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Structural health monitoring by distributed fiber optic sensors embedded into technical textiles
(2012)
Technical textiles with embedded distributed fiber optic sensors have been developed for the purposes of structural health monitoring in geotechnical and civil engineering. The distributed fiber optic sensors are based on Brillouin scattering in silica optical fibers and OTDR in polymer optical fibers. Such 'smart' technical textiles are used for reinforcement of geotechnical and masonry structures. The embedded fiber optic sensors provide online information about the condition of the structure and about the occurrence and location of any damage or degradation.--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Technische Textilien mit integrierten faseroptischen Sensoren eröffnen neue Möglichkeiten der Zustandsüberwachung (structural health monitoring) in Geotechnik und Ingenieurbau. Die verteilt messenden Sensoren basieren auf der Brillouin-Streuung in Glasfasern und auf der OTDR in polymeroptischen Fasern. Derartige 'intelligente' technische Textilien werden in erster Line zur Verstärkung von geotechnischen Bauwerken und von Gebäuden genutzt. Die integrierten Sensoren liefern eine zeitnahe Information über den bestimmungsgemäßen Zustand des Bauwerks sowie über die Entstehung und den Ort von lokalen Bauwerksschäden.
Auf der Grundlage der in DIN EN 61757-2-2:2017 beschriebenen Standardisierungsmethoden wurden in dieser Arbeit wichtige Leistungsparameter von vier kommerziellen Messsystemen zur ortsaufgelösten faseroptischen Erfassung der temperatur- und dehnungsabhängigen Brillouin-Frequenzverschiebung untersucht. Gemäß der oben genannten Norm konzentrierte sich hier die Ermittlungsprüfung auf messtechnische Aspekte reiner Temperaturmessungen. Dabei diente die Ermittlung von einem festgelegten Satz dreier Betriebsverhaltenskenngrößen in Form von quantitativen Angaben des Messfehlers, der Wiederholgenauigkeit sowie der räumlichen Unsicherheit einem Vergleich der getesteten Messsysteme.
Alle faseroptischen Messungen wurden mit einer Faserschleife ausgeführt, d. h. als Sensorkonfiguration der Messfaser wurde eine Schleifenanordnung gewählt. Die Messverfahren der getesteten Messysteme basierten somit auf der Brillouin-optischen Zeit- bzw. Frequenzbereichsanalyse. Die Betriebsverhaltenskenngrößen wurden ferner bei unterschiedlichen Werten zweier messtechnischer Parameter, des Frequenzschrittes und der Mittelungsrate, für Standardeinstellungen der Laserleistungswerte der in die Sensorfaser einzukoppelnden Laserlichtsignale ermittelt. Auf diesem Weg lassen sich relevante Aussagen zur Optimierung der Messgenauigkeiten in Bezug auf Messdauer treffen.
Auf der Grundlage der in DIN EN 61757-2-2:2017 beschriebenen Standardisierungsmethoden wurden in dieser Arbeit wichtige Leistungsparameter von vier kommerziellen Messsystemen zur ortsaufgelösten faseroptischen Erfassung der temperatur- und dehnungsabhängigen Brillouin-Frequenzverschiebung untersucht. Gemäß der oben genannten Norm konzentrierte sich hier die Ermittlungsprüfung auf messtechnische Aspekte reiner Temperaturmessungen. Dabei diente die Ermittlung von einem festgelegten Satz dreier Betriebsverhaltenskenngrößen in Form von quantitativen Angaben des Messfehlers, der Wiederholgenauigkeit sowie der räumlichen Unsicherheit einem Vergleich der getesteten Messsysteme.
Alle faseroptischen Messungen wurden mit einer Faserschleife ausgeführt, d. h. als Sensorkonfiguration der Messfaser wurde eine Schleifenanordnung gewählt. Die Messverfahren der getesteten Messysteme basierten somit auf der Brillouin-optischen Zeit- bzw. Frequenzbereichsanalyse. Die Betriebsverhaltenskenngrößen wurden ferner bei unterschiedlichen Werten zweier messtechnischer Parameter, des Frequenzschrittes und der Mittelungsrate, für Standardeinstellungen der Laserleistungswerte der in die Sensorfaser einzukoppelnden Laserlichtsignale ermittelt. Auf diesem Weg lassen sich relevante Aussagen zur Optimierung der Messgenauigkeiten in Bezug auf Messdauer treffen.