Оптоволоконные анализаторы (оптроны и фибродатчики).

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

В данном случае ход лучей показан, когда , т.е. коэффициент преломления в 1 меньше, чем в 2. если имеет место обратная ситуация, то можно подобрать такое значение угла падения α, при котором луч будет двигаться по поверхности раздела двух сред, как показано на рисунке.

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

Для этого используются световоды, которые представляют собой нити d от нескольких микрон до 1мм, изготовленные из стекла, кварца или полимеров. Имеют 2 слоя - центральный (стержень) и внешний слой. Причем, коэффициент преломления среды составляет внутреннюю центральную часть световода (волокна) больше, чем коэффициент дифракции внешней части. Это и обеспечивает возможность передачи по световоду электромагнитного излучения с минимальными потерями.

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

На рисунке а) показан фосфоресцентный оптоволоконный анализатор. Он имеет один 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, например, О , интенсивность фосфоресценции уменьшается. Это измеряется с помощью фотодиода 4, усилителя 5 и УООМ 6. Покрытие 3 является проницаемым элементом. Такие анализаторы в своей оптической части, как правило, являются устройствами однократного применения.

Рисунок б) – флуоресцентный оптоволоконный анализатор. Здесь на конце оптического волокна 1 размещается слой реагента 2, который через полупроницаемую мембрану 3диффундирует определяемый компонент 4 (пробка). В результате взаимодействия этого компонента с реагентом (обратимого или необратимого) возникает вещество, которое способно светиться (люминесцировать) под действием, например, ультрафиолетового излучения. Ультрафиолетовое излучение поступает от источника 5 через полупрозрачное зеркало 6 в оптоволокно и далее через окно 10 в область расположения реагента. Возникающее свечение, обычно видимой части спектра, отводится по этому же волокну (пунктирная линия) и через полупрозрачное зеркало попадает в фотоприемник 7.

Схема в) – двухсветоводный фотоколометрический оптоволоконный анализатор. В данном анализаторе в защитном кожухе 1 расположены два световода 5 и 6. На конце оптических волокон расположен реакционный слой 2, который диффундирует определяемый компонент через полупроницаемую мембрану 3. в результате реакции изменяется интенсивность окраски реагента, что измеряется на определенно выбранной длине волны. А излучение поступает от источника 7, например, световода, в световод 5. излучение отводится по световоду 6 и поступает непрерывно на фотодиод 8.

Схема г) отличается от предыдущей тем, что здесь в световод 5 поочередно могут посылаться электромагнитные излучения от двух различных световодов 7 и 7` на разных длинах волн, что позволяет с помощью фотодиода 8 поочередно воспринимать сигналы, несущие информацию о двух компонентах в анализируемой среде.

Оптоволоконные анализаторы в настоящее время находят применения для катеторных измерений (концентрации О , двуокиси углерода, рН, ионов натрия и др.)