Faseroptische Sensorik mit POF

 

Faseroptische Sensoren werden in vielen technischen Bereichen als Alternative zu elektrischen Sensorsystemen eingesetzt. Typische Einsatzbereiche sind die

  • Bauindustrie (Dehnungsmessung, Schwingungsmessung),
  • Maschinenbau (Vibrationsmessung),
  • Chemische Industrie (Temperaturmessung), und auch
  • Medizin- und Biotechnik (minimal invasive Messung im Innern von lebenden Organismen).

Heute hauptsächlich gebräuchliche, faseroptische Sensoren basieren vorwiegend auf Glasfasern. Jedoch sind die Kosten für solche Sensorsysteme so hoch, daß erst nach umfangreicher wirtschaftlicher Analyse für die Anschaffung entschieden werden kann und in vielen Fällen die Anschaffung dann auch unterbleibt.

POF Sensorsysteme haben gegenüber Glasfasersystemen viele Vorteile:

  • POF ist nicht brüchig wie Glasfaser und kann in Dehnungssensoren viel stärker belastet werden.
  • Die für einen POF faseroptischen Sensor benötigte Transceivertechnik ist durch den großen Kerndurchmesser der POF deutlich einfacher herstellbar, robuster und leichter vor Ort zu installieren.
  • Zur Montage eines POF Sensorsystems wird normalerweise kein technisches Spezialistenteam mit teurer Meßtechnik benötigt. Die in einem POF Sensor verwendeten Wellenlängen sind für das menschliche Auge sichtbar und mit vergleichsweise einfacher Meßtechnik überprüfbar.
  • POF Sensoren können im Vergleich zu Glasfasersensoren zu deutlich niedrigeren Kosten angeboten werden.

Die genannten Vorteile wiegen den Nachteil der POF basierenden Sensorik gegenüber der Glasfaser basierenden Sensorik in Hinblick auf höhere Dämpfung und damit kürzere Reichweite in vielen Fällen auf.

DieMount arbeitet aus diesen Gründen seit einigen Jahren an POF Sensorsystemen, wobei zunächst die benötigten Komponenten und die physikalischen Meßprinzipien im Vordergrund standen. Seit Anfang 2017 können wir komplette Sensorsysteme, insbesondere den POF Installationstester, anbieten. Die folgenden Veröffentlichungen zeigen wichtige Entwicklungsschritte im Verlauf unserer Sensorentwicklung auf.

 

Meßprinzip duplex E2

Meßprinzip duplex E2

Meßprinzip für die faseroptische Farbmessung mit POF Kabel

Das Meßprinzip der faseroptischen Sensorik ist in der Veröffentlichung („Sensoren für die Farbmessung über die Optische Polymerfaser“) aus dem Jahr 2010 beschrieben. Sie zeigt, wie POF gekoppelte LED Module unterschiedlicher Wellenlängen und passive optische Komponenten (Splitter) den Aufbau von farbempfindlichen Sensoren für Transmission und Reflexion ermöglichen.

3 fasergekoppelte LED-Module unterschiedlicher Wellenlänge koppeln ihr Licht über einen 1×3 Splitter auf eine Mischfaser, die das Licht über eine Ader eines Duplexkabels zum Meßobjekt hinführt. Dort wird es reflektiert, über die zweite Ader des Duplexkabels zurückgeführt und detektiert. Die Elektronik sorgt über Zeit- oder Frequenzmultiplex für die Unterscheidung der 3 Wellenlängen. Das Meßsystem bekommt auf diese Art die Information über das Reflexionsverhalten des Meßobjektes für jede  der 3 Wellenlängen.

Durch  gezielte Auswahl der LED-Wellenlängen kann eine an das Meßobjekt angepaßte, spektrale Information gewonnen werden.

 

 

Sensorsignal bei Vibrationsmessung

Sensorsignal bei Vibrationsmessung

POF Reflektionssensor zur Vibrationsmessung

Die 2015 veröffentlichte Entwicklung eines POF Vibrationssensors, der mit einer einzigen POF Ader die mechanischen Schwingungen eines Balken oder eines Maschinenteils messen kann, liegt als Download unter dem Link  „Polymer optical fiber (POF) based sensors for the measurement of elongation via a single fiber¨. Die Sensorelektronik enthält einen POF Splitter mit extrem hoher Crosstalk Dämpfung, so daß das vom Sensorkopf reflektierte Sensorsignal nicht zu stark durch das Sendesignal gestört wird.





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