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Industrielle Sensorik mit vielseitigen VCSEL-Laserlösungen

Industrielle Sensoren nutzen für unterschiedlichste Anwendungen in anspruchsvollen Umgebungen und unter extremen Bedingungen die VCSEL-Technologie. Vorteile sind die hohe Leistungsfähigkeit und Kosteneffizienz.

Moderne VCSEL-Technologie für industrielle Sensorik in anspruchsvollen Umgebungen

VCSEL-Arrays werden in verschiedenen Produktions-, Fertigungs- und Automatisierungsumgebungen eingesetzt, unter anderem in intelligenten Sensoren wie Drucksensoren, Temperatursensoren und Industrie 4.0-Lösungen. Sie sind als hocheffiziente, einfach installierbare Lösungen in hermetisch versiegelten TO-Gehäusen erhältlich und eignen sich auch für raue Umgebungen. Auf dem Markt für Industriesensoren treiben VCSEL auch verschiedene andere Arten von Sensoren und 3D-Sensoren voran. Hierzu zählen Füllstandsensoren, Gassensoren, Bildsensoren, Durchflusssensoren, Positionssensoren, Abstandssensoren, Feuchtigkeitssensoren und Automatisierungssensoren. Auch viele andere Sensoren, die in Hightech-Anwendungen wie 3D-Bildgebung, Industrieroboterkomponenten, Überwachung oder vorausschauender Wartung eingesetzt werden, profitieren von VCSEL-Sensortechnik.

Warum VCSEL-Laser für die Industrie-Sensorik einsetzen?

VCSEL-Laser sind zuverlässige und hochleistungsfähige Lichtquellen für Sensoranwendungen in der Industrie. Single-Mode-VCSEL in TO-Gehäusen eignen sich perfekt für anspruchsvolle industrielle Umgebungen. Sie sind vielseitig, kostengünstig und lassen sich leicht in Fertigungsprozesse integrieren.

Für anspruchsvolle und raue Bedingungen gemacht

VCSEL sind in hermetisch dichten TO-Gehäusen erhältlich. Sie sind äußerst widerstandsfähig gegen Beschädigungen, selbst in den anspruchsvollsten industriellen Produktionsumgebungen.

Präzise Steuerung

VCSEL im TO-Gehäuse sind auch mit integriertem TEC und Thermistor zur präzisen Steuerung der Lasertemperatur erhältlich.

Verfügbar in verschiedenen Wellenlängen

Für eine Vielzahl von Anwendungsanforderungen stehen vielseitige industrielle Sensorlösungen mit Wellenlängen von 760 nm bis 940 nm zur Verfügung.

Niedrige Leistung

Die Single-Mode-VCSEL-Plattform ist für extrem niedrigen Stromverbrauch und hohe Ausgangsleistung ausgelegt.

Gemeinsam mit TRUMPF haben wir einen neuen robusten optischen 3D-Sensor für die Geschwindigkeits- und Abstandsmessung entwickelt. Dank des VCSEL-Ansatzes können unsere Kunden nun Messaufgaben lösen, für die bisher keine geeignete Sensortechnologie zur Verfügung stand. Das ist auch deshalb so spannend, weil sich das berührungslose Verfahren sehr einfach per Software an die jeweiligen Bedürfnisse anpassen lässt.

Heiko Krebs

Senior Vice President Product Management, SICK AG

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Wo wird die VCSEL-Technologie für industrielle Sensorlösungen eingesetzt?

Die Industrie-Sensorik bietet eine Vielzahl von Anwendungsfeldern für berührungslose Lasermesstechnik, wie z.B. Sauerstoffmessung, industrielle Encoder, Atomuhren, Geschwindigkeits-, Tiefen- und Entfernungsmessung sowie Näherungsmessung in verschiedenen Maschinentypen.

Sauerstoffmessung und Gassensorik

Optische Sensoren können mithilfe der VCSEL-Technologie Partikel in der Umgebung messen. Single-Mode-VCSEL eignen sich hervorragend für TDLAS-Anwendungen (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy). Die schmale Linienbreite und die präzise Regelung mit TEC machen den Single-Mode-VCSEL zu einer guten Wahl für TDLAS-Systeme. Einsatzgebiete sind beispielsweise die Überwachung, Steuerung und Druckmessung in verschiedenen industriellen Umgebungen wie der chemischen und pharmazeutischen Industrie.

FTIR-Spektrometer

FTIR, oder Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie, bietet schnelle optische Infrarotmessungen mit guter Signalqualität. Temperaturstabilisierte Single-Mode-VCSEL sind für FITR gut geeignet, da sie eine geringe Temperaturabhängigkeit der Emissionswellenlänge (0,06 nm/K) aufweisen. Darüber hinaus unterstützt die typische schmalbandige spektrale Emission von 100 MHz die Anforderungen von FTIR-Anwendungen.

Encoder

Optische Encoder erfordern hochpräzise Signale und Zuverlässigkeit unter anspruchsvollen Betriebsbedingungen. Single-Mode, polarisationsgesperrte VCSEL-Lösungen sind die richtige Komponente für diese Aufgabe, da sie ein gaußförmiges Strahlprofil, eine geringe Leistungsaufnahme, eine lange Kohärenzlänge und eine hervorragende Zuverlässigkeit aufweisen.

Geschwindigkeits- und Abstandsmessung

Geschwindigkeits- und Abstandsmessung zur genauen und zuverlässigen berührungslosen Messung von Objekten kommt in einer Vielzahl von industriellen Prozessen zum Einsatz. Hierzu zählen z. B. die Schnittlängenmessung, Geschwindigkeitsregelung bei Rolle-zu-Rolle-Prozessen oder im Druck (Textilien, Vliesstoffe usw.). Selbstmischende Interferenz (SMI) VCSEL sind hierfür perfekt geeignet. Bei VCSEL mit integrierter Photodiode (ViP) misst die Photodiode die Interferenz des Lichtsignals und das System berechnet die Geschwindigkeit der Bewegung anhand der Frequenzdifferenz. Der Sensor erfasst direkt die Geschwindigkeit und Richtung sowie indirekt die Position und Ausdehnung des Teils.

Partikelsensorik

Kleine Partikel mit Größen zwischen 0,5 und 10 µm lassen sich hochgenau mit VCSEL-basierten Sensoren in Echtzeit erfassen. Die kleinen Laserdioden sind einfach in Module und Systeme zu integrieren und wartungsfrei. Schmutz oder Sonnenlicht machen den VCSEL-Sensoren nichts aus und VCSEL-basierte Lösungen können sowohl im Innen- als auch Außenbereich zum Einsatz kommen.
VCSEL mit integrierter Photodiode (ViP) ermöglichen die selbstmischende Inferenz (SMI) Messmethode, sodass der Sensor gleichzeitig Lichtquelle ist und reflektiertes Licht auch weiter verarbeiten kann.

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