Robuste systemfähige faseroptische Sensoren

Dieses Projekt soll die Grundlagen der Funktion von hochdynamischen faseroptischen Sensoren für mechanische Dehnungsuntersuchungen und robuste Konfigurationen der Lichtleiterfasern entwickeln. Dabei kommt ein erprobtes interferometrisches Messprinzip zum Einsatz, das Verformungen in Fotodiodensignale konvertiert. Solche faseroptischen Sensoren zeichnen sich durch extrem hohe Empfindlichkeit, hohe Stabilität, große Bandbreite, geringe Temperaturabhängigkeit und hohe Immunität gegen elektromagnetische Störfelder aus. Dynamische Dehnungen entstehen in technischen Bauteilen durch mechanische Schwingungen, Schallwellen, Ultraschall und mechanische Wechselkräfte. Ihre messtechnische Erfassung ist für viele Bereiche der Technik von großem Interesse. Die faseroptische Schwingungsdetektion ist beispielsweise für die zerstörungsfreie Materialprüfung mit Ultraschall, zur Überwachung großer Maschinen und in der Motorenentwicklung von größtem Interesse. Ein gravierender Nachteil der Glasfasersensoren ist aber deren mechanische Fragilität, welche die praktische Handhabung extrem erschwert und den Betrieb der Sensoren in rauer Umgebung meist verhindert. Um diesen Nachteil weitgehend zu eliminieren wird im Zuge des vorliegenden Projekts eine neuartige, mechanisch robuste Anordnung der Faseroptik in Form von kompakten, anpassungsfähigen Modulen entwickelt, welche die empfindlichen Fasern schützt ohne die Messeigenschaften gravierend zu verschlechtern und so deren problemlose Anwendung in der Praxis außerhalb der Entwicklungslabors ermöglicht. Dafür soll auch ein praktisch anwendbares physikalisches Modell der Sensorfunktion für die neuartigen Bauformen entwickelt werden. Moderne Computermethoden werden zur Unterstützung des Sensorentwurfs etabliert. Mit einem speziell konstruierten Versuchsaufbau soll die Gültigkeit der Modelle und die Eigenschaften der robusten Fasersensoren auch experimentell verifiziert werden. Dazu wird mit Hilfe vorhandener Finite Elemente Software die komplette Wirkungskette der Versuchsanordnung, bestehend aus piezoelektrischem Aktuator, Wellenausbreitung und Detektion der elastischen Wellen mit dem faseroptischen Sensor, computernumerisch nachgebildet werden. Durch den robusten Aufbau wird der potentielle Anwenderkreis interferometrischer Sensoren von speziell ausgebildeten Physikern auf den geschulten Messtechniker im Feld ausgedehnt. Die gewonnenen Erkenntnisse bezüglich der robusten Sensorkonstruktion sollen durch Erweiterung der Funktionalität besonders hinsichtlich Aufbereitung der interferometrischen Daten zu weiterverarbeitbaren Messsignalen und Komponenten zur einfachen Systemanbindung ergänzt werden. Als primäres Einsatzgebiet und Modellanwendung ist die Ultraschalldiagnostik an sicherheitskritischen Bauteilen in Kombination mit piezoelektrischen Aktuatoren zu betrachten. ** Diese Arbeit wird von der Europäischen Kommission durch den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung gemäß Artikel 4 EFRE und dem Land Niederösterreich kofinanziert.