POF Reflection Meter

Mit dem POF Reflection Meter kann über ein POF Kabel mit nur einer LWL-Ader der Sensorkopf eines Meßsystems über Entfernungen von 100m und mehr ausgelesen werden. Das POF Reflection Meter wird bevorzugt dort eingesetzt, wo durch Hochspannung, EMV Belastung, Explosionsgefährdung oder nicht verfügbarer elektrischer Stromversorgung widrige Bedingungen für ein elektrisches Meßsystem bestehen. Eine weitere Anwendung für das System ist die Integration der sehr preiswerten Sensorköpfe rund um eine Maschine oder ein Gebäude mit der Option, den Sensorkopf später bei aktuellem Bedarf durch geeignete Elektronik zu aktivieren.

Das Funktionsprinzip des POF Reflection Meter ist unten skizziert. Als wichtigstes Funktionselement enthält es einen 1×2 Splitter mit sehr hoher Crosstalk Dämpfung.

Schaubild faseroptischer Dehnmessstreifen

Ein möglichst gut endflächenpräpariertes POF Kabel wird angeschlossen, an dessen Endfläche im Sensorkopf eine mit der Meßgröße veränderliche Reflexion erzeugt wird. Die Reflexionveränderung kann erzeugt werden durch:

  • einen beweglichen Spiegel an der Endfläche des POF Kabels,
  • durch einen Farbumschlag einer auf chemische oder andere physikalische Prozessse empfindlichen Substanz oder
  • Deformation eines als Sensorkopfes dienenden flexiblen Lichtwellenleiters.

Eigenschaften des POF Reflection Meter

Die Softwaresteuerung in der elektronischen Auswerteeinheit erlaubt die Kompensation des optischen Übersprechens im Systemaufbau und die Nullkalibration auf die Dämpfung des aktuell verwendeten POF Kabels, so daß die Meßgröße von den Störeinflüssen des Systems isoliert werden kann. Das POF Reflection Meter mißt die quantitative Reflexion des Lichtes, welches in das POF Kabel eingekoppelt und am Sensorkopf reflektiert wird. Ist der Zusammenhang zwischen Meßgröße und Reflexionsfaktor bekannt, kann daraus die Meßgröße bestimmt werden.

Um ein möglichst großes Meßsignal im Vergleich zum Übersprechen zu erhalten, ist es sinnvoll, die Endflächen des POF Kabels sehr sorgfältig zu präparieren. Eine Naßpolitur mit feinster Körnung ist anzuraten, wenn es auf höchste Signalgenauigkeit ankommt.

Das POF Reflection Meter zur Vibrationsmessung wurde erstmalig auf der Internationalen POF Conference 2015 in Nürnberg präsentiert: http://www.diemount.de/wp-content/uploads/2017/02/150923_POF15_final.pdf. Weitere Details vor allem zum elektronischen und opto-elektronischen Aufbau des Sensorsystems wurden anschließend auf der Internationalen POF Conference 2017 in Aveiro, Portugal gezeigt: http://www.diemount.de/wp-content/uploads/2018/07/170913_POF_17_final.pdf

In Zusammenarbeit mit dem Institut für Stahlbau der RWTH Aachen wurde im Rahmen des Innovationsnetzwerkes smart SHM ein Demonstrator entwickelt, der mit der Hard- und Software des POF Reflection Meter die Überwachung von Silikonklebungen im konstruktiven Glasbau möglich macht. Link: https://www.smartshm.rwth-aachen.de/%C3%BCberwachung-von-silikonklebungen-im-konstruktiven-glasbau-mittels-pur-lichtwellenleiter.html. Das Video zeigt in Echtzeit, wie das POF Reflection Meter Druckveränderungen zwischen zwei Stahlplatten aufzeichnet.

Beschreibung des Reflection Meter

POF Reflection Meter von DieMount
POF Reflection Meter
  • Im Transceiverteil kommt wahlweise eine rote LED (650nm) oder eine grüne LED (520nm) zum Einsatz, die im Betrieb bei 20mA eine Sendeleistung von +6dBm@650nm bzw. +4dBm@520nm in eine POF einkoppeln.
  • Zur Vermeidung des Streulichteinflusses auf das Sensorsystem wird die durch Streulichteinfluß erzeugte optische Leistung separat im System gemessen und der Meßwert automatisch entsprechend korrigiert. Streulicht beeinflußt daher nicht das Meßergebnis.
  • Zur Nullkalibration befindet sich am Sensor ein Taster; wird er gedrückt, wird die aktuelle Empfangsleistung am Photodetektor auf 0dB festgelegt und jeder künftige Meßwert auf diese Empfangsleistung bezogen. Die Dämpfung durch das Kabel hat somit keinen Einfluß auf das Meßergebnis. Auch ist es in dieser Weise möglich, eine durch langsame Drift, z.B. bedingt durch Temperaturschwankungen, erzeugte Meßwertveränderung ab einem bestimmten Zeitpunkt auf Null zu setzen.
  • Das Nebensprechen (Crosstalk) im System verfälscht gleichfalls die Meßwerte. Um das Nebensprechen bzw. Crosstalk zu kompensieren, verfügt die Software des POF Reflection Meter über einen additiven Korrekturmechanismus. Wird das Nebensprechen derart kompensiert, zeigt das Gerät den Reflexionsfaktor auch quantitativ richtig an.
  • Jedes Gerät hat ein kleines LCD Display, welches die Ablesung der vor Ort gemessenen Signale möglich macht. Es zeigt an,
    • welche optische Leistung von der modulierten Sendequelle am Empfänger ankommt (normalized received optical signal),
    • um welchen Betrag die optische Leistung nach Nullkalibration korrigiert wird (normalization value),
    • die optische Leistung nach erfolgter Korrektur um den bei der Nullkalibration ermittelten Wert (normalization value) und
    • die durch Streulichteinflüsse erzeugte optische Leistung am Photodetektor (DC photo current).
  • Alle gemessenen Signale sind mit höherer Genauigkeit und deutlich verbesserter Zeitauflösung über eine USB Schnittstelle am PC zu messen. Mit Programmen wie z.B. MakerPlot™ für Windows kann der Datenstrom zeitlich und wertmäßig so aufgelöst werden, daß die gewünschte Sensorinformation im Zeitverlauf dargestellt wird.
  • Die Stromversorgung erfolgt mit 5V über die USB Schnittstelle.
  • Zur Ankopplung der POF Lichtwellenleiter sind FSMA Buchsen vorgesehen. Der eingeschraubte FSMA Stecker koppelt an eine 1mm Standard POF mit NA = 0.5 an.