TY - CHAP A1 - Wosniok, Aleksander ED - Werneck, M.M. ED - da Silva Barros Allil, R.C T1 - POF Sensors for Structural Health Monitoring N2 - The ever more ambitious strategic goals of meeting the requirements in ensuring technical safety and security of civil structures have resulted in flourishing development of innovative structural health monitoring (SHM) technologies for early damage diagnosis and prognosis. At the same time, implementing SHM systems provides tangible economic benefits derived from lower life-cycle costs associated with reduction in the maintenance, repair and insurance expenses. Due to the large size and harsh environmental conditions common to most civil structures, the broad range of favorable physical-mechanical properties of POFs allow for customized monitoring solutions for a wide variety of applications. In addition to common SHM-related advantages of optical fibers including their electromagnetic immunity, small size, lightweight as well as spark-free and non-conductive characteristics, POFs offer better bending and fracture resistance then their glass-counterparts. Particularly, the improved robustness of POFs, their ease of handling, low Young’s Modulus and high elastic limit of 10% compared to 1% in silica glass [1] are relevant to practical applications. Depending on the composition, dopants, drawing process and geometry [2], strain measurement up to 45% [3] or even above 100% [4,5] has been demonstrated with standard POFs. Therefore, the dominant market expected for POF sensors includes monitoring of high-strain-rate deformations in earthwork structures, crack detection in concrete and masonry structures [6] or overstressing in high-rise steel structures exposed to moisture, corrosion, leakage, fatigue, vibration, fire, overflow, earthquake and intentional damage. For fracture monitoring within concrete structures, the sensory usage of POFs becomes especially favorable since the extremely alkaline environment of concrete mixtures is well known to be corrosive to standard silica glass optical fibers (GOFs) [1,7]. Most of advanced distributed sensing techniques are commonly based on Rayleigh backscatter reflectometry using commercially available multimode (MM) POFs. Such typical MM POFs range from a step-index (SI) poly(methyl methacrylate) (PMMA) POF having a core diameter of 1 mm to a low-loss graded-index (GI) perfluorinated (PF) POF based on poly(perfluorobutenyl-vinylether) also known as CYTOP [8] with a 50 µm core diameter. The relatively low optical attenuation value of 30 dB/km at 1.3 µm [9,10] makes PFGI POFs also interesting for distributed Brillouin sensing [11-14]. Compared to GOFs, PFGI POFs offer better potential for temperature measurement and have comparably low theoretical attenuation limit [15]. Therefore, POF-based distributed Brillouin sensing is expected to play an important role in the future of SHM, especially at high-strain ranges. The significance of the Brillouin measurment technique can be also enhanced by further development of the single-mode (SM) POFs which are still subject of research and are used for coherent detection techniques [6]. Furthermore, SM PMMA POFs have been characterized in a Mach-Zehnder interferometer setup for strain values up to 15.8% [16,17]. The current development of SM perfluorinated and microstructured POFs (mPOFs) represents an immense promise for quasi-distributed dynamic measurement at high strain levels based on fiber Bragg grating (FBG) technology. While SM mPOFs with optical losses of about 1 dB/m can be fabricated [6], the SM PF POFs presented by Zhou et al. feature low attenuation of even less than 0.2 dB/m in the wavelength range of 1.41 µm to 1.55 µm [18]. At the same time, the SM PF POFs have the potential for improved thermal stability compared to their PMMA counterparts [19]. This whole chapter provides a comprehensive overview on current POF-based sensing principles and SHM technologies, highlighting their diverse applications in civil engineering structures. In the application-related context, close attention is paid to the development of smart sensor-based geotextiles and geogrids. Such geosynthetics-integrated distributed POF sensors have proven to be a promising solution for two- or even tree-dimensional monitoring of critical high mechanical deformations in both geotechnical and masonry structures. Moreover, geosynthetics in the form of nonwoven geotextiles as well as polymer-based geogrids used as carrier materials for POF sensors enable optimized load transfer from the monitored structure to the measuring fiber without losing their original functionality. In other words, smart geosynthetics provide a cost-efficient dual solution for, on the one hand, well-established increase of structure stability and decrease of erosion effects, on the other hand, early-warning and detection capabilities in the prevention and elimination of potential hazards and lasting damages. KW - Plastic Optical Fiber Sensor KW - OTDR KW - Brillouin Sensing KW - Interferometric Sensor KW - FBG KW - Long Period Grating KW - Smart Geosynthetics PY - 2020 SN - 978-1-13829-853-8 SP - 267 EP - 283 PB - CRC Press Taylor & Francis Group CY - Boca Raton, FL, USA AN - OPUS4-50561 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wosniok, Aleksander T1 - Multifunktionale Geokunststoffe - nachhaltige Zustandsüberwachung durch ortsaufgelöste faseroptische Sensoren N2 - Vorstellung von Entwicklungsarbeiten zum Thema sensorbasierte Geokunststoffe mit integrierten faseroptischen Sensoren. T2 - 14. Bautextilien-Symposium BAUTEX 2020 CY - Chemnitz, Germany DA - 29.01.2020 KW - Intelligente Geokunststoffe KW - Sensorbasierte Geokunststoffe KW - Faseroptischer Sensor KW - Ortsverteilter Sensor PY - 2020 AN - OPUS4-50321 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wosniok, Aleksander A1 - Krebber, Katerina ED - Karabay, G. ED - Kara, S. T1 - Smart geosynthetics for structural health monitoring using fully distributed fiber optic sensors N2 - We report on the development of a complete system for structural health monitaring of large-scale geotechnical structures. The system uses Brillouin frequency domain analysis (BOFDA) for distributed measurement of strain and temperature along glass optical fibers (GOFs) by determining the so-called Brillouin frequency shift (BFS). ln a number of research activities we managed to optimize the BOFDA measurement setup regarding the spatial resolution and the accuracy of the measured quantities. Moreover, we realized a simultaneaus measurement of strain and temperature by using nonzero dispersion-shifted fibers (NZDSFs) with several multiple Brillouin scattering resonances. ln cooperation with our German and ltalian industry partners we finally succeeded in fabricating low-attenuation smart geosynthetics as a sensor component of a fully distributed Brillouin-based fiber optic monitaring system. T2 - 6th International Technical Textiles Congress CY - Izmir, Turkey DA - 14.10.2015 KW - Brillouin scattering KW - Distributed sensor KW - Fiberoptic sensor KW - Optical fiber KW - Structural health monitoring PY - 2015 SN - 978-975-441-448-6 SP - 215 EP - 218 PB - Meta Basim Pr. AN - OPUS4-34772 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wosniok, Aleksander T1 - Smart Geosynthetics for Structural Health Monitoring Using Fully Distributed Fiber Optic Sensors T2 - 6th International Technical Textiles Congress CY - Izmir, Turkey DA - 2015-10-14 PY - 2015 AN - OPUS4-34825 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Petrov, Sergej A1 - Neumann, Patrick P. A1 - Werner, Klaus-Dieter A1 - Wosniok, Aleksander A1 - Lazik, D. A1 - Bartholmai, Matthias ED - Nicoletto, G. ED - Pastrama, S.D. ED - Emri, I. T1 - Concept for investigating mechanical and thermal impacts on distributed subsurface gas monitoring N2 - A multifunctional sensor in line shape was developed and introduced in previous work for measuring of gas concentrations, temperature change, and strain. A current field study focuses on a spatially distributed monitoring of subsurface CO 2 gas storage sites in near real time. Mechanical impacts, e.g., caused by construction work, denudation, and seismic activity, can affect the integrity of underground gas storage sites. Thermal or moisture impacts, e.g., caused by weather conditions, can influence the gas Distribution behavior. In this paper, we briefly describe the setup of a CO 2 injection soil test field. This setup contains actuating elements for the investigation of mechanical and thermal impacts on distributed subsurface gas monitoring. A concept is given for evaluating these impacts and first experimental results are presented. T2 - 32nd DANUBIA ADRIA SYMPOSIUM on Advances in Experimental Mechanics CY - Starý Smokovec, Slovakia DA - 22.09.2015 KW - Linear sensor KW - Distributed sensor KW - Monitoring of CO 2 KW - Subsurface monitoring KW - Gas storage areas KW - Membrane-based gas sensing KW - Fibre optical sensing PY - 2016 DO - https://doi.org/10.1016/j.matpr.2016.03.060 SN - 2214-7853 VL - 3 IS - 4 SP - 1124 EP - 1128 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-35688 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wosniok, Aleksander A1 - Jansen, R. A1 - Cheng, L. A1 - Chruscicki, Sebastian T1 - Ortsaufgelöste Zustandsüberwachung von Brückenbauwerken mittels faseroptischer Sensoren N2 - In der vorliegenden Studie wurde der Einfluss der statischen Verkehrsbelastung auf die geringen Durchbiegungseffekte in der Betonkonstruktion einer bestehenden Brücke mittels ortsauflösender faseroptischer Sensoren untersucht. Dabei tragen die Ergebnisse der an der Amsterdamer Brücke 705 durchgeführten Belastungstests wesentlich zum Verständnis des Strukturverhaltens bei. Das Konzept der statischen Belastung basierte auf dem Einsatz von zwei 36-Tonnen-Lastwagen, die an mehreren vorbestimmten Stellen auf der Brücke anhielten. Die auf diese Weise aufgebrachte Last führte zu ortsabhängigen kleinen Durchbiegungseffekten, die als lokale Längsdehnung der an der Unterseite der Brücke integrierten Sensorfaser aufgezeichnet wurden. Die reflektometrischen Messungen beruhten auf dem Prinzip genannt TW-COTDR (Tunable Wavelength Coherent Optical Time Domain Reflectometry). Die Messgenauigkeit lag im Bereich von 0,5 µm/m. T2 - DGZfP-Jahrestagung 2021 CY - Online meeting DA - 10.05.2021 KW - Frequenzbereichsreflektometrie KW - Ortsaufgelöste Fasersensorik KW - Rayleigh-Streuung PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-526752 UR - https://jahrestagung.dgzfp.de/Programm#P73 SP - 1 EP - 8 PB - Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung (DGZfP) CY - Berlin AN - OPUS4-52675 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wosniok, Aleksander T1 - Faseroptische Strahlungssensoren für kerntechnische Anwendungen N2 - Faseroptische Strahlungssensoren ermöglichen ein räumlich verteiltes Online-Monitoring entlang der gesamten Sensorfaser. Verschiedene Messverfahren nutzen überwiegend zwei durch die ionisierende Strahlung in optischen Fasern induzierte Effekte, d. h. die Erhöhung der optischen Dämpfung und die damit verbundene Veränderung des Brechungsindex des Fasermaterials. Die Sensitivität der Strahlungssensoren lässt sich je nach Anwendung durch die Wahl der Dotierstoffe im Glasfaserkern sowie der Art des Polymermaterials des POF-Sensors beeinflussen. Ferner ist die Sensitivität auch durch den Betrieb bei geeigneten Wellenlängen einstellbar. Bei dem sensorischen Einsatz von faseroptischen Sensoren muss auch die vorhandene Ausheilung des Sensors sowie die Abhängigkeit der erfassten Messsignale von der Temperatur und der Dosisleistung berücksichtigt werden. T2 - 2. Tage der Standortauswahl CY - Online meeting DA - 11.02.2021 KW - Faseroptischer Strahlungssensor KW - Ortsauflösende Fasersensorik KW - Strahlungsinduzierte optische Dämpfung PY - 2021 AN - OPUS4-52112 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wosniok, Aleksander T1 - Faseroptische Strahlungssensoren für kerntechnische Anwendungen N2 - Faseroptische Strahlungssensoren ermöglichen ein räumlich verteiltes Online-Monitoring entlang der gesamten Sensorfaser. Verschiedene Messverfahren nutzen überwiegend zwei durch die ionisierende Strahlung in optischen Fasern induzierte Effekte, d. h. die Erhöhung der optischen Dämpfung und die damit verbundene Veränderung des Brechungsindex des Fasermaterials. Die Sensitivität der Strahlungssensoren lässt sich je nach Anwendung durch die Wahl der Dotierstoffe im Glasfaserkern sowie der Art des Polymermaterials des POF-Sensors beeinflussen. Ferner ist die Sensitivität auch durch den Betrieb bei geeigneten Wellenlängen einstellbar. Bei dem sensorischen Einsatz von faseroptischen Sensoren muss auch die vorhandene Ausheilung des Sensors sowie die Abhängigkeit der erfassten Messsignale von der Temperatur und der Dosisleistung berücksichtigt werden. T2 - 2. Tage der Standortauswahl CY - Online meeting DA - 11.02.2021 KW - Faseroptischer Strahlungssensor KW - Ortsauflösende Fasersensorik KW - Strahlungsinduzierte optische Dämpfung PY - 2021 AN - OPUS4-52113 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wosniok, Aleksander T1 - Ortsaufgelöste Zustandsüberwachung von Brückenbauwerken mittels faseroptischer Sensoren N2 - In der vorliegenden Studie wurde der Einfluss der statischen Verkehrsbelastung auf die geringen Durchbiegungseffekte in der Betonkonstruktion einer bestehenden Brücke mittels ortsauflösender faseroptischer Sensoren untersucht. Dabei tragen die Ergebnisse der an der Amsterdamer Brücke 705 durchgeführten Belastungstests wesentlich zum Verständnis des Strukturverhaltens bei. Das Konzept der statischen Belastung basierte auf dem Einsatz von zwei 36-Tonnen-Lastwagen, die an mehreren vorbestimmten Stellen auf der Brücke anhielten. Die auf diese Weise aufgebrachte Last führte zu ortsabhängigen kleinen Durchbiegungseffekten, die als lokale Längsdehnung der an der Unterseite der Brücke integrierten Sensorfaser aufgezeichnet wurden. Die reflektometrischen Messungen beruhten auf dem Prinzip genannt TW-COTDR (Tunable Wavelength Coherent Optical Time Domain Reflectometry). Die Messgenauigkeit lag im Bereich von 0,5 µm/m. T2 - DGZfP-Jahrestagung 2021 CY - Online meeting DA - 10.05.2021 KW - Ortsaufgelöste Fasersensorik KW - Frequenzbereichsreflektometrie KW - Rayleigh-Streuung PY - 2021 UR - https://jahrestagung.dgzfp.de/Programm#P73 AN - OPUS4-52632 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wosniok, Aleksander A1 - Krebber, Katerina T1 - Faseroptische Strahlungssensoren für kerntechnische Anwendungen N2 - Der Anstieg der Vielfalt nuklearer Anwendungen weit über die Bereiche der kerntechnischen Stromerzeugung erhöht die Relevanz der Entwicklung und Anwendung neuer Technologien zur Strahlungsüberwachung. Auch die offenen Sicherheitsfragen bei der Entsorgung radioaktiver Abfälle einschließlich Zwischen- und Endlagerungsproblematik verstärkt die Nachfrage nach effizienten Monitoringsystemen zum Schutz von Mensch und Umwelt vor ionisierender Strahlung. Aufgrund ihrer messtechnisch vorteilhaften Materialeigenschaften stellen die faseroptischen Strahlungssensoren eine vielversprechende Alternative zu traditionellen Dosimetern dar. Bedingt durch ihre kleinen Abmessungen, elektromagnetische Unempfindlichkeit und ihr geringes Gewicht können faseroptische Sensoren in einer harschen Umgebung an schwer zugänglichen Stellen eingesetzt werden. Darüber hinaus bietet diese Art der Sensoren die Möglichkeit der ortsverteilten Messung entlang der gesamten Sensorfaser. Somit kann durch eine einzelne optische Faser eine Vielzahl an punktuell messenden Sensoren ersetzt werden. Dieser Beitrag beschreibt die in der BAM vorangetriebenen Entwicklungen unterschiedlicher Sensorprinzipien, -lösungen und -verfahren zur Detektion ionisierender Strahlung. T2 - 2. Tage der Standortauswahl CY - Online meeting DA - 11.02.2021 KW - Faseroptischer Strahlungssensor KW - Ortsauflösende Fasersensorik KW - Strahlungsinduzierte optische Dämpfung KW - Gammastrahlung KW - Rayleigh-Streuung KW - Brillouin-Streuung PY - 2021 SP - 43 AN - OPUS4-52211 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wosniok, Aleksander T1 - Optical fibers for sensing applications: Towards ionizing radiation monitoring N2 - Overview about existing fiber optic sensing techniques including ionizing radiation monitoring. T2 - WP7 Meeting EU project PREDIS CY - Online meeting DA - 05.02.2021 KW - Fiber optic sensor KW - Radiation-induced attenuation KW - Radiation sensing fibers KW - Distributed sensing PY - 2021 AN - OPUS4-52090 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wosniok, Aleksander A1 - Krebber, Katerina T1 - Distributed fiber optic radiation sensors N2 - In this work, we present our results achieved in several research activities for development of distributed fiber optic radiation sensors using glass and polymer optical fibers. The findings show that both the measurement of the radiation-induced attenuation (RIA) along the entire sensing fiber and the accompanying change in the refractive index of the fiber core can be used for distributed radiation monitoring. T2 - safeND CY - Online meeting DA - 10.11.2021 KW - Distributed fiber optic radiation sensors KW - Radiation-induced attenuation KW - Optical fiber sensor KW - Incoherent optical frequency domain reflectometry PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-537531 DO - https://doi.org/10.5194/sand-1-15-2021 VL - 1 SP - 15 EP - 16 AN - OPUS4-53753 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wosniok, Aleksander T1 - Fibre optic sensors for monitoring tasks in a radiation environment N2 - The topic of the presentation are distributed fiber optic measurement techniques that can be used for long-term monitoring of strain, temperature and radiation distribution in the radiation environment. The fiber optic sensors applied to the surface of waste packages provide detection and localization of cracks. T2 - Workshop WP7.3 EU project PREDIS CY - Online meeting DA - 15.11.2021 KW - Distributed sensing KW - Fiber optic sensor KW - Radiation sensing fibers KW - Brillouin distributed fiber sensor KW - Distributed acoustic sensing PY - 2021 AN - OPUS4-53751 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wosniok, Aleksander T1 - Distributed fiber optic radiation sensors N2 - In this work, we present our results achieved in several research activities for development of fiber optic dosimeters. The findings show that both the measurement of the radiation-induced attenuation (RIA) along the entire sensing fiber and the accom panying change in the refractive index of the fiber core can be used for distributed radiation monitoring in the kGy and MGy range, respectively. Depending on the fiber type and material the RIA shows varying response to dose rates, environmental temperatures and the wavelength of the laser source used. T2 - safeND CY - Online meeting DA - 10.11.2021 KW - Distributed sensing KW - Fiber optic radiation sensor KW - Radiation sensing fibers KW - Radiation-induced attenuation PY - 2021 AN - OPUS4-53752 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -