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2022-08-18T21:12:41Z

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Ein '''faseroptischer Sensor''' (FOS) ist ein spezieller [[Messaufnehmer]] (Sensor) für [[Optik|optische]] [[Messverfahren]] auf Grundlage von [[Lichtwellenleiter]]n (LWL). Bei faseroptischen Sensoren wird die [[Messgröße]] nicht durch eine elektrische Größe repräsentiert bzw. übertragen, sondern durch eine optische.


Lichtwellenleiter werden in der Nachrichten- und Kommunikationstechnik zur Datenübertragung, oder auch in der [[Automatisierungstechnik]], eingesetzt und zeichnen sich neben der hohen Bandbreite vor allem dadurch aus, dass sie eine Übertragung ermöglichen, die unanfällig gegenüber äußeren Einflüssen ist, beispielsweise gegenüber [[Elektromagnetisches Feld|elektromagnetischen Feldern]].
Trotz dieser im Allgemein guten und störungsfreien Übertragungseigenschaften können auch die optischen Signale in Lichtwellenleitern durch innere und äußere Einflüsse gedämpft oder verändert werden, vgl. Artikel [[Lichtwellenleiter#Grenzen der Übertragung|Lichtwellenleiter]]. Sie reagieren unter anderem stark auf geometrische Änderungen des Wellenleiters durch Biegung, Zug, Druck oder Torsion sowie allgemein gegenüber Änderung der Lichtführungseigenschaften, wie Beschädigungen des Mantelmaterials. An diesem Punkt setzen faseroptische Sensoren an. Bei ihnen ist die Beeinflussung der Lichtsignale durch äußere Parameter explizit erwünscht.

Ausgewertet wird die Änderung verschiedener Parameter des eingesetzten Lichts, dazu zählen vor allem die [[Intensität (Physik)|Intensität]], [[Wellenlänge]] (Farbe) und [[Polarisation]] sowie die [[Laufzeitmessung|Laufzeit]] der Signale. Am einfachsten lässt sich die Intensitätsänderung und somit die [[Transmission (Physik)|Transmissionseigenschaften]] über eine Dämpfungsmessung erfassen. Die anderen Parameter benötigen in der Regel einen etwas aufwändigeren Messaufbau, so sind für die Erfassung der Wellenlängenänderung ein [[Spektrometer]] und für die Erfassung der Polarisation entsprechende [[Polarisator]]en und Modulatoren notwendig.


Man unterscheidet zwei Klassen faseroptischer Sensoren:<ref name="Mitschke4">{{Literatur |Autor=Fedor Mitschke |Titel=Glasfasern - Physik und Technologie |Verlag=Elsevier - Spektrum Akademischer Verlag |Datum=2005 |ISBN=3-8274-1629-9 |Seiten=249–257}} (''12 Faseroptische Sensoren'')</ref><ref name="Blumentritt">{{Literatur |Autor=Marc Blumentritt |Titel=Faseroptische Sensoren zur Überwachung chemischer Korrosionsprozesse in Stahlbetonbauwerken |Verlag=Cuvillier Verlag |Datum=2007 |ISBN=3-86727-399-5 |Seiten=72f |Online={{Google Buch |BuchID=jb2WEtjA1gYC |Seite=72}}}}</ref><ref name="LMang">{{Literatur |Autor=Martin Löffler-Mang |Titel=Optische Sensorik: Lasertechnik, Experimente, Light Barriers |Verlag=Vieweg+Teubner Verlag |Datum=2012 |ISBN=3-8348-1449-0 |Seiten=186–190 |Online={{Google Buch |BuchID=34azl8XhWrcC |Seite=186}}}}</ref>
#''intrinsisch'': Hier dient die Glasfaser direkt als Messaufnehmer und ist somit zugleich Sensor als auch Leitung. Beispiele sind:
#*''faseroptische Drucksensoren'', bei denen durch [[Druck (Physik)|Druck]] induzierte Biegeverluste zu Transmissionsänderungen in der Glasfaser führen.
#*''[[faseroptische Temperaturmessung]]'' zur ortsaufgelösten Temperaturmessung durch temperaturabhängige [[Raman-Streuung]] in der Glasfaser.
#*Messung von Dehnung oder Temperatur durch ein in die Glasfaser integriertes [[Faser-Bragg-Gitter]] (Bestimmung der reflektierten Wellenlänge durch ein Spektroskop)
#*''[[Faserkreisel]]'' zur Messung der [[Winkelgeschwindigkeit]] mittels [[Interferenz (Physik)|Interferenz]] zweier in einer aufgewickelten Glasfaser gegenläufig umlaufender Lichtstrahlen (basierend auf dem [[Sagnac-Interferometer]]).
#*Das ''faseroptische [[Hydrophon]]'' zur Messung von Druckschwankungen im Wasser (Unterwassermikrophon) kann nach dem Prinzip des [[Mach-Zehnder-Interferometer]]s aufgebaut werden. Eine von zwei Faserspulen ist dabei vor Umwelteinflüssen geschützt, die andere befindet sich im Wasser. Druckschwankungen im Wasser verändern die optische Länge dieser Faserspule. Die Empfindlichkeit steigt mit der Anzahl der Wicklungen. Alternative Bauformen des faseroptischen Hydrophons sind beschichtete Endflächen der Faser, die über eine Längenänderung bei Druckänderung ebenfalls eine interferometrische Messung erlauben oder die Nutzung des piezooptischen Effekts (Brechungsindex des Wassers ist druckabhängig).
#*Bei ''faseroptischen [[Dosimeter]]n'' wird der Effekt ausgenutzt, dass durch [[ionisierende Strahlung]] Fehlstellen im Glas entstehen, welche zu einer verringerten Transmission führen. Da der Effekt kumulativ und nahezu [[Irreversibler Prozess|irreversibel]] ist, besitzen diese Dosimeter einen größeren Linearitätsbereich und die Anzeige ist langzeitstabiler als bei anderen Bauformen.
#''extrinsisch'': Hier dient die Glasfaser nur als Überträger der vom Sensor erfassten Messgröße, die jener als optisches Signal zur Verfügung stellen muss. Beispiele sind:
#*''Glasfaser-[[Pyrometer]]'' bei denen die zur Temperaturmessung benutzte [[Infrarot]]-Strahlung zu schwer zugänglichen Messorten transportiert werden kann ([[Hochofen]] etc.).
#*''faseroptische Temperatursonden'' bei denen die temperaturabhängige Kinetik der [[Phosphoreszenz]] von an der Spitze der Glasfaser angebrachten Magnesium-Fluorgermanats zur Temperaturmessung benutzt wird.
#*''optische [[Mikrophon]]e'' ([[Glasfaser-Schallwandler]]<ref>{{cite web | title=Der Glasfaser-Schallwandler | url=https://www.heise.de/tp/features/Der-Glasfaser-Schallwandler-3439249.html | accessdate=2011-08-13 |first=Wolf-Dieter |last=Roth |date=2005-04-18 |work=Heise Online }}</ref>) bei denen die [[Schalldruck]]änderungen an der Membran in optische Intensitätsänderungen umgewandelt werden, durch [[Reflexion (Physik)|Reflexion]] von Laserlicht an der sich bewegenden Membran.
#*''faseroptische [[Lichtschranke]]n'', werden zur Objekterfassung in der Automatisierungstechnik eingesetzt. Optik und Elektronik sind in diesem Fall zu Gunsten der Applikation getrennt angeordnet.
#*'' faseroptischer Temperatursensor'', dessen Glasfaserspitze mit einem [[Galliumarsenid]]-Kristall bestückt ist, der, im Hinblick auf dessen Eigenschaft unter Temperatureinwirkung die Lage der Bandkante zu verändern, ausgewertet wird.<ref name="cc_Fieberthermometer">{{Literatur |Autor=Claus Renschen|Titel=Fi(e)berthermometer. Prinzipien und Anwendungen der faseroptischen Temperaturmessung|Sammelwerk=LASER+PHOTONIK|Band=|Nummer=4|Datum=2004|Seiten=38-40|ISSN= 1610-3521|Online=https://weidmann-optocon.com/wp-content/uploads/2019/12/Fi_e_berthermometer.pdf|Format=PDF|KBytes=214|Abruf=2022-08-18}}</ref>

== Siehe auch ==
* [[Faseroptik (Fachbereich)]]
* [[Faseroptik (Bauelement)]]
* [[Faseroptischer Nano-Temperatursensor]]

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Sensor]]
[[Kategorie:Faseroptik]]

Faseroptischer Sensor - Versionsgeschichte

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