Was ist ein Lichtleitersensor?
Ein faseroptischer Sensor ist eine Technologie, die Licht verwendet, um physikalische Eigenschaften in Fernerkundungsanwendungen zu analysieren. Eigensensoren verwenden die Glasfaser selbst als Erfassungselement, während Außensensoren Glasfaserkabel verwenden, um Lichtinformationen von einem entfernten Sensor an elektronische Prozessoren zu übertragen. Mithilfe von Licht können Änderungen vieler physikalischer und chemischer Materialeigenschaften erfasst werden, um Faktoren wie Temperatur, Druck oder Vibration zu analysieren. Diese Sensoren arbeiten in verschiedenen industriellen und wissenschaftlichen Zusammenhängen, wie zum Beispiel der Bohrlochmessung von Ölquellen oder als Hydrophone für Sonar- und seismische Anwendungen. Leichte Glasfasern bieten viele Vorteile gegenüber früheren Technologien, darunter kleine, leichte Abmessungen, elektromagnetische Beständigkeit, Haltbarkeit und sofortige und genaue Übertragung von Informationen.
Optische Fasern leiten Licht von Quellen wie Lasern oder Leuchtdioden (LED) durch zylindrische dielektrische Wellenleiter. Diese Fasern lassen das Licht auch über große Entfernungen mit minimalem Verlust in Wellenform reflektieren. Die Faser besteht aus einem dielektrischen Kern, der von einer Mantelschicht umgeben und mit einem Mantel beschichtet ist. Diese Fasern können zu dickeren Kabeln gebündelt werden. Ein faseroptischer Sensor bietet eine robuste Leistung unter extremen Bedingungen, die eine direkte Beobachtung verhindern. Dies können gefährliche und abgelegene Bereiche wie das Innere von Motoren oder explosive und korrosive Umgebungen sein.
Eigensensoren können den Materialfluss durch Lücken von bis zu einem Meter im Lichtweg messen. Durch dieses Material werden bestimmte Änderungen an der Lichtqualität vorgenommen, die dann wichtige Informationen für die Analyse liefern können. Variationen der optischen Weglänge ermöglichen Messungen der Intensität, Polarisation, Phase und anderer Wellenlängeneigenschaften von Licht. Der faseroptische Sensor verbreitet die modulierten Umwelteinflüsse mithilfe von Lichtquellen und Detektoren. Zusätzliche Messwerte wie Dehnung, Temperatur und Viskosität sind möglich.
Optische und elektronische Sensoren können auch optische Fasern verwenden, um Informationen an elektronische Prozessoren weiterzuleiten. Diese extrinsischen Sensoren sind möglicherweise speziell für bestimmte raue Bedingungen ausgelegt: Zum Beispiel zum Ablesen von Temperaturen in Strahltriebwerken und Transformatoren, bei denen Hitze oder elektromagnetische Felder andere Messmethoden verhindern. Ein extrinsischer faseroptischer Sensor verwendet typischerweise eine Multimode-Faser, die mehrere Wellenlängen oder Lichtstrahlen für eine komplexere Informationsübertragung zulässt. Informationen von einem elektronischen Sensor werden durch einen optischen Sender umgewandelt und über optische Leitungen zu seiner Zielbasis übertragen.
Der einfachste Typ eines Lichtleitersensors ist der Intensivtyp. Es misst die Intensitätsmodulation. Spektralsensoren messen durch Umwelteinflüsse moduliertes Licht und erfassen Informationen zu Lichteigenschaften wie Strahlung, Fluoreszenz und Absorption. Interferometrische Sensoren fungieren als Festkörper-Glasfaserkreisel in der Luft- und Raumfahrt, in der Navigation und im Bergbau. Im medizinischen Bereich werden faseroptische Sensoren verwendet, um Informationen zu Blutgas und Dosierung zu erhalten. Diese passiven Sensoren sind kostengünstig, werden in Serie hergestellt und scheinen keine nachteiligen Auswirkungen auf die Patienten zu haben. Intelligente Glasfaserstrukturen werden in gefertigte Materialien und großflächige Strukturen wie Brücken und Dämme eingebettet. Es werden weiterhin Anwendungen für bestehende und neue Technologien entwickelt.