Flexible Automatisierung beim Fasergitterschreiben
Faseroptische Sensoren arbeiten selbst unter extremen Umgebungsbedingungen zuverlässig. Der Grund: Im Gegensatz zu störungsempfindlichen elektrischen Sensoren nutzen sie ausschließlich Licht als Übertragungsmedium. Zum Schreiben der benötigten Fasergitter steht jetzt ein AUTOMATISCHES System bereit.Faseroptische Sensorik auf Basis von Faser-Bragg-Gittern (FBGs) nutzt im Kern einer Glasfaser befindliche und durch UV-Laser-Bestrahlung erzeugte Interferenzfilter, deren reflektierte Wellenlänge auf Temperatur- oder Dehnungsänderungen reagiert. Beim FBG handelt es sich um eine periodische Modulation des Brechungsindex entlang des Faserkerns. Ein einziges FBG enthält etwa 20000 hochpräzise Modulationen auf einem Faserabschnitt von typischerweise 10 mm Länge (Bild 1).
Die Gitterperiode Λ des FBG bewirkt eine Wellenlängenselektion, wobei die Reflexion des Lichts am FBG gemäß der Bragg-Bedingung λB = neff ⋅ 2Λ ausschließlich für die Bragg-Wellenlänge λB erfolgt, während alle andere Wellenlängen vom FBG durchgelassen werden (Bild 2). neff ist der effektive Brechungsindex des Faserkerns.
Wird die Gitterkonstante oder der effektive Brechungsindex durch Temperaturänderung oder durch Zugbelastung verändert, verschiebt sich die reflektierte Wellenlänge entsprechend. Viele FBGs können entlang einer Faserstrecke positioniert werden, wobei jedes FBG eine charakteristische Gitterkonstante beziehungsweise Reflexion erhält. Ein Auslesesystem berechnet dann für jede FBG-Position aus der Wellenlängenverschiebung die Temperatur- und Dehnungsänderung. FBG-Sensoren liefern Genauigkeiten von 0,1 K und 1 Microstrain (1 μm/m). Faserstrecken von bis zu 10 km können dabei abgefragt werden.
Faseroptische Sensoren im Extremeinsatz
Das Monitoring mit optischen FBG-Sensoren eröffnet neue Möglichkeiten in der Energie- und Medizintechnik sowie im Transportwesen. Windkraftanlagen und auch Flugzeuge sind im Betrieb naturgemäß einer hohen Belastung durch Wind und Wetter ausgesetzt. Faseroptische Sensoren lassen sich hier in glas- und kohlefaserverstärkte Verbundwerkstoffe einlaminieren und bilden damit gewissermaßen ein Nervensystem, welches der Überwachung im Betrieb, aber auch der funktionsoptimierten Strukturentwicklung dienen kann. Die robusten FBG-Sensoren gewährleisten gleichermaßen in der Gebäudeüberwachung Sicherheit, lange Lebensdauer sowie optimale Energieausnutzung und befinden sich daher weltweit in unzähligen hohen Türmen, langen Brücken oder Tunneln. In der Medizintechnik stellen sie aufgrund der Unempfindlichkeit gegen Hochfrequenz-Bereiche die Überwachungssensorik bei Magnetresonanz-Tomografen dar.
Die Marktforscher von ElectroniCast erwarten für den Gesamtmarkt der faseroptischen Sensoren über die nächsten Jahre hohe Wachstumsraten von etwa 20 Prozent. Der Markterfolg der FBG-Sensoren sowie die Erschließung weiterer Anwendungsfelder sind dabei stark an das kostengünstige Schreiben von FBGs mit variabler Gitterperiode gekoppelt...
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