Faseroptische Sensortechnologie: Was sie ist und wie sie funktioniert

November 1, 2017

In diesem Artikel wird erklärt, was Glasfasern sind und wie sie für fotoelektrische Sensoren in industriellen Anwendungen funktionieren. Lesen Sie weiter, um wichtige Terminologie und die Grundlagen von Glasfasersystemen und -baugruppen kennenzulernen.

Was sind Lichtleiter?

Lichtleiter werden zur Übermittlung von Lichtenergie über große Entfernungen eingesetzt. Optische Fasern sind dünne, transparente Stränge aus Glas oder Kunststoff von optischer Qualität, die so dünn wie eine Haarsträhne sein können. In der optoelektrischen Erfassung werden diese Fasern eingesetzt, um Licht von der LED eines Sensors zu senden und/oder zu empfangen.

Eine optische Faser besteht aus einem Glas- oder Kunststoffkern, der von einer Schicht aus Mantelmaterial und (bei Kunststofffasern) einer Ummantelung umgeben ist. Glasfasern sind in Bündeln angeordnet, während Kunststofffasern in der Regel als Monofilamente verpackt sind.

Glasfasern haben keine Ummantelung. Stattdessen werden die Glasfaserbündel in einer Ummantelung verpackt, die in der Regel aus flexiblem Edelstahlrohr, aber auch aus PVC oder einer anderen Art von flexiblem Kunststoffrohr bestehen kann. Zum Schutz des Faserbündels kann auch eine Stahlspirale unter dem Mantel verwendet werden.

Weitere Informationen finden Sie unter: Wann sollten Glasfasern für fotoelektrische Sensoren verwendet werden?

Begriffe aus der Glasfasertechnik

Kern

Das dünne Glas- oder Kunststoffzentrum der Faser, in dem sich das Licht bewegt.

Mantel

Das äußere optische Material, das den Kern umgibt und das Licht zurück zum Kern reflektiert.

Ummantelung

Eine Schutzschicht, die Kunststofffasern vor Schäden und Feuchtigkeit schützt.

Arten von Fasern

Glasfasern eignen sich für Sensoranwendungen in schwierigen Umgebungen.
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Glas-Lichtwellenleiter

Glasfaseroptik besteht aus einem Bündel sehr kleiner Glasfaserstränge (in der Regel etwa 0,002 Zoll oder 50 Mikrometer Durchmesser).

Ein typisches Glasfaserkabel besteht aus mehreren hundert Fasern, die durch ein Mantelmaterial, in der Regel ein flexibles armiertes Kabel, geschützt sind.

Glasfasern werden meist in anspruchsvollen Umgebungen eingesetzt, z. B. bei Anwendungen mit hohen Temperaturen, korrosiven Substanzen oder Feuchtigkeit.

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Kunststoff-Faseroptik

Kunststoff-Lichtwellenleiter haben in der Regel einen größeren, monofilen Kern. Sie sind nicht immer gebündelt, sondern bestehen aus einem einzigen Strang aus Glasfasermaterial (in der Regel 0,01 bis 0,06 Zoll oder 0,25 bis 1,5 mm Durchmesser).

Kunststoff-Lichtleiter werden normalerweise für allgemeinere Anwendungen eingesetzt, in denen sie zum Einpassen in Installationen auf engem Raum extrem gebogen und abgelängt werden müssen.

Wie ein Glasfasersystem funktioniert

Wie die Faseroptik Lichtstrahlen transportiert, lässt sich mit dem optischen Prinzip der Totalreflexion erklären. Dieses Prinzip besagt, dass jeder Lichtstrahl, der auf die Grenze zwischen dem Kern und dem Mantel (die unterschiedliche Dichten haben) trifft, vollständig reflektiert wird, sofern der Einfallswinkel unter einem bestimmten kritischen Wert liegt. Der Lichtstrahl wird durch Reflexion den ganzen Weg durch die winzige Faser transportiert und tritt ungefähr im gleichen Winkel wieder aus, in dem er in die Faser eingetreten ist.

Es besteht die Tendenz, dass sich das Signal mit zunehmender Entfernung verschlechtert. Je nach Reinheit des Kernmaterials kommt es zu einer Abschwächung des Signals.

Das Diagramm auf der rechten Seite zeigt, wie eine faseroptische Baugruppe an einen Verstärker in einem faseroptischen Messsystem angeschlossen wird.

Faseroptische Baugruppen

Eine faseroptische Baugruppe bestimmt den Erfassungsmodus. Wenn Sie sich also für einen Fasertyp entschieden haben, wählen Sie die für Ihre Anwendung erforderliche Baugruppe.

Individuelle faseroptische Baugruppen

Einzelne faseroptische Baugruppen leiten das Licht einfach von einem Sender zu einem Erfassungsort oder vom Erfassungsort zurück zu einem Empfänger. Die Konfiguration der faseroptischen Baugruppe bestimmt den Erfassungsmodus. Einzelne Baugruppen werden in der Regel paarweise zur Gegenlichtmessung eingesetzt.

Verzweigte faseroptische Baugruppen

Verzweigte Glasfasern leiten das ausgestrahlte Licht zusammen mit dem empfangenen Licht (über zwei Zweige, die aus unterschiedlichen Fasern bestehen) innerhalb einer Glasfaseranordnung. Dadurch kann ein einziger Sensor ein Objekt über dieselbe Glasfaser beleuchten und anzeigen.

Wenn ein Objekt vor dem Sensorende einer gegabelten Glasfaser erscheint, wird das Licht von einem Zweig vom Objekt reflektiert und über den anderen Zweig zum Empfänger zurückgeführt. Bifurkationsbaugruppen werden in der Regel für die Erkennung im diffusen Modus verwendet und können auch für die Erkennung im retroreflektierenden Modus eingesetzt werden.

Weitere Informationen

Wenn Sie weitere Informationen über faseroptische Sensoren wünschen, wenden Sie sich bitte an , um mit einem Experten Ihre spezielle Anwendung zu besprechen.

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