Messprinzip mit Einzelsensor am Faserende
An der Spitze einer Glasfaser ist ein GaAs-Kristall angebracht, um das seit vielen Jahren bestens bewährte Verfahren der temperaturabhängigen Bandkantenverschiebung auszunutzen. Dabei wird weißes Licht vom System zum Kristall geschickt und dort durch die Lage der aktuellen Bandkante – diese ist mit 0,4 nm/K temperaturabhängig – spektral verändert. Das am Kristallende zurückreflektierte Licht wird dann mittels eines Spektrometers analysiert, um daraus auf der Basis einer werkseitigen Kalibrierung die Temperatur zu ermitteln. Der Temperaturmessbereich umfasst –200 °C bis +300 °C, wobei Genauigkeiten bis zu 0,1 °C erreichbar sind.
Messprinzip der verteilten Messung über Faser-Bragg-Gitter
Faser-Bragg-Gitter (FBGs) werden erzeugt, indem die Faser an einer bestimmten Position mit einem periodischen Muster intensiver UV-Strahlung belichtet wird. Der Brechungsindex der Faser wird an dieser Stelle „moduliert“. Auf diese Weise werden Sensoren an beliebigen Stellen in eine gewöhnliche Glasfaser „geschrieben“. Das Gitter reflektiert Licht eines schmalen Wellenlängenbereichs, der bei Temperatur- und Dehnungsänderungen verschoben wird. In eine einzelne Faser können hunderte FBGs geschrieben und simultan mit einem einzigen System abgefragt werden. Diese Technik erlaubt die Überwachung von Temperatur, Dehnung oder auch Beschleunigung und Neigung in großen Strukturen, beispielsweise bei der Designvalidierung neuer Konstruktionen und Strukturüberwachung von Bauwerken. Der Temperaturmessbereich umfasst hier –50 bis +300 °C (mit Spezialfasern sogar bis zu +800 °C) bei einer erreichbaren Genauigkeitvon bis zu 0,1 °C und einer räumlichen Auflösung von einem Millimeter.
Messprinzip der verteilten Messung über die Rayleigh-Streuung
Erweitert man ein Optical Backscatter Reflectometer (z. B. Luna OBR 4400) um die Sensing Option erhält man ein sehr flexibles, hochauflösendes System geeignet für die verteilte Temperatur- oder Dehnungsmessung entlang einer Glasfaser. Das OBR ist in der Lage kleine Brechungsindexschwankungen über die Rayleigh Streuung zu messen und Frequenzverschiebungen im reflektierten Licht, verursacht durch Größenänderungen dieser Strukturen durch Temperatur oder Dehnung der Glasfaser, ortsaufgelöst darzustellen. Da dies mit unterschiedlichsten Glasfasern funktioniert, stehen eine Vielzahl möglicher Sensoren zur Verfügung.
Polytec Magazin
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Faser-Bragg-Sensoren in der Praxis
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