Fluoroptische Temperaturmessung

Im Jahr 1978 begründete Luxtron (heute LumaSense Technologies) den Bereich der faseroptischen Temperaturmessung durch Einführung der Fluoroptic®-Technologie. LumaSense-Produkte, in denen Fluoroptic®-Technologie zur Temperaturmessung eingesetzt wird, sind in untenstehender Tabelle aufgeführt.

Die Fluoroptic®-Technologie beruht auf der Abklingzeit eines speziellen Sensors  mit einer wärmeempfindlichen, phosphoreszierenden Beschichtung, der an einen Lichtwellenleiter (siehe Abbildung 1) angeschlossen ist. Das von einer Erregungs-LED erzeugte Licht wird über eine Sondenverlängerung und Anschlüsse zur Phosphorschicht an der Sondenspitze weitergeleitet. In älteren Fluoroptic®-Temperatursystemen kamen Xenon-Blitzlampen zum Einsatz, die mit der Zeit ausgetauscht werden mussten. Für aktuelle Systeme werden LEDs verwendet, die praktisch niemals ersetzt werden müssen.

Abbildung 1. Phosphorsensor am Ende der faseroptischen Sonde wird von einer LED im Messgerät erregt (rotes Licht).

Fällt auf den Fluoroptic©-Sensor rotes Licht von der LED, emittiert der Sensor über ein breites Spektrum Licht im nahen Infrarotbereich (siehe Abbildung 2). Die Zeit zum Abklingen der Fluoreszenz hängt von der Temperatur und der Zusammensetzung der Phosphorschicht am Sensor ab. Nach dem Lichtpuls der LED wird das abklingende Fluoreszenzsignal zurück durch den gleichen Lichtwellenleiter zum Messgerät übertragen, wo es auf einen Detektor gerichtet wird. Das Signal des Detektors wird elektronisch verstärkt und nach dem Abschalten der gepulsten LED abgefragt.
 

Abbildung 2. Nach der Erregung durch den LED-Lichtimpuls emittiert der Sensor Licht, dessen Abklingzeit von der jeweiligen Temperatur abhängig ist.

Aus der gemessenen Abklingzeit wird dann über die Messsoftware anhand einer Kalibriertabelle ein Temperaturwert in der nachgeschalteten Auswerte-Elktronik errechnet. Je nach Temperatur- und Einsatzbereich werden unterschiedliche Kalibriertabellen verwendet. Der Gesamttemperaturbereich dieser optischen Sensortechnologie liegt derzeit jedoch zwischen 200 °C und 330 °C.

Da das Erregungslichtsignal und das abklingende Fluoreszenzsignal über denselben Lichtwellenleiter übertragen werden, sind die faseroptische Sonde und Sensorspitze sehr kompakt. Das ist insbesondere in der medizinischen Forschung von Bedeutung, wo faseroptische Sonden mit einem Durchmesser von nur 0,5 mm (STB-Sonden) verfügbar sind. Andere Sondenkonfigurationen und kundenspezifische faseroptische Temperatursensoren sind auf Anfrage erhältlich.