WLPI Faseroptische Messlösungen

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  • WLPI Technologie setzt Maßstäbe in Präzision und Flexibilität

    • Faseroptische Weißlicht-Polarisations-Interferometrie (WLPI) ist eine patentierte faseroptische Technologie
    • Ermöglicht präzise Messungen in anspruchsvollen Anwendungen
    • Bietet bietet ein Höchstmaß an Flexibilität im Sensordesign
    • Liefert präzise Messwerte auch in extrem widrigen Umgebungen

    wlpi faseroptische messlösungen

    Vorteile gegenüber Faser-Bragg-Technologie: 

    • Einfachere Installation, Anpassung und Handhabung 
    • Höhere Stabilität, Zuverlässigkeit und Sicherheit
    • Wartungsfrei
    • Leichte und kleine Bauweise
    • Multifunktionaler Einsatz

    Lassen Sie sich beraten

Produktübersicht faseroptische Messlösungen

Die WLPI faseroptischen Messlösungen sind für die Messgrößen Dehnung, Druck, Weg und Temperatur verfügbar. Darüber hinaus stellen wir eine Auswahl an Spezialsensoren vor, die bereits im Kundeneinsatz sind. Passende Signalauswerteeinheiten und OEM Boards runden das Angebot der WLPI Messtechnik ab:

 

6 einzigartige Vorteile von WLPI faseroptischen Messlösungen:

1. Unempfindlich gegenüber Hochspannungen und elektromagnetischen Störungen
2. Langzeitstabilität
3. Eigensicher
4. Widerstandsfähig und robust
5. Kein Drift
6. Wartungsfrei nach Installation “Plug & forget”

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Informationen über die faseroptische WLPI-Technologie

Die faseroptische Weißlicht-Polarisations-Interferometrie (WLPI) ist eine patentierte faseroptische Technologie, die präzise Messungen in den anspruchsvollsten Anwendungen ermöglicht. Sie bietet ein Höchstmaß an Flexibilität im Sensordesign, um auch in den widrigsten Umgebungen verlässliche Messwerte zu erzeugen.

Faseroptische Messsysteme bestehen aus zwei Hauptkomponenten, dem faseroptischen Sensor und der Signalauswerteeinheit. Hinzu kommt noch ein Lichtwellenleiter (LWL, Faser), der je nach eingesetzter Technologie unterschiedliche Zwecke erfüllt.

Ein faseroptischer Sensor besteht aus einem abgedichteten Gehäuse, in dem sich das optische Sensorelement befindet. Dieses Sensorelement ist bezüglich der zu erfassenden, physikalischen Messgröße empfindlich. Es existieren unterschiedliche faseroptische Messverfahren, die auf einer oder mehrerer der spezifischen Eigenschaften des Lichtes (Intensität, Phase, Polarisation und Spektrum) beruhen. Prinzipiell verändert die zu erfassende Messgröße [je nach Verfahren] eine oder mehrere der speziellen Eigenschaften, sodass ein verändertes Lichtsignal zurück geworfen wird.

Extrinsische und intrinsische Sensoren

Faseroptische Sensoren lassen sich grundsätzlich in zwei Klassen einordnen: Extrinsische und intrinsische Sensoren. Sie unterscheiden sich sowohl im Aufbau als auch in ihrer Funktionsweise woraus sich spezielle Eigenschaften ergeben, die sich je nach Anwendung vorteilhaft oder nachteilig auswirken können.

Bei intrinsischen Sensoren ist der Lichtwellenleiter ein essentieller Bestandteil des Messmechanismus. Die optische Faser ist der Sensor. Faseroptische Sensoren, die auf der Faser Bragg Technologie beruhen, sind populäre Vertreter dieser Sensorklasse.

Die extrinsischen Sensoren hingegen zeichnen sich dadurch aus, dass der empfindliche Teil von der optischen Faser entkoppelt ist. Die optische Faser (LWL) dient lediglich der Übertragung des Lichtsignals zwischen Sensoreinheit und Signalauswerteelektronik. Temperatursensoren auf Basis von Galliumarsenid-Kristallen (GaAs) und auch die im Weiteren vorgestellten faseroptischen Sensoren die auf der WLPI-Technologie beruhen sind Vertreter der extrinsischen Sensorklasse.

Präzises optisches Messverfahren

Die Signalauswerteeinheit dient zum Einspeisen des Lichtsignals in die Faser, zum Empfang des reflektierten, veränderten Lichtsignals sowie zu dessen Verarbeitung und Umwandlung der Ergebnisse in physikalische Einheiten der Messgröße. Die verwendete Lichtquelle unterscheidet sich je nach Messverfahren und Technologie. 

Die optische Interferometrie, bei der die Phasenmodulation des Lichtes gemessen wird, gilt als das empfindlichste Verfahren zur faseroptischen Messung. Das Interferometer ist ein sehr präzises optisches Messgerät, in dem mindestens zwei Lichtbündel durch halbdurchlässige Spiegel auf unterschiedliche optische Bahnen geführt, am Wegende durch zusätzliche Spiegel reflektiert und anschließend wieder zusammengeführt werden. Das Ergebnis ist ein Interferenzmuster, das durch die Differenz der optischen Wege, die die einzelnen Strahlen bis zur Vereinigung / Überlagerung zurückgelegt haben, bestimmt wird.

Mittels der Interferometrie kann eine physikalische Messgröße erfasst werden, sofern Änderungen dieser Messgröße Änderungen der Weglänge im Interferometer verursachen.

Laser versus Weißlicht

Die ursprüngliche Verwendung eines Lasers, einer Lichtquelle mit schmaler Bandbreite, führte zu dem Problem der Phasenmehrdeutigkeit, da die Kohärenzlänge der Lichtquelle generell größer war als der Weglängenunterschied im Interferometer. Dies begrenzte die Einsatzmöglichkeiten der faseroptischen Sensoren die auf Interferometrie beruhten. Die Lösung für dieses Problem ist die Verwendung einer Lichtquelle mit einer kurzen Kohärenzlänge und demzufolge mit einem breitbandigen Spektrum.

Diese Art der Interferometrie wird als Weißlichtinterferometrie oder Kohärenztomographie bezeichnet. Die Gründer von Opsens sind Vorreiter bei der Einführung der Weißlichtinterferometrie bei faseroptischen Messungen. Im Bereich der Industriesensoren haben sie diese Technik zur Marktreife entwickelt und freuen sich, nun ihre neueste Weiterentwicklung in Form ihrer verbesserten faseroptischen Messtechnik vorzustellen: die Weißlicht-Polarisations-Interferometrie.

Anwendungsgebiete

Industrie

In den unterschiedlichsten industriellen Anwendungen ist der Einsatz von Messtechnik notwendig, um Prozess- und Umgebungsparameter zu überwachen.

Konventionelle elektronische Sensoren stoßen häufig an die Grenzen der Technologie, da Störeffekte wie hohe Spannungen oder EMI die Funktionsfähigkeit der Systeme einschränken. Besonders in diesen Umgebungen können die faseroptischen Produkte von Opsens neue Möglichkeiten schaffen, verlässliche Messungen durchzuführen.

Verteidigung, Luft- und Raumfahrt

Benötigen Sie verlässliche Messtechnik auch in rauen Umgebungen mit abrupten Witterungs- und großen Temperatur-schwankungen wie z.B. bei Start- und Landevorgängen? Gehören Leichtbau und elektromagnetische Störungen zu den Kernthemen in Ihrer Produktentwicklung?

Unsere faseroptischen Sensoren bieten Ihnen genau diese Vorteile: Unempfindlichkeit gegenüber Temperaturschwankungen oder Blitzschlag, Immunität gegenüber EMI, kleinste Abmessung für Gewichtseinsparungen sowie hohe Verlässlichkeit und Wartungsfreiheit.
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Geotechnik und Bauwesen

Für Ihre Messaufgabe müssen die Sensoren im Erdreich eingebettet oder an schwer erreichbaren Orten dauerhaft positioniert werden? In Ihrer Anwendung gibt es hohe Temperaturen, korrosive Flüssigkeiten und Chemikalien?

Gut, denn dafür sind unsere faseroptischen Sensoren gedacht. Die wartungsfreien Sensoren sind auf vielfältige Weise zu installieren und in Ihre Applikation zu integrieren. Auch größere Leitungslängen von bis zu 3 km sind kein Problem. Sie benötigen eine „Plug and Forget“-Lösung? Sprechen Sie uns an.

Bauwerksüberwachung
Condition Monitoring

Alternde Infrastruktur, marode Bauwerke wie z.B. Brücken, und die Langzeit-Überwachung von kritischen Komponenten wird immer wichtiger, da Bauteildehnungen und
-verformungen die Sicherheit von Mensch und Material gefährden.

Dort setzt die faseroptische WLPI-Technologie an und ermöglicht es, robuste Sensoren zu bauen, die weder ein zeitliches Driftverhalten aufweisen noch empfindlich gegenüber Querdehnung sind. Durch die Unempfindlichkeit gegenüber Temperaturschwankungen können die Sensoren an der Messstelle verschweißt werden. Ob nachträgliche Aufrüstung, Überwachung einer Vorschädigung (Rissbildung) oder Integration im Neubau – wir halten die richtigen Lösungen für Ihre Messaufgabe bereit. 

Energie
Erneuerbare Energien

In der Energiebranche wächst der Bedarf, Zustände von Maschinen oder bestimmte Umweltzustände z. B. in Lagerstandorten für radioaktive Abfälle zu überwachen. Die Installation der Sensoren kann, je nach Ausführung, durch Punktschweißen, vollständige Integration, Kleben oder auch in Beton eingebettet erfolgen.

Sie möchten Ihre Maschine oder Windrad präventiv überwachen, um Störungen, Ausfälle sowie Schäden zu verhindern und auch dessen Funktion zu optimieren? Durch die Integration der Sensoren im Komposit der Rotorblätter können die Messungen ohne Änderungen der Aerodynamik erfolgen. Die Bildung von Eis auf den Rotorblättern kann ebenso erfasst werden wie der Pegelstand des umgebenden Wassers.

Mikrowellen in der Chemie- und Lebensmittelindustrie

In der Chemie- und Lebensmittelindustrie werden häufig Mikrowellen in der Produktentwicklung und Forschung eingesetzt. Sei es, um Proben für chemische Analysen vorzubereiten oder gezielte Heizprozesse beispielsweise Trocknung, Kochen, Auftauen, Pasteurisieren oder Sterilisieren von Nahrungsmitteln durchführen zu können.

Wollen Sie Ihre Prozesse in situ überwachen, müssen Sie Messgrößen wie Temperatur und Druck präzise und schnell erfassen. Mit unseren faseroptischen Sensoren können Sie Messungen direkt vor Ort durchführen, da diese eigensicher und immun gegenüber der Mikrowellenstrahlung oder elektromagnetischen Feldern sind. 

Vergleich zwischen WLPI und
anderen faseroptischen Technologien

Gegenüber elektronischen Sensoren bieten faseroptische Sensoren generell einige große Vorteile, beispielsweise ihre Unempfindlichkeit / Immunität gegenüber elektromagnetischen Störungen und Hochspannungen. Sie sind eigensicher, unempfindlich gegen-über Blitzeinschlägen und können mit kleinsten Abmessungen ausgeführt werden. Die Weißlicht-Polarisationsinterferometrie (WLPI) hat darüber hinaus, insbesondere gegenüber konventionellen faseroptischen Technologien wie beispielsweise auf Faser Bragg beruhende Sensoren, weitere Vorteile.

    • Einfachere Installation / Handhabung
      Im Gegensatz zur Faser-Bragg-Technologie haben die Lichtwellenleiter in der WLPI-Technologie nur die Aufgabe das Lichtsignal zwischen Sensor und Auswerteeinheit zu übertragen, daher kann der Lichtwellenleiter mühelos in der Länge angepasst werden. Dazu stehen optische Verlänge-rungskabel zur Verfügung die sich über Steckanschlüsse miteinander verbinden lassen, mühevolles Spleißen des LWL ist nicht erforderlich. Die Montage kann je nach Ap-plikation z.B. durch Punktschweißung, Klebung oder auch durch vollständige Integration in einem Bauteil oder einer Konstruktion erfolgen.
    • Einfachere Anpassung an Anforderung / Flexibilität
      Für die Messgrößen Dehnung, Druck, Weg und Temperatur stehen einige Standard-Sensoren zur Verfügung. Diese Sensoren werden stets an die Anforderung der Anwendung angepasst um sowohl eine optimale Funktion als auch Schutz des Sensors zu gewährleisten. Das Sensordesign eines Drucksensors zur Überwachung eines Treibstofffüll-standes unterscheidet sich sehr von einem Sensor der an die rauen Bedingungen und hohen Temperaturen in der Tiefe einer Ölquelle angepasst wurde, obwohl die Funktionsweise und die verwendete Technologie identisch ist.
    • Höhere Stabilität
      Schwankungen der Lichtintensität haben keine Auswirkungen auf die WLPI-Sensoren, da ihre Funktion nicht auf Intensitätsänderungen beruht, sondern auf der Weglängenänderung im Interferometer. Dadurch können sich optische Verluste, beispielsweise aufgrund von Verlusten im Stecker, Bewegung oder Biegung der Faser nicht auf die Leistungs-fähigkeit des Systems auswirken. Der extrinsische Charakter der WLPI-Technologie ist insbe-sondere für die faseroptische Dehnungsmessung relevant, da die WLPI-Sensoren im Gegensatz zu Faser-Bragg-Sensoren unempfindlich gegen Querdehnungen sind. Zudem entfällt die bei Fiber-Bragg-Sensoren notwendige Temperaturkompensation.

          • Höhere Zuverlässigkeit
            Bei durchgängiger Nutzung des Systems mit der maximalen Lichtintensität beträgt der MTBF-Wert 100.000 Stunden. In der Praxis wird die Lichtquelle nur sehr selten oberhalb von 50% der maximalen Intensität betrieben.
          • Höhere Sicherheit
            Hinsichtlich der erzeugten Energie ist die WLPI sicherer als Laser basierte faseroptische Messverfahren. Für den Fall, dass die Lichtquelle mit maximaler Intensität arbeitet und die Länge des LWL auf 1 cm begrenzt betrüge, wäre die maximal Messbare Intensität am Ende der Faser kleiner als einige Mikrowatt. Im Vergleich dazu kann ein Laser im Stör-fall eine Leistung von einigen hundert Milliwatt abgeben.
          • Wartungsfrei
            Eine breitbandige Lichtquelle wie sie für die WLPI Tech-nologie verwendet wird, muss nicht kalibriert werden. Bei Laser basierte faseroptische Verfahren wie beispielsweise die Faser-Bragg-Technologie müssen regelmäßige War-tungen und Kalibrierungen erfolgen, um das Driftverhalten zu kompensieren und die Wellenlänge und Intensität zu korrigieren.
          • Leicht und kleine Bauweise
            Die WLPI-basierten Sensoren können in sehr kleinen Abmessungen ausgeführt werden. Zudem lassen sich alle Komponenten die zur Signalauswertung benötigt werden auf einem Modul unterbringen, dass in etwa die Größe einer Kreditkarte aufweist.
          • Vielseitig
            Es ist möglich, mit der gleichen Signalauswerteeinheit alle angebotenen Messgrößen zu erfassen.

                   

                  Die nachfolgenden Abbildungen zeigen schematische Darstellungen des Sensordesigns für die entsprechende Messgröße (Temperatur, Druck, Dehnung, Kraft und Weg):

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