Оптоволоконный анализатор

 

Оптоволоконные анализаторы (оптроны и фибродатчики)

В основе их работы лежит явление распространения электромагнитного излучения по оптическому волокну. Если послать луч света на границу 2-х прозрачных тел, то можно наблюдать явление преломления.

 

Рис. 31.

 

Если имеет место обратная ситуация, то можно подобрать такое значение угла падения α, при котором луч будет двигаться по поверхности раздела 2-х сред

 

Рис. 32.

 

При больших значениях угла падения луч никогда не покинет прозрачную среду с коэффициентом дифракции n1. Это явление называют явлением полного внутреннего отражения. Оно используется для передачи электромагнитных излучений, а также изображений на значительном расстоянии.

 

Для этого используют световоды, которые представляют собой нити от нескольких микрон до 1 мм в диаметре. Изготавливают из стекла, кварца или полимеров. Они имеют 2 слоя: центральный слой и внешний стержень. Причем коэффициент преломления среды составляет внутреннюю центральную часть световода больше, чем коэффициент дифракции внешней части. Это и обеспечивает возможность передачи по световоду по электромагнитному излучению с минимальными потерями.

Оптические волокна находят применение, например, в эндоскопии, в системе связи, а в последние годы их используют для создания катеторных оптоволоконных анализаторов. В сочетании с оптоволокном часто используют различные оптические эффекты: фосфоресценция, флюоресценция, поглощение, отражение электромагнитного излучения.

 

Рис. 32.

 

 

На рисунке 32 показан фосфоресцентный оптоволоконный анализатор. Он имеет световод (1), на конце которого имеется слой фосфоресцирующего вещества (2), покрытый пористым защитным слоем (3). Сущность его работы состоит в том, что под действием некоторых веществ, интенсивность фосфоресценции уменьшается. Это измеряется с помощью фотодиода (4), усилителя (5) и УООИ (6). Покрытие (3) является проницательным элементом. Такие анализаторы в своей оптической части, как правило, является устройствами однократного применения.

 

Рис. 33.

 

 

рис 33 - флуоресцентный оптоволоконный анализатор. Здесь на конце оптического волокна (1) размещен слой реагента (2), который через полупроницаемую мембрану (3) диффундирует определяемый компонент (4) в результате этого взаимодействия компонента с реагентом (обратимого или необратимого возникает вещество, которое способно светиться (люминесцировать) под действием УФИ). УФИ поступает из ИИ (5)через полупрозрачное окно в зеркало (6) в оптоволокно и далее через окно (10) в область расположения реагента. Возникающее свечение, обычно видимой части спектра, отводится по этому же волокну и через полупрозрачное зеркало поступает к фотоприемнику (7).

 

Рис. 34.

 

Схема на рисунке 34 - это 2-х световодный фотоколориметрический оптоволоконный анализатор. В данном анализаторе в защитном кожухе (1) расположены два световода (5 и 6). На конце оптических волокон расположены реакционный слой (2), который диффундирует определяемый компонент через полупроницаемый мембрану (3). В результате реакции изменяется интенсивность окраски реагентов, что измеряется на определенной выбранной длине волны. Излучение поступает от источника (7) в световод (5), а излучение отводится по световоду (6) к фотодиоду (8).

 

 

Рис. 35.

 

 

Схема на рисунке 35 отличается от 34 тем, что здесь в световод поочередно могут посылаться электромагнитные импульсы от 2-х световодов (7) на разных длинах волн, что позволяет с помощью фотодиода (8) поочередно воспринимать сигналы, несущие информацию от 2-х компонентов среды.