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: https://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: https://www.diemount.de/wp-content/uploads/2018/07/170913_POF_17_final.pdf

Neu! Zusammenarbeit mit RWTH Aachen, Institut für Strukturmechanik und Leichtbau:

Die Strukturüberwachung (SHM, structural health monitoring) vieler Maschinen, Anlagen und deren Komponenten findet unter schwierigen EMV-Bedingungen (Elektromagnetische Verträglichkeit) statt. Hohe Ströme, große elektrische Spannungen oder eine explosionsgefährdete Umgebung erlauben nicht die Nutzung klassischer elektrischer Sensoren. Durch Blitzeinschlag gefährdete Windenergieanlagen und Anlagen der Starkstrom- oder chemischen Prozesstechnik sind Beispiele dafür. Um auch für diese Objekte eine Strukturüberwachung zu realisieren, wurde zwischen dem Institut für Strukturmechanik und Leichtbau (SLA) und der DieMount eine Zusammenarbeit gestartet. Zu den Zielen gehört unter anderem:

  • Umsetzung einer faseroptischen Strukturüberwachung auf Basis der „Polymeren Optischen Faser“ (POF) für die physikalischen Messgrößen Dehnung und Beschleunigung,
  • Optimierung des Sensorlayouts und der Messparameter mithilfe sogenannter struktureller Schadensindikatoren, welche auf Basis strukturmechanischer Untersuchungen sorgfältig hergeleitet werden,
  • datentechnische Integration dieser Parameter in den Digitalen Zwilling des Systems,
  • kommerziell attraktiver, d.h. kostengünstiger Entwurf des gesamten SHM-Systems vergleichbar mit konventionellen elektrischen Sensorsystemen.

Erstes Ergebnis der gemeinsamen Arbeit ist ein von SLA anhand eines Kragarms erstellter Vergleich klassischer elektrischer Dehnungsmessstreifen (DMS) mit dem POF Dehnungssensor der DieMount, zu sehen im Video hier:

In Zusammenarbeit mit dem Institut für Stahlbau der RWTH Aachen, Herrn B. Schaaf, wurde im Rahmen des Innovationsnetzwerkes Smart SHM ein Demonstrator entwickelt, der mit der Hard- und Software des POF Reflection Meters die Überwachung von Silikonklebungen im konstruktiven Glasbau möglich macht.

Das Video zeigt in Echtzeit, wie das POF Reflection Meter Druckveränderungen zwischen zwei Stahlplatten aufzeichnet.