Icon up Overzicht

Over de brekingsindex, de NS en de marine.

Onderwerp: Licht, Optica (licht en lenzen) (havo), Trilling en golf

Wat heeft de brekingsindex te maken met het op tijd laten rijden van treinen? Waarom moet de marine nog regelmatig te rade gaan bij jouw natuurkundeboek? Voor de NS, de marine en voor jou een aantal toepassingen van de interferometer op een rijtje.

De glasvezel-interferometer

Deze sensor maakt gebruik van transport van licht door glasvezel. Het licht wordt door de vezel gevangen, omdat de hoek van inval steeds groter is dan de grenshoek.

Het vangen van licht in de vezel wordt beschreven door de wet van Snellius. Dit wordt uitgelegd in de bijles over de wet van Snellius Breking van licht

Door nu een faseverschil van twee signalen te vergelijken kun je bijvoorbeeld een lengteverschil meten. Waar kom je deze techniek tegen?

Toepassing 1: treinen tellen

 

Hierbij worden verschillende typen glasvezelsensoren gebruikt. Die sensoren kunnen in het wekdek geplaatst worden voor het detecteren van de passage van voertuigen. Door de amplitude van het uitgaande signaal van deze sensoren te analyseren, is het mogelijk een schatting te maken van het gewicht van het voertuig. Hierdoor kan voertuigtelling op grond van gewichtsklassen uitgevoerd worden. Dezelfde sensoren kunnen in de toekomst ook toegepast worden voor het detecteren van treinen. Deze toepassing van glasvezel is nog steeds in de onderzoeksfase bij TNO.

TNO is in 1932 opgericht en is een zelfstandig onderzoeksinstituut. Het heeft echter wel nauwe banden met de overheid en ontvangt ook subsidie voor maatschappelijk relevant onderzoek. TNO richt zich op vijf kerngebieden, dit zijn:
• Kwaliteit van leven
• Defensie en veiligheid
• Industrie en techniek
• Ruimte en infrastructuur
• Informatie- en communicatietechnologie
Wil je meer weten over TNO, kijk dan op hun website: www.tno.nl en op deze site naar Numeriek crashen.

Hoe werkt de interferometer nu eigenlijk?

Bij een glasvezel-interferometer wordt licht uit een laser in een glasvezel gelaten. Een splitter splitst het licht naar de twee armen van de interferometer. Een glasvezelkoppelaar brengt het licht uit deze twee glasvezels weer bij elkaar. Dan vindt er interferentie plaats.

 

Als glasvezel A net zo lang is als glasvezel B zijn de twee optische signalen gelijk aan elkaar in fase. Bij de koppelaar vindt dan constructieve interferentie plaats. Als vezel A langer is dan B, is het signaal dus ook langer onderweg dan het signaal in vezel B. Er ontstaat dan een faseverschil tussen de twee signalen die bij de koppelaar weer samenkomen. In de afbeelding hieronder zie je een voorbeeld voor een analoog signaal.

 

Het interferentiesignaal is dus een maat voor het opgetreden lengteverschil tussen A en B. Het resulterende lichtsignaal wordt vervolgens door een glasvezel naar de detector getransporteerd. Deze zet het lichtsignaal om in een elektrisch signaal.

Met een glasvezel-interferometer kan gemakkelijk een verandering van minder dan 1 nm gedetecteerd worden. Ter vergelijking: de golflengte van geel licht is 575 nm. Bij toepassing van een glasvezel-interferometer voor sensoren wordt vaak één van de armen blootgesteld aan de te meten fysische grootheid. Deze arm wordt dan de sensorarm genoemd. De andere arm wordt zoveel mogelijk geïsoleerd van de te meten grootheid. Hij wordt de referentiearm genoemd.

Toepassing 2: de hydrofoon

 

Het omvangrijkste onderzoek bij TNO is de glasvezelhydrofoon in opdracht van de Koninklijke Marine. Een hydrofoon is in feite een onderwater microfoon en vindt zijn toepassing bij o.a. defensie, geofysica en seismologie. Hierbij wordt de sensorarm in een spiraal gewikkeld en op een schijf bevestigd. De schijf vervormt zich bij aanwezigheid van de te meten akoestische druk. De vervorming van de schijf introduceert een rek in de glasvezel en wordt gedetecteerd met het interferometersysteem.