Untersuchung des Dehnungsübertragungsverhaltens geklebter faseroptischer Sensoren (ePub)

Einleitung

Den faseroptischen Sensoren wird bereits seit einiger Zeit grosse Aufmerksamkeit zuteil. Unter dem Leitwort "Materialprüfung" sind in diesem Zusammenhang eine kaum überschaubare Anzahl an Forschungsberichten und Fachartikeln entstanden. Diese Aufmerksamkeit ist begründet, denn die Prüfung von Bauteilen im Bauwesen auf ihre Integrität und Tragfähigkeit hat heute einen hohen Stellenwert erreicht. Darüber hinaus werden Fasersensoren zusehends in Überwachungs- und Diagnosesystemen für die Industrie- und die Verkehrstechnik integriert. Im Mittelpunkt steht die Echtzeit-Zustandsüberwachung und Schadensfrüherkennung.
Insbesondere die mechanische Beanspruchung (Materialdehnung) und die Temperaturentwicklung an kritischen Stellen sind hierbei von Interesse. In Folge dessen können Rückschlüsse auf die Belastung und somit die Lebensdauer von z. B. Anlagen getätigt werden [1]. Entsprechend ist die mechanische Dehnung wesentliches Ziel messtechnischer Anwendungen. Der Vorteil optischer Sensoren liegt in ihrem hohen Auflösungsvermögen. Die Kopplung von Mechanik und Optik bedeutet im Prinzip die Beeinflussung eines gegebenen optischen Strahlengangs mit einer Längenänderung der Laufstrecke. Je nach Art des Sensors werden unterschiedliche optische Effekte genutzt. Die messbaren Eigenschaften einer Lichtwelle sind Intensität, Wellenlänge, Laufzeit, Phasenlage oder Polarisationszustand.
Im Fokus dieser Arbeit stehen Fabry-Pérot-Interferometer und Faser-Bragg-Gitter als optische Dehnungssensoren. Zu Beginn der Arbeit werden sie im Aufbau und ihrer Funktion erläutert. Innerhalb der praxisnahen Ausführungen sind dann die erforderlichen Messtechnologien und die Ausgabedaten beschrieben. Grösste Aufmerksamkeit wird z. Z. den eingebetteten Fasersensoren zu Teil. Sie sind integriert in Verbundwerkstoffe oder Betonbauteile. Faser-Bragg-Gitter Sensoren (FBG) werden vielfach für die statische bzw. quasistatische Überwachung von baustofftechnischen Veränderungen im Fertigungsprozess [2], oder während struktureller Belastung über einen grossen Zeitraum hinweg verwendet. Dynamische Untersuchungen mit grösseren Abtastraten der Messsignale lassen sich, gerätetechnisch bedingt, dagegen nur bis zu einigen zehn Kilohertz realisieren. FBG Sensoren basieren auf dem Effekt der Interferenz-Reflexion phasengleicher Teilreflexe einer bestimmten Wellenlänge [3]. Die Teilreflexe einer breitbandigen Strahlung entstehen an periodisch variierenden Brechzahlbereichen im Faserkern.
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