A fényvezető szálas szenzorok használata az automatizálásban

A fényvezető szálas szenzorokat alkalmazzák mind a modern robotikában, mind az automatizálásban. A fényvezető szálas technológia összehasonlíthatatlanul jobb a hagyományos optikai megoldásoknál. Előnyeinek köszönhetően, a fényhullámok továbbítását nem zavarják az elektromágneses terek, a veszteségek minimálisak, továbbá a modulált fénysugár széles sávja kihasználható.

Szenzorok az automatizálásban – általános osztályozás

Az automatizálásban különféle szenzorokat használnak, amelyek számos módon kategorizálhatók. Az alapbesorolás szerint, a szenzorok kimenőfokozata alapján az alábbi szenzorokat különböztetjük meg: PNP, NPN, feszültség, elektronikus és PIN. Viszont sokkal lényegesebb a használat és a működés szerinti csoportosításuk. E kritérium szerint a szenzorokat az automatizálásban az alábbi kategóriákba lehet sorolni:

• pozicionáló érzékelők: mágneses, kapacitív, induktív;

• optikai érzékelők: fényvisszaverő, reflexiós, tárgyreflexiós;

• mechanikus;

• mozgásérzékelők: sebességmérők, forgójeladók (abszolút és inkrementális);

• folyamatérzékelők: hőmérséklet, nyomás, szint.

A továbbiakban kizárólag az optikai érzékelők alcsoportjára fogunk összpontosítani, vagyis a fényvezető szálas szenzorokra.

Mi is az a fényvezető szálas szenzor és hogyan működik?

A fényvezető szálas technológia és az optoelektronika dinamikus fejlődése azt eredményezte, hogy a fényvezető szálakat és a fényvezető szálas szenzorokat egyre inkább használják a gazdaság és az ipar számos területén: az elektrotechnikától és távközléstől kezdve a tágabb értelemben vett iparon és robotikán át az egészségügyi és élelmiszeripari ágazatig. A fényvezető szálas technológiai megoldásokat elsősorban a mérő- és vezérlőberendezések területén használják, átviteli közegként is. A fényvezető szálas szenzor nem más, mint a mérőút elején elhelyezett átalakító vagy átalakítóegyüttes. Ezek az átalakítók meghatározhatják a mért mennyiség értékét és feldolgozhatják azt a kimeneti jel paramétereinek változásaiban. A fényvezető szálas szenzor működésének leírása során meg kell határozni a belső és a külső moduláció működését. A fényvezető szálban áramló fényhullám belső modulációja akkor következik be, amikor egy külső tényező közvetlenül hat a fényvezető szálra. Külső modulációnak a fényvezető szálból már kivezetett fényhullámra gyakorolt hatást nevezzük. A fényvezető szálas szenzor belső modulációval történő működése során a fényvezető szál korlátozott része érzékelőfej szerepét tölti be, ahol a fényvezető szálra ható külső tényezők megváltoztatják a terjedő fényhullám paramétereit. A fényhullám-paraméterek modulációs módszere a fényvezető szálas szenzorral integrált fényvezető szál típusától függ. A szenzorokat az automatizálásban aktív és passzív berendezésekre lehet osztani. Az aktív fényvezető szálas szenzor olyan szerkezetű, amely az optikai jel forrását tartalmazza, ezzel szemben a passzív fényvezető szálas szenzor a működéséhez optikai energiaellátást igényel. A fényvezető szálas alkalmazások többsége az automatizálásban a passzív érzékelőkön alapul, amelyeket más néven paraméteres érzékelőknek hívunk.

A fényvezető szálas szenzorok fajtái

Számos kritérium létezik a fényvezető szálas szenzorok csoportosítására, a legfontosabbak közül említést érdemel: a fényvezető szálas szenzor jelfeldolgozásának a helye, a mért mennyiségről és a kimenő jel formájáról szóló információk fogadásának a módszere. E kritérium szerint megkülönböztethetünk külső feldolgozású (hibrid) fényvezető szálas szenzorokat, amelyekben a jel be- és kivezetése az érzékelőből fényvezető szál segítségével történik, és belső feldolgozású (teljesen) fényvezető szálas szenzorokat. Ezekben az érzékelőkben a fényvezető szál optikai jelátalakítóként és hullámvezetőként is működik. A hibrid szenzorok közé sorolhatók többek között az átviteli és a fényvisszaverő elemek vagy a többmódú polarimetriás érzékelők. A teljesen fényvezető szálas szenzorok többek között a mikroturbáns érzékelők, a Bragg hálós érzékelők és az interferometriai érzékelők.

Csoportosítás a mért mennyiségre vonatkozó információk alapján

E kritérium alapján a szenzorokat az automatizálásban az alábbiak szerint különböztetjük meg: egypontos fényvezető szálas szenzorok, illetve többpontos és a térben folyamatos vételű szenzorok. Az egypontos szenzorok a fényvezető szálak kapcsolata csökkenésének mértékét használják, például a fényvisszaverő érzékelők. A többpontos szenzorok a veszteségváltozások kihasználásának, a fluoreszcencia intenzitás polarizációjának, vagy a visszafelé szóródás intenzitásának elve szerint működnek. A veszteségváltó szenzorok közé tartoznak többek között a fényvezető szálas mikrohajlású elmozdulás-, erő- és nyomásérzékelők. A térben folyamatosan jelet fogadó szenzorok az automatizálásban főleg a tartályok, a berendezések és a gépek hőmérséklet-eloszlásának mérésére valók.

A fényvezető szálas technológia lehetőségei

A fényvezető szálas technológia – különösen a fényvezető szálas szenzorok – területén a jelenleg alkalmazott megoldásokat leginkább a mérőberendezéseknél használják. A vonalhossz menti minimális veszteségek, az elektromágneses interferencia elleni teljes védelem, valamint az adatátadás sebessége azt eredményezik, hogy a fényvezető szálas technológiákban rejlő lehetőségek számos területen kiszorítják az eddig alkalmazott hagyományos optikai technikákat.
A fényvezető szálas szenzorok és a fényvezető szálas technológia alapvető előnyeiként megemlíthető:

• az elektromágneses interferencia elleni teljes védelem;

• a feldolgozás jelentős érzékenysége;a távközlési rendszerekkel való összekapcsolás lehetősége – annak köszönhetően, hogy az optikai jel nem elektromos kimeneti jel;

• a működtetés lehetséges veszélyes és kedvezőtlen környezetben (kémiailag agresszív, gyúlékony vagy potenciálisan robbanásveszélyes környezetben);

• kompakt méretek;

• nagy érzékenység, pontosság és megbízhatóság;

• lehetőség az érintés nélküli működésre;

• széles sávszélesség, amely lehetővé teszi az információk gyors átadását.

A fenti előnyöknek köszönhetően fényvezető szálak és fényvezető szálas érzékelők specifikációja lehetővé teszi az automatizálásban való használatukat többek között az alábbi területeken:

• az intelligens struktúrákban, ahol a szenzorok közvetlenül a kompozit anyagokba vannak implementálva, a rezgések, a hőmérséklet és a feszültségek észlelésére szolgálnak;

• az elektromágneses térbeli anomáliák észlelésére az áramelosztó rendszerekben;

• szivárgásérzékelésre;

• a hőmérséklet és a feszültség ellenőrzésére;

• az akusztikus emisszió pontos mérésére;

• markoló mechanizmusokban és egyéb alkalmazásokban, ipari manipulátorokban és mobil robotokban;

• egy méret többpontos, vagy több méret többpontos mérőrendszereiben.

A fényvezető szálas érzékelőket hatalmas előnyeik miatt sikeresen használják az energetikában, az iparban, az oktatásban, az orvostudományban, a védelmi iparban és a légi közlekedésben, vagy akár az élelmiszeriparban és az élelmiszertesztelésben egyaránt.


TME Hungary Kft.
1146 Budapest, Hermina út 17.
Tel.: +36 1 220 67 56
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
www.tme.hu