097V - Messen mit Licht - Faseroptischer Sensor für spezifische Messanforderungen

097V - Messen mit Licht - Faseroptischer Sensor für spezifische Messanforderungen

In der Praxis stoßen konventionelle Messtechnologien für Temperatur-, Dehnungs- und Schwingungsmessung bei spezifischen Anforderungen immer wieder an Grenzen. Grenzbereiche entstehen z. B. bei spezifischen Anforderungen wie extreme Umweltlasten, geringes Einbauvolumen, geringe Masse, große Messbereiche und lange Übertragungsstrecken. Messtechnologien, die im Gegensatz zur Elektronik mit Licht als Übertragungsmedium der physikalischen Messgröße arbeiten, bieten hier entscheidende Vorteile. Bei den vielfältigen Gestaltungsmöglichkeiten beim Messen mit Licht stechen vor allem die faseroptischen Sensoren (FOS) deutlich hervor. Die Vorteile von FOS im Vergleich zu elektrischen Sensoren liegen auf der Hand: Simultane und parallele Erfassung von verschiedenen Parametern (Dehnung, Temperatur, Druck, Beschleunigung, chemische und biologische Messgrößen etc.) Erhebliche Gewichtseinsparungen bei Mehrkanalanwendungen, z. B. 100 Messstellen bei einem Gesamtgewicht (Auswerteeinheit + Verkabelung) von 5 kg Herausragende Messeigenschaften, wie z. B. große Messbereiche bei Dehnung (max. 5%), Temperatur (von kryogen bis 800°C) und Langzeitstabilität Unempfindlich gegenüber extremen Umweltlasten (EMV, Beschleunigungen, chemische Verträglichkeit Minimales Einbauvolumen und Möglichkeit der strukturkonformen Einbettung in Verbundwerkstoffe. Die Messstellen sind so genannte Bragg-Gitter, die mit einem UV-Laser in den Faserkern eingeschrieben werden. Eine Vielzahl von Bragg-Gittern können an beliebigen Orten entlang einer Sensorfaser verteilt werden. Die Bragg-Gitter filtern aus einem breiten Spektralbereich ein beliebiges, schmales Spektralband heraus. Thermomechanisch induzierte Dehnungen der Faser bewirken lineare Veränderungen der Gitterkonstante und damit eine Verschiebung des gefilterten Spektralbands. Abb.1: Basisversion der Auswerteeinheit. Abb.2: Funktionsprinzip von Bragg-Gittern in Lichtwellenleitern
Innovative Aspekte
Die zentrale optoelektronische Auswerteeinheit ist sehr kompakt und robust aufgebaut und erlaubt so Applikationen auch unter rauen Umgebungsbedingungen. Das Gesamtsystem hat bereits einen semi-kommerziellen Status erreicht und kann auch als Industrieversion ausgeliefert werden. Die Basisversion der Auswerteeinheit ist skalierbar und kann auf verschiedene Anwendungen bezüglich Daten-, mechanischen und elektrischen Schnittstellen angepasst werden. Eine intelligente Datenverarbeitung stellt sicher, dass Fehler sofort erkannt werden. Wesentliche Vorteile im Vergleich zur klassischen Instrumentierung bzw. zu anderen FOS-Systemen sind: Simultane Erfassung von bis zu 300 Messpunkten in mehreren parallelen Fasern (Multiplexing-Technologie) Bewährtes Design für raue Umweltbedingungen (qualifiziert für Weltraumapplikationen) Sehr niedriges Systemgewicht: 5 kg inklusive Verkabelung! Messbereich: Dehnung: bis 20.000 µm/m, Temperatur: -250°C bis +800°C elektrisch passiver Sensor mit idealer galvanischer Trennung (kein Funkenschlag) Abtastrate bis 1000 Hz.
Anwendungspotenzial
Die vorgestellte FOS-Technologie ist im Industriebereich vor allem für Mehrkanalanwendungen geeignet, z. B. Condition Monitoring von großen Strukturen von Flugzeugen, Rotorblättern von Windanlagen oder Schiffsrümpfen. Im Vergleich zu elektrischen Dehnungsmessstreifen kann das Gewicht durch Verkabelung und Auswerteeinheiten von mehreren Tonnen auf einige Kilogramm verringert werden. Bei Windanlagen spielen die lange Lebensdauer, hohe Festigkeit und der inhärente Blitzschutz eine wichtige Rolle. Weitere Anwendungsbeispiele sind: Füllstandssensorik von aggressiven und kryogenen Flüssigkeiten Lasten im Bauwesen (Brücken, Gebäude), Anlagenbau, Windkanäle, Kräne Temperaturmessung bei der Ölförderung.
Art der Zusammenarbeit
Interesse besteht an Kooperationen und Joint Ventures hinsichtlich der Entwicklung und Realisierung kundenspezifischer Lösungen.
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