เซ็นเซอร์ใยแก้วนำแสงเป็นเซ็นเซอร์ที่ใช้ใยแก้วนำแสงเป็นองค์ประกอบในการตรวจจับ ("เซ็นเซอร์ภายใน") หรือเป็นวิธีการส่งต่อสัญญาณจากเซ็นเซอร์ระยะไกลไปยังอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ประมวลผลสัญญาณ ("เซ็นเซอร์ภายนอก") ใยแก้วนำแสงมีประโยชน์มากมายในการตรวจจับระยะไกลขึ้นอยู่กับการใช้งาน ใยแก้วนำแสงอาจถูกใช้เนื่องจากมีขนาดเล็ก หรือเพราะไม่ จำเป็นต้องใช้ พลังงานไฟฟ้าณ ตำแหน่งระยะไกล หรือเพราะสามารถมัลติเพล็กซ์เซ็นเซอร์จำนวนมากตามความยาวของใยแก้วนำแสงได้โดยใช้การเปลี่ยนแปลงความยาวคลื่นแสงสำหรับแต่ละเซ็นเซอร์ หรือโดยการตรวจจับความล่าช้าของเวลาเมื่อแสงผ่านใยแก้วนำแสงผ่านแต่ละเซ็นเซอร์ ความล่าช้าของเวลาสามารถกำหนดได้โดยใช้เครื่องมือเช่นเครื่องวัดการสะท้อนแสงในโดเมนเวลาแบบออปติคอลและการเปลี่ยนแปลงความยาวคลื่นสามารถคำนวณได้โดยใช้เครื่องมือที่ใช้การสะท้อนแสงในโดเมนความถี่แบบออ ปติคอล

เซ็นเซอร์ใยแก้วนำแสงยังทนต่อการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าและไม่นำไฟฟ้า จึงสามารถใช้งานในสถานที่ที่มี ไฟฟ้า แรงสูงหรือวัสดุไวไฟ เช่นน้ำมันเชื้อเพลิงเครื่องบินได้ นอกจากนี้ เซ็นเซอร์ใยแก้วนำแสงยังสามารถออกแบบให้ทนต่ออุณหภูมิสูงได้อีกด้วย

เส้นใยแก้วนำแสงสามารถใช้เป็นเซนเซอร์เพื่อวัดความเครียด^{[ 1 ]} อุณหภูมิความดันและปริมาณอื่นๆ โดยการดัดแปลงเส้นใยเพื่อให้ปริมาณที่จะวัดปรับเปลี่ยนความเข้มเฟสโพลาไรเซชันความยาวคลื่นหรือเวลาการส่งผ่านของแสงในเส้นใย เซนเซอร์ที่เปลี่ยนแปลงความเข้มของแสงนั้นง่ายที่สุด เนื่องจากต้องการเพียงแหล่งกำเนิดแสงและตัวตรวจจับที่เรียบง่ายเท่านั้น คุณสมบัติที่มีประโยชน์อย่างยิ่งของเซนเซอร์ใยแก้วนำแสงแบบอินทรินสิกคือ หากจำเป็น สามารถให้การตรวจวัดแบบกระจายในระยะทางที่ไกลมากได้^{[ 2 ]}

สามารถวัดอุณหภูมิได้โดยใช้เส้นใยที่มี การสูญเสีย แบบเอวาเนสเซนต์ซึ่งแปรผันตามอุณหภูมิ หรือโดยการวิเคราะห์การกระเจิงแบบเรย์ลี การกระเจิงแบบรามานหรือการกระเจิงแบบบริลลูอินในเส้นใยนำแสง แรงดันไฟฟ้าสามารถตรวจจับได้โดยใช้ ปรากฏการณ์ ทางแสงแบบไม่เชิงเส้นในเส้นใยที่เจือสารพิเศษ ซึ่งจะเปลี่ยนโพลาไรเซชันของแสงตามฟังก์ชันของแรงดันไฟฟ้าหรือสนามไฟฟ้า เซ็นเซอร์วัดมุมสามารถใช้หลักการของปรากฏการณ์ซาญักได้

เส้นใยพิเศษ เช่น เส้นใยนำแสงแบบ เกรตติ้งไฟเบอร์ช่วงยาว (LPG) สามารถใช้สำหรับการระบุทิศทางได้^{[ 3 ]} กลุ่มวิจัยโฟโตนิกส์ของมหาวิทยาลัยแอสตันในสหราชอาณาจักรมีผลงานตีพิมพ์เกี่ยวกับการประยุกต์ใช้เซ็นเซอร์โค้งแบบเวกเตอร์^{[ 4 ] [ 5 ]}

ใยแก้วนำแสงถูกใช้เป็นไฮโดรโฟนสำหรับการใช้งานด้านแผ่นดินไหวและโซนาร์ระบบไฮโดรโฟนที่มีเซ็นเซอร์มากกว่าหนึ่งร้อยตัวต่อสายเคเบิลใยแก้วนำแสงได้รับการพัฒนาขึ้น ระบบเซ็นเซอร์ไฮโดรโฟนถูกใช้โดยอุตสาหกรรมน้ำมัน รวมถึงกองทัพเรือของบางประเทศ ทั้งระบบไฮโดรโฟนแบบติดตั้งบนพื้นและระบบสตรีมเมอร์แบบลากจูงกำลังถูกใช้งาน บริษัทSennheiser ของเยอรมนี ได้พัฒนาไมโครโฟนเลเซอร์สำหรับใช้กับใยแก้วนำแสง^{[ 6 ]}

ไมโครโฟนไฟเบอร์ออปติกและหูฟังแบบไฟเบอร์ออปติกมีประโยชน์ในพื้นที่ที่มีสนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็กแรงสูง เช่น การสื่อสารระหว่างทีมงานที่ทำงานกับผู้ป่วยภายในเครื่องสร้างภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (MRI) ระหว่างการผ่าตัดโดยใช้ MRI เป็นแนวทาง^{[ 7 ]}

เซ็นเซอร์ใยแก้วนำแสงสำหรับวัดอุณหภูมิและความดันได้รับการพัฒนาสำหรับการวัดในหลุมเจาะน้ำมัน^{[ 8 ] [ 9 ]}เซ็นเซอร์ใยแก้วนำแสงเหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมนี้ เนื่องจากสามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิสูงเกินกว่าที่เซ็นเซอร์เซมิคอนดักเตอร์จะทำงานได้ ( การตรวจจับอุณหภูมิแบบกระจาย )

เส้นใยแก้วนำแสงสามารถนำมาผลิตเป็น เซ็นเซอร์ แบบอินเตอร์เฟอโรเมตริกเช่นไจโรสโคปใยแก้วนำแสงซึ่งใช้ในเครื่องบินโบอิ้ง 767 และรถยนต์บางรุ่น (เพื่อการนำทาง) นอกจากนี้ยังใช้ในการผลิต เซ็นเซอร์ตรวจจับไฮโดรเจนอีกด้วย

เซ็นเซอร์ใยแก้วนำแสงได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อวัดอุณหภูมิและความเครียดที่อยู่ร่วมกันพร้อมกันด้วยความแม่นยำสูงมากโดยใช้ตะแกรงแบร็กไฟเบอร์ [ ^{10 ] ซึ่ง}มีประโยชน์อย่างยิ่งเมื่อต้องการรับข้อมูลจากโครงสร้างขนาดเล็กหรือซับซ้อน^{[ 11 ]}เซ็นเซอร์ใยแก้วนำแสงยังเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการตรวจสอบระยะไกล และสามารถตรวจสอบได้ไกลถึง 290 กิโลเมตรจากสถานีตรวจสอบโดยใช้สายเคเบิลใยแก้วนำแสง^{[ 12 ]} ผลกระทบ จากการกระเจิงของบริลลูอินยังสามารถใช้ในการตรวจจับความเครียดและอุณหภูมิในระยะทางไกล (20–120 กิโลเมตร) ได้อีกด้วย^{[ 13 ] [ 14 ]}

สามารถสร้างเซนเซอร์วัดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ/กระแสตรงแบบไฟเบอร์ออปติกในช่วงแรงดันไฟฟ้ากลางและสูง (100–2000 V) ได้โดยการเหนี่ยวนำความไม่เป็นเชิงเส้นของ Kerr ในปริมาณที่วัดได้ ในไฟเบอร์ออปติกแบบโหมดเดี่ยวโดยการให้ไฟเบอร์ที่มีความยาวที่คำนวณไว้สัมผัสกับสนามไฟฟ้าภายนอก^{[ 15 ]}เทคนิคการวัดนี้ใช้ การตรวจจับ แบบโพลาไรเมตริกและมีความแม่นยำสูงแม้ในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมที่ไม่เอื้ออำนวย

สนามแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูง (5 MHz–1 GHz) สามารถตรวจจับได้โดยผลกระทบที่ไม่เป็นเชิงเส้นที่เหนี่ยวนำในเส้นใยที่มีโครงสร้างที่เหมาะสม เส้นใยที่ใช้ได้รับการออกแบบเพื่อให้ผล ของฟา ราเดย์และ เคอร์ ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเฟสอย่างมากเมื่อมีสนามภายนอก^{[ 16 ]}ด้วยการออกแบบเซนเซอร์ที่เหมาะสม เส้นใยประเภทนี้สามารถใช้ในการวัดปริมาณทางไฟฟ้าและแม่เหล็กต่างๆ และพารามิเตอร์ภายในต่างๆ ของวัสดุเส้นใยได้

สามารถวัดกำลังไฟฟ้าในเส้นใยได้โดยใช้เซนเซอร์แอมแปร์เส้นใยขนาดใหญ่ที่มีโครงสร้างร่วมกับการประมวลผลสัญญาณที่เหมาะสมในแผนการตรวจจับโพลาไรเมตริก มีการทดลองเพื่อสนับสนุนเทคนิคนี้^{[ 17 ]}

เซ็นเซอร์ไฟเบอร์ออปติกใช้ในอุปกรณ์สวิตช์ ไฟฟ้า เพื่อส่งแสงจากประกายไฟอาร์ค ไฟฟ้า ไปยังรีเลย์ป้องกันดิจิทัล เพื่อให้สามารถตัดวงจรเบรกเกอร์ได้อย่างรวดเร็วเพื่อลดพลังงานในการระเบิดของอาร์ค^{[ 18 ]}

เซ็นเซอร์ใยแก้วนำแสงแบบไฟเบอร์แบรกเกรตติ้งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ ประสิทธิผล และความปลอดภัยในอุตสาหกรรมต่างๆ อย่างมีนัยสำคัญ ด้วยเทคโนโลยีแบบบูรณาการ FBG เซ็นเซอร์สามารถให้การวิเคราะห์โดยละเอียดและรายงานที่ครอบคลุมเกี่ยวกับข้อมูลเชิงลึกด้วยความละเอียดสูงมาก เซ็นเซอร์ประเภทนี้ถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น โทรคมนาคม ยานยนต์ การบินและอวกาศ พลังงาน เป็นต้น ไฟเบอร์แบรกเกรตติ้งมีความไวต่อแรงดันสถิต แรงดึงและแรงอัดเชิงกล และการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของเส้นใย ประสิทธิภาพของเซ็นเซอร์ใยแก้วนำแสงแบบไฟเบอร์แบรกเกรตติ้งสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการปรับความยาวคลื่นกลางของแหล่งกำเนิดแสงให้สอดคล้องกับสเปกตรัมการสะท้อนของแบรกเกรตติ้งในปัจจุบัน^{[ 19 ]}

เซ็นเซอร์ใยแก้วนำแสงภายนอกใช้สายเคเบิลใยแก้วนำแสงซึ่งโดยปกติจะเป็น แบบ มัลติโหมดเพื่อส่งผ่าน แสง ที่ถูกปรับความถี่จากเซ็นเซอร์แสงที่ไม่ใช้ใยแก้วนำแสง หรือเซ็นเซอร์อิเล็กทรอนิกส์ที่เชื่อมต่อกับตัวส่งสัญญาณแสง ข้อดีที่สำคัญของเซ็นเซอร์ภายนอกคือความสามารถในการเข้าถึงสถานที่ที่เข้าถึงได้ยาก ตัวอย่างเช่น การวัดอุณหภูมิภายในเครื่องยนต์เจ็ทของเครื่องบิน โดยใช้ใยแก้วนำแสงเพื่อส่งผ่านรังสี ไปยัง เครื่องวัด อุณหภูมิ แบบรังสีที่อยู่ภายนอกเครื่องยนต์ เซ็นเซอร์ภายนอกยังสามารถใช้ในลักษณะเดียวกันเพื่อวัดอุณหภูมิภายในของหม้อแปลงไฟฟ้าซึ่งสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ที่รุนแรง ทำให้ไม่สามารถใช้วิธีการวัดอื่นๆ ได้

เซ็นเซอร์ใยแก้วนำแสงภายนอกให้การปกป้องสัญญาณการวัดจากการรบกวนของสัญญาณรบกวนได้อย่างดีเยี่ยม อย่างไรก็ตาม เซ็นเซอร์แบบดั้งเดิมจำนวนมากสร้างเอาต์พุตเป็นไฟฟ้า ซึ่งต้องแปลงเป็นสัญญาณแสงก่อนจึงจะสามารถใช้กับใยแก้วนำแสงได้ ตัวอย่างเช่น ในกรณีของเทอร์โมมิเตอร์ความต้านทานแพลทินัมการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิจะถูกแปลงเป็นการเปลี่ยนแปลงของความต้านทาน ดังนั้น PRT จึงต้องมีแหล่งจ่ายไฟ จากนั้นจึงสามารถฉีดระดับแรงดันไฟฟ้าที่ถูกปรับเปลี่ยนที่เอาต์พุตของ PRT เข้าไปในใยแก้วนำแสงผ่านตัวส่งสัญญาณแบบปกติ ซึ่งทำให้กระบวนการวัดซับซ้อนขึ้นและหมายความว่าต้องเดินสายไฟแรงดันต่ำไปยังตัวแปลงสัญญาณ

เซ็นเซอร์ภายนอกใช้ในการวัดการสั่นสะเทือน การหมุน การกระจัด ความเร็ว ความเร่ง แรงบิด และอุณหภูมิ^{[ 20 ]}

เป็นที่ทราบกันดีว่าการแพร่กระจายของแสงในใยแก้วนำแสงนั้นถูกจำกัดอยู่ในแกนกลางของเส้นใยตามหลักการสะท้อนกลับภายในทั้งหมด (TIR) ​​และมีการสูญเสียการแพร่กระจายเกือบเป็นศูนย์ภายในชั้นหุ้ม ซึ่งมีความสำคัญมากสำหรับการสื่อสารด้วยแสง แต่จำกัดการใช้งานด้านการตรวจวัดเนื่องจากแสงไม่เกิดปฏิกิริยากับสิ่งแวดล้อม ดังนั้นจึงจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องพัฒนาโครงสร้างใยแก้วนำแสงแบบใหม่เพื่อรบกวนการแพร่กระจายของแสง ทำให้แสงสามารถเกิดปฏิกิริยากับสิ่งแวดล้อมและสร้างเซ็นเซอร์ใยแก้วนำแสงได้ จนถึงปัจจุบัน มีวิธีการหลายวิธี เช่น การขัดเงา การกัดด้วยสารเคมี การทำให้เรียว การดัดงอ รวมถึงการสร้างตะแกรงเฟมโตวินาที ที่ถูกเสนอเพื่อปรับแต่งการแพร่กระจายของแสงและกระตุ้นให้แสงเกิดปฏิกิริยากับวัสดุตรวจวัด ในโครงสร้างใยแก้วนำแสงที่กล่าวมาข้างต้น สนามเอวาเนสเซนต์ที่เพิ่มขึ้นสามารถถูกกระตุ้นได้อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อเหนี่ยวนำให้แสงสัมผัสและเกิดปฏิกิริยากับตัวกลางโดยรอบ อย่างไรก็ตาม เส้นใยเองสามารถตรวจจับสารวิเคราะห์ได้เพียงไม่กี่ชนิดเท่านั้น ด้วยความไวต่ำและไม่มีความจำเพาะ ซึ่งจำกัดการพัฒนาและการใช้งานอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับไบโอเซนเซอร์ที่ต้องการทั้งความไวสูงและความจำเพาะสูง เพื่อแก้ไขปัญหานี้ วิธีที่มีประสิทธิภาพคือการใช้วัสดุที่ตอบสนองต่อสิ่งเร้า ซึ่งมีความสามารถในการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติ เช่น ดัชนีหักเห การดูดกลืนแสง การนำไฟฟ้า ฯลฯ เมื่อสภาพแวดล้อมโดยรอบเปลี่ยนแปลงไป เนื่องจากความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วของวัสดุเชิงฟังก์ชันในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ทำให้มีวัสดุตรวจจับหลากหลายชนิดสำหรับการผลิตเซนเซอร์เคมีและไบโอเซนเซอร์แบบใยแก้วนำแสง รวมถึงกราฟีน โลหะและโลหะออกไซด์ ท่อนาโนคาร์บอน ลวดนาโน อนุภาคนาโน โพลิเมอร์ จุดควอนตัม ฯลฯ โดยทั่วไป วัสดุเหล่านี้จะเปลี่ยนรูปร่าง/ปริมาตรแบบย้อนกลับได้เมื่อถูกกระตุ้นโดยสภาพแวดล้อมโดยรอบ (สารวิเคราะห์เป้าหมาย) ซึ่งจะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงของดัชนีหักเหหรือการดูดกลืนแสงของวัสดุตรวจจับ ดังนั้น การเปลี่ยนแปลงโดยรอบจะถูกบันทึกและตรวจสอบโดยใยแก้วนำแสง ทำให้เกิดฟังก์ชันการตรวจจับของใยแก้วนำแสง ปัจจุบันมีการเสนอและสาธิต เซ็นเซอร์เคมีและไบโอเซ็นเซอร์ใยแก้วนำแสงหลายชนิด ^{[ 21 ]}

• การตรวจจับเสียงแบบกระจาย

• สมาคมการตรวจจับด้วยใยแก้วนำแสง