New-Tech Magazine | May 2018 | Special Edition - New-Tech 2018 Exhibition

עקב חוסר אחידות מובנה בזכוכית הסיב. זהו אותו מנגנון האחראי לכך שהשמיים ביום בהיר נראים לנו כחולים. זהו המנגנון השכיח ביותר בחיישנים אקוסטיים, אולם הוא משמש גם במדידות מעוות מכאני, טמפרטורה, והפסדים לאורך הסיב. ) Raman scattering פיזור ראמאן ( נובע מתנודות של מולקולות הזכוכית, ' למדידות 80 - והוא משמש מאז שנות ה טמפרטורה. ) Brillouin scattering פיזור ברילואן ( מתרחש עקב גלי קול בתדרים אולטרה- סוניים המצויים באופן טבעי בליבה של הסיב. טכנולוגית החישה על-בסיס מנגנון זה היא השכיחה ביותר במדידות טמפרטורה ומעוות מכאני. ארחיב מעט על השימוש בחיישנים מסוג זה. חיישנים סיב-אופטיים מפולגים על- בסיס פיזור ברילואן עושים שימוש בסיבי תקשורת סטנדרטיים. דיוק המדידה מגיע לחלקי מעלת צלסיוס בחישת טמפרטורה, ולזיהוי התארכות יחסית של הסיב חלקים למיליון. מוצרים 10 בשיעור של מסחריים מספקים כיום טווח מדידה של ק"מ, וניסויי מעבדה הדגימו מדידות 100 ק"מ. הרזולוציה 300 - לאורך למעלה מ המרחבית של ציוד סטנדרטי הינה כמטר אחד, ואולם בספרות המדעית מדווחות 800 מדידות ברזולוציה מרחבית של מיקרון לאורך מקטעים מוגבלים. חיישני ברילואן שכיחים ביותר בקידוחי נפט וגז, מכרות, צינורות ארוכים להובלת נפט, גז ומים, בתחנות להפקת חשמל מאנרגית רוח, בכבלי מתח גבוה ועוד. חישה כימית וביולוגית מהודי סיב בתצורה של סלילים קטנים ) מעוררים עניין, microcoil resonator ( מאחר ותגובת התדר שלהם כוללת תדרי תהודה ברוחב ספקטרלי צר ביותר עד כדי ) בודדים. ערכו pico - meters פיקו-מטרים ( המדויק של תדר התהודה מושפע ממקדם השבירה של התווך בו מצוי ההתקן. מקדם השבירה, בתורו, עשוי להשתנות עקב נוכחות חומרי עניין כימיים או ביולוגיים. משום הרוחב הספקטרלי הצר של תגובת ההתקן, ניתן לזהות שינויים מזעריים במקדם השבירה ולפיכך ריכוזים נמוכים מאוד של חומרים שונים. בנוסף, מימדיו של ההתקן עשויים להיות קטנים מאוד. סיבים בעלי קוטר של מאות ננומטרים

וחדירה באופן שלא ניתן להשיגו בכל טכנולוגיה אחרת. השימוש בלייזר סיב חוסך חומר, זמן (אין צורך להחליף מקדחים), ואת הצורך לעבד את הקדח בסיום הקידוח. אחד השימושים הנפוצים הינו קידוח ביהלומים בדיוק גבוה, אשר מעלה את ערכם באופן ניכר. חברה Sarine ישראלית בולטת בתחום זה . כיום ניתן למצוא גם Technologies Ltd לייזרי סיב המסוגלים לקדוח סלעים. )Welding Laser( ריתוך חומרים ומתכות השימוש בלייזרי סיב מאפשר ריתוך שתי מתכות זו לזו, כולל מתכות שונות. יישומים נפוצים הינם בתעשית הרכב, בעיבוד מתכות וחלקי פלסטיק, בתעשיית האלקטרוניקה, במוליכים למחצה ובסוללות. « Strain מגוון ישומי חישה .9 איור and Temperature sensing בתעשית הדלק והגז ננו 200 סיב בקוטר של .10 איור מטר המשמש כחיישן כימי חיישנים אופטיים מבוססי סיבים. חיישנים אופטיים מתמירים ערכים פיסיקלים לאותות חשמליים הניתנים «

סיבים מורכבים מרובי ליבות .11 איור

«

למדידה. חיישנים מתוכננים לזהות גדלים פיזיקליים ומדדים שונים כגון טמפרטורה, מעוותים מכאניים, לחץ, קול ורעידות, שדות חשמליים ומגנטיים, נוכחות וריכוז של חומרים כימיים וביולוגיים, קרינה, ועוד. לשימוש בסיבים אופטיים יתרונות רבים ביישומי חישה: פעולה לטווח ארוך של מאות ק"מ, שילוב קל ופשוט ברכיבים ומבנים תוך השפעה מינימלית על תפקודם, חסינות בפני הפרעות אלקטרו-מגנטיות ), התאמה לתנאי סביבה קשים EMI ( ומסוכנים, ויכולת למדידות מפולגות בהן כלמקטעסיבמשמשכחיישן נפרד. כדוגמה, חיישנים מפולגים מבוססי סיבים אופטיים מסוגלים למדוד טמפרטורה ומעוות מכאני על-פני מאות קילומטרים, ברזולוציה מרחבית של עשרות סנטימטרים. במחקר המדעי מופיעות דוגמאות למדידה של למעלה מיליון נקודות רזולוציה בניסוי בודד! יכולת זו משמעותית ביותר בניטור תשתיות קריטיות, בעיקר במשק האנרגיה, המים, הנפט והגז. יישום מרכזי נוסף הינו בתחומי התעופה והחלל, לצורך בדיקות חוזק ותקינות של חלקים קריטיים בשלבי תכנון, שירות ותיקון. בשנים האחרונות מתרחב מאוד השימוש בסיבים אופטיים לחישה אקוסטית, בה סיב יחיד מתפקד כמערך מרחבי של מאות ואלפי מיקרופונים לאורך קילומטרים רבים. חיישנים מסוג זה תופסים מקום הולך וגדל ביישומים ביטחוניים ובהגנה על מתחמים רגישים. חיישנים סיב-אופטיים מפולגים מבוססים כולם על תופעות של פיזור האור לאחור. תופעות אלו נחלקות לשלושה סוגים. ) נגרם Rayleigh scattering פיזור ריילי (

New-Tech Magazine l 52