Faseroptische GaAs-Sensoren nutzen die temperaturabhängige optische Absorption eines Halbleiterelements. Fluoreszenzsensoren werten dagegen das Abklingen des an der Messspitze ausgesendeten Lichts aus. Beide Verfahren benötigen ein zum jeweiligen Messprinzip passendes Auswertegerät.
Die beiden Technologien sind nicht einfach deshalb austauschbar, weil sie die Bezeichnung „faseroptische Temperatursensor“ tragen. Ein GaAs-Sensor und ein Fluoreszenzsensor basieren auf unterschiedlichen optischen Eigenschaften, verwenden unterschiedliche Sensorelemente und werden typischerweise von unterschiedlichen Auswertegeräten gelesen. Der Name der Technologie allein entscheidet nicht darüber, ob ein Sensor für eine bestimmte Anwendung geeignet ist.
Die Auswahl zwischen GaAs und Fluoreszenz sollte auf dem erforderlichen Temperaturbereich, der für die Messung erforderlichen Genauigkeit, der physikalischen Struktur der Sonde, dem erforderlichen Reaktionsverhalten, der Installationsumgebung und der Kompatibilität mit dem bereits verwendeten oder für das Projekt geplanten Auswertegerät basieren.
GaAs vs. Fluoreszenz: Wichtige technische Unterschiede
Temperaturbereich, Genauigkeit und Reaktion hängen vom Sensorelement, der Sondenkonstruktion und dem kompatiblen Instrument ab, nicht nur vom Technologienamen.
| Aspekt | GaAs-Faseroptiksensor | Fluoreszenzbasierte faseroptischer Sensor |
|---|---|---|
| Messprinzip | Temperaturabhängige optische Absorption eines Halbleiterelements | Temperaturabhängiger Fluoreszenzabfall eines fluoreszierenden Materials |
| Sensorelement | Galliumarsenid (GaAs)-Halbleitersensorelement | Fluoreszierender Leuchtstoff oder fluoreszierende Verbindung |
| Optisches Signal ausgewertet | Verschiebung im Absorptions- oder Transmissionsspektrum | Temperaturabhängige Fluoreszenz-Abklingzeit |
| Messungstyp | Punktmessung an der Messspitze | Punktmessung an der Messspitze |
| Sondenkonstruktion | Halbleiterelement mit der Faserspitze verklebt oder daran befestigt | Fluoreszierendes Element an der Faserspitze befestigt oder beschichtet |
| Überlegungen zum Temperaturbereich | Bestimmt durch die optischen Eigenschaften des verwendeten GaAs-Elements; Die Reichweite hängt vom jeweiligen Produktdesign ab. | Bestimmt durch das spezifische verwendete fluoreszierende Material; Die Reichweite hängt vom jeweiligen Produktdesign ab. |
| Überlegungen zur Genauigkeit | Hängt von der spektralen Auflösung der Abfrageeinheit und der Stabilität des GaAs-Elements ab | Hängt von der Auflösung der Abklingzeitmessung und der Stabilität des fluoreszierenden Elements ab |
| Überlegungen zur Reaktion | Beeinflusst durch Sondengröße, thermische Masse und Art der Montage des Elements | Beeinflusst durch Sondengröße, thermische Masse und Art der Montage des Elements |
| EMI-/HF-Umgebung | Hohe Beständigkeit gegen EMI/HF-Interferenzen entlang des optischen Signalpfads; Die vollständige Systemeignung hängt von der Sonden- und Instrumentenkonstruktion ab. | Hohe Beständigkeit gegen EMI-/HF-Interferenzen entlang des optischen Erfassungspfads; Die vollständige Systemeignung hängt von der Sonden- und Instrumentenkonstruktion ab. |
| Hochspannungsmessung | Kann für Hochspannungspunktmessungen verwendet werden, da das Temperatursignal optisch übertragen wird und keine herkömmliche metallische Sensorverkabelung am Messpunkt erforderlich ist. Die Eignung hängt vom kompletten Sondenaufbau ab. | Gut geeignet für Hochspannungspunktmessungen, da das Sensorsignal optisch übertragen wird und die Sonde ohne leitende elektrische Signalverkabelung am Messpunkt konfiguriert werden kann. |
| Überwachung der Gerätekompatibilität | Erfordert eine Abfrageeinheit zum Lesen von GaAs-Absorptions-/Spektralsignalen | Erfordert eine Abfrageeinheit zum Lesen von Fluoreszenz-Abklingsignalen |
| Anwendungsauswahl | Ausgewählt basierend auf dem Temperaturbereich des Projekts, der Sondengeometrie und der verfügbaren Instrumentierung | Ausgewählt basierend auf dem Temperaturbereich des Projekts, der Sondengeometrie und der verfügbaren Instrumentierung |
Was ist ein faseroptischer GaAs-Temperatursensor?
GaAs bezieht sich auf Galliumarsenid, ein Halbleitermaterial, das als Sensorelement an der Spitze der optischen Faser verwendet wird. Die optischen Absorptionseigenschaften von GaAs ändern sich mit der Temperatur. Licht wird durch die Faser in das GaAs-Element gesendet und die Art und Weise, wie das Material dieses Licht absorbiert oder durchlässt, ändert sich mit der Temperatur.
Ein Auswertegerät analysiert diese optische Verschiebung und wandelt sie in einen Temperaturmesswert um. Das GaAs-Element selbst erzeugt kein Licht; Es verändert das hindurchtretende Licht temperaturabhängig und die Abfrageeinheit interpretiert diese Änderung.
Was ist ein fluoreszierender faseroptischer Temperatursensor?
Ein fluoreszierender faseroptischer Temperatursensor verwendet ein fluoreszierendes Material, das an der Sensorspitze der Faser angebracht ist. Eine durch die Faser zugeführte Anregungslichtquelle veranlasst das fluoreszierende Material, eigenes Licht auszusenden.
Die Art und Weise, wie sich emittiertes Licht nach der Anregung verhält, insbesondere sein zeitlicher Abfall, hängt von der Temperatur der Sensorspitze ab. Das Auswertegerät wertet dieses Fluoreszenzabklingverhalten aus, um die Temperatur am Sondenstandort zu bestimmen. Eine ausführlichere Erläuterung wie die Temperaturmessung mit Fluoreszenzfaseroptik funktioniert ist separat erhältlich.
Die aktuellen faseroptischen Temperatursensorprodukte von INNO basieren auf diesem Fluoreszenzmessprinzip.
Wo GaAs-faseroptische Temperatursensoren häufig verwendet werden
GaAs-faseroptische Temperatursensoren werden in der industriellen Temperaturmessung, in Labor- und Forschungsmesseinrichtungen, in Hochspannungsumgebungen, in denen eine elektrische Isolierung erforderlich ist, sowie in HF- oder elektromagnetischen Umgebungen verwendet, in denen herkömmliche elektrische Sensoren Störungen oder Messfehler verursachen würden.
INNO produziert oder liefert derzeit keine faseroptischen Temperatursensoren auf GaAs-Basis. Dieser Abschnitt dient ausschließlich technischen Vergleichszwecken.
Wo fluoreszenzbasierte faseroptische Temperatursensoren verwendet werden
Fluoreszenzbasierte faseroptische Temperatursensoren werden häufig zur Überwachung von Transformatorwicklungen, Schaltanlagen und elektrischen Verbindungspunkten, Motoren und Generatoren sowie zur Hochspannungstemperaturmessung während der Prüfung und Inbetriebnahme verwendet.
Sie werden auch in MRT-Systemen und anderen Umgebungen mit starken Magnetfeldern, in Mikrowellen- und HF-Testumgebungen sowie für allgemeine industrielle Punkttemperaturmessungen verwendet, bei denen ein elektrisch isolierter Erfassungspfad mit hoher Beständigkeit gegen elektromagnetische Störungen erforderlich ist.
Welche Technologie sollten Sie wählen?
Die Wahl zwischen GaAs und Fluoreszenzsensorik beginnt mit den Messanforderungen und nicht mit der Sensortechnologie selbst. Zu den relevanten Faktoren gehören:
- Der Temperaturbereich, den die Anwendung erfordert – siehe Bereich faseroptischer Temperatursensoren für einen genaueren Blick darauf, wie sich der Bereich auf die Sensor- und Sondenauswahl auswirkt
- Die für den Messpunkt erforderliche Genauigkeit
- Der physische Messpunkt und der Zugang dazu
- The probe dimensions that can physically be installed
- The required fiber length between the sensing tip and the instrument
- The response behavior needed for the process being monitored
- The mechanical environment the probe must withstand
- The electrical and EMI environment, including proximity to high voltage or HF sources
- The monitoring instrument that will be used to read the sensor
- The number of independent measurement points required
- How the sensor needs to integrate with existing monitoring or control systems
Wenn ein Projekt bereits ein bestimmtes Auswertegerät oder eine bestimmte Überwachungsplattform verwendet, ist die Kompatibilität mit dieser Plattform selbst ein primäres Auswahlkriterium, da GaAs-Sensoren und Fluoreszenzsensoren von unterschiedlichen Arten von Abfrageeinheiten gelesen werden. Eine ausführlichere Anleitung zum Auswahlprozess finden Sie unter Auswahl eines faseroptischen Temperatursensors.
GaAs and Fluorescence Are Both Point Temperature Sensing Technologies
GaAs and fluorescence fiber optic temperature sensors are both point sensing technologies. Each probe corresponds to a defined sensing location, and a separate probe is required for each additional measurement point.
Keine der Punktsensortechnologien sorgt für eine kontinuierliche Temperaturverteilung entlang der Länge einer optischen Faser. Wenn ein Projekt eine kontinuierliche Temperaturmessung über mehrere Dutzend Meter oder Kilometer Glasfaser erfordert, fällt diese Anforderung unter die verteilte Temperaturmessung (Distributed Temperature Sensing, DTS), die eine andere Architektur verwendet. Ein detaillierter Vergleich der punktuellen faseroptischen Temperaturmessung und DTS wird separat behandelt.
Fragen, die Sie vor der Auswahl eines faseroptischen Temperatursensors stellen sollten
- Welcher Temperaturbereich ist erforderlich?
- Wo wird die Sensorspitze installiert?
- Welcher Sondendurchmesser und welche Struktur können physisch untergebracht werden?
- Wie lang muss die Glasfaser sein?
- Ist die Umgebung Hochspannung, Hochfrequenz, Mikrowellen oder ein starkes Magnetfeld?
- Wie viele unabhängige Messpunkte sind erforderlich?
- Welches Auswertegerät wird zum Auslesen des Sensors verwendet?
- Welches Kommunikations- oder Überwachungsausgabeformat ist erforderlich?