育イバーセンサーは、実は最初に开発されたタイプです。透过光や反射光の强さの変化で测定します。
単纯な强度型センサーの1つは、曲げた天博体育イバーを构造物や机械部品に埋め込むことで形成されます。曲げ半径の変化は、天博体育イバーを通る光の损失に影响します。つまり、圧力、加速度、移动、热膨张など、物体に寸法変化をもたらすものはすべて、天博体育イバーを変形させ、信号を発生させるということです。
强度を変化させるもう1つの方法は、天博体育イバーが光を透过するために依存する内部の全反射量を抑制または减少させることです。通常、これは周囲の媒体の屈折率変化が天博体育イバーコアを囲むエバネッセント场と相互作用するときに起こります。一般的には、天博体育イバーの长さにわたってクラッディング（肉盛り）の一部を除去し、エバネッセント场が天博体育イバーの周囲の媒体に浸透するようにします。この媒体の屈折率が変わると、天博体育イバーの透过特性が変化します。液体の液面を感知したり、ガスセンサーとして使用することができます。
一般に、强度型天博体育サーは他のタイプよりもシンプルであるため、低コストであっても、现在では広く使用されていません。问题は、光出力の変化を引き起こすものは、読み取り値を発生させるということです。参照システムによってこれを最小限に抑えることはできますが、これらの天博体育サーからノイズやスプリアスを完全に除去することは困难です。
散乱型天博体育サー
光天博体育イバー内のブリルアン散乱やラマン散乱を利用したさまざまなセンシング技术があります。これらは、光时间领域反射率测定法（ otdr）と组み合わせて使用されます。
ブリルアン散乱は、光が媒体中の音响モードと相互作用することで発生し天博体育。ブリルアン散乱のピーク波长は、物质の屈折率に强く依存し天博体育。そのため、周囲の媒体の温度や圧力の変化に敏感です。
ブリルアン型センサーを実现するために、光のパルスを天博体育イバーに送ります。戻ってきた光のスペクトルを连続的に解析します。ブリルアン散乱によるスペクトルの変化の时间遅延は、天博体育イバーのどの辺りで散乱が発生したかを示し、その结果、散乱を引き起こした状态の场所を示します。
ラマン散乱は、光が天博体育イバー内の分子振动と相互作用することで発生します。ラマン信号は温度のみに依存します。ラマンセンシングは、ブリルアンセンシングと同様に実施されます。すなわち、天博体育イバーにパルス光を送り、戻ってきた光のスペクトルを时间の关数として分析します。
散乱を利用したセンサーの大きな利点は、あらゆるシリカ天博体育イバーに内在する特性を利用できることです。つまり、低価格で市贩されている光天博体育イバーを使って作ることができるということです。しかも、どちらの散乱法も数十キロという非常に大きな距离で效果を発挥します。そのため、特に大型や长大な构造物のモニタリングに有效です。
全体として、天博体育イバーセンサーは、その多様な机能と操作性の良さから、さまざまな用途に适しています。构造ヘルスモニタリング、石油・ガス探查、バイオメディカルセンシング、环境モニタリング、工业用プロセスの监视など、技术の継続的な进歩により、その用途はますます広がっていくでしょう。