Sensor Instruments
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Was ist Bicone?


Was versteht man eigentlich unter dem „BICONE“-Verfahren?
Bei dem „BICONE“- oder Doppelkegelverfahren handelt es sich um ein optisches Messverfahren, bei dem im Reflexlichtbetrieb mittels spezieller Lichtleiter der Abstand zu einem Messobjekt ermittelt werden kann.

Funktionsprinzip

BICONE-Verfahren ohne Referenzzweig

Hierzu wird ein Lichtleiterfaserbündel verwendet, dessen Lichtleitfasern in zwei Bereiche (Sender- und Empfangsbereich) unterteilt sind, die unmittelbar nebeneinander oder in einem bestimmten Abstand zueinander angeordnet sind.

Typische Lichtleiterfrontends:
Doppellichtleiter-Anordnung (Kunststofffasern)  
Halbmondförmige Anordnung

 Zirkulare Anordnung  Linienförmige Anordnung
 

Über die Senderfasern wird nun Licht (mittels LED oder Laserdiode) eingespeist:
 


Ein Teil des von der Objektoberfläche reflektierten Lichtes trifft nun wieder auf das Lichtleiterfrontend und der Teil des Lichtes, der auf die Empfängerfasern unter einem Winkel auftrifft, der deren numerischen Apertur (Einzugswinkelbereich) nicht überschreitet, gelangt an den Empfänger (z.B. eine Fotodiode)
 
 

Der Bereich, der nun vom Lichtkegel des Senders erfasst wird und der Empfangskegel der durch den maximalen Empfangswinkel (bedingt durch die NA (numerische Apertur)) vorgegeben ist bildet nun eine genaue Schnittmenge (Überlappungsbereich).




Es zeigt sich nun, dass bei zunehmendem Objektabstand das vom Empfangszweig aufgenommene Licht zunächst ansteigt um anschließend, nach Erreichen eines maximalen Wertes wieder abzufallen. Die Zunahme des Signales auf der Empfängerstrecke mit größer werdendem Abstand hat seine Ursache in der zunehmenden Schnittmenge der sich überlappenden Sende- und Empfangskegel. Der Grund für die anschließende Abnahme des Empfangssignals ist nun in der mit zunehmendem Abstand geringer werdenden Lichtmenge, die auf die Lichtleiterfläche des Empfängers auftrifft, zu suchen. Nach Auftreffen des vom Senderlichtleiter auf das Objekt gerichtete Licht, wird dieses zum Teil diffus in den gesamten Halbraum reflektiert, aber selbst bei direkt reflektiertem Licht (hochreflektierenden Oberflächen) erfolgt mit zunehmenden Abstand eine Abnahme des Empfangssignals. Erfreulicherweise nimmt zunächst das Empfangssignal proportional mit Vergrößern des Objektabstandes, d.h. linear zu, um dann nach Erreichen eines maximalen Wertes wieder linear abzufallen.
 
Dabei erfolgt der Anstieg wesentlich steiler als der anschließende Signalrückgang.
 
 

Damit nun eine eindeutige Interpretation des Empfangssignales gegeben ist, muss man sich bei einer Applikation entweder für den Nahbereich (schneller Signalanstieg, dadurch höhere Genauigkeit, aber auch kleinerer zur Verfügung stehender Messbereich) oder aber für den Fernbereich (langsamer Abfall des Empfangssignales, im Vergleich zum Nahbereich reduzierte Genauigkeit aber auch ein relativ großer Messbereich) entscheiden. Der Bereich rund um den maximalen Signalwert sollte hingegen gemieden werden.
 
Da es sich bei dieser Messmethode um ein sogenanntes energetisches Verfahren handelt, ist zwingend darauf zu achten, dass nach erfolgter Kalibrierung immer auf die gleiche (sowie gleichbleibende) Oberfläche gemessen wird.
 
BICONE-Verfahren mit Referenzzweig
Ändert sich hingegen die Messoberfläche muss auf einen sog. Referenzempfänger zurückgegriffen werden. Mit dem Referenzzweig wird dabei das Reflexionsverhalten der Messoberfläche beurteilt. Die Signalauswertung erfolgt somit normiert, d.h. in Relation zum Referenzsignal:
 

 
 


Halbmondförmige Anordnung 
Zirkulare Anordnung Linienförmige Anordnung

 
 


Bedingt durch die Normierung ergibt sich nun in Bezug auf den Objektabstand eine nahezu lineare Signalzunahme. Eine Unterscheidung zwischen Nah- und Fernbereich muss hierbei nicht mehr getroffen werden.
 
 
 
Sensoren für das BICONE-Verfahren ohne Referenzzweig
SPECTRO-1-FIO  SPECTRO-1-FIO-IR
 SPECTRO-1-FIO-UV/VIS
 
 

Bei den SPECTRO-1-FIO Sensoren handelt es sich um hochpräzise temperaturkompensierte Auswerteeinheiten, die mittels PC parametriert und mittels Konvertierungstabelle kundenspezifisch kalibriert und linearisiert werden können. Eine Reihe von verschiedenen Lichtleitern als auch Lichtquellen (IR-LED, UV-C-LED sowie Weißlicht-LED) stehen zur Auswahl.
 
SPECTRO-1-POF SPECTRO-1-POF-IR



Sensoren für das BICONE-Verfahren mit Referenzzweig

SPECTRO-2-FIO SPECTRO-2-FIO-
(IR1/IR)/(IR1/IR)
SPECTRO-2-FIO-
(IR2/IR)/(IR3/IR)


 


 


 

Bei den SPECTRO-2-FIO Sensoren handelt es sich um hochpräzise temperaturkompensierte 2-Kanalsysteme. Wobei hier (in Verbindung mit den BICONE-Lichtleitern) ein Kanal als Referenzzweig dient. Das Sensorsystem kann über eine Windows®-Oberfläche parametriert sowie kundenspezifisch über eine Tabelle kalibriert und linearisiert werden.
 
Verschiedene Lichtleiter stehen für unterschiedliche Lichtquellen (UV-C, IR, Weißlicht) und Abstandsbereiche zur Verfügung.

 


AKTUELLES

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Neue Sensoren:
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