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Organisationseinheit der BAM
- 8 Zerstörungsfreie Prüfung (10)
- 8.6 Faseroptische Sensorik (8)
- 7 Bauwerkssicherheit (4)
- 8.1 Sensorik, mess- und prüftechnische Verfahren (4)
- 7.4 Baustofftechnologie (3)
- 7.1 Baustoffe (2)
- 8.2 Zerstörungsfreie Prüfmethoden für das Bauwesen (2)
- 6 Materialchemie (1)
- 6.7 Materialsynthese und Design (1)
- 7.2 Ingenieurbau (1)
Eingeladener Vortrag
- nein (6)
Sensors integrated into devices and structures provide essential data to control, optimize or manage machines and structural components. In the last years, processes, applications and machine parts became more and more intelligent. Consequently, the need for sensor validation increased significantly in order to rely on sensor data and measurement results.
Structure-integrated fibre optic strain sensors, such as fiber Bragg gratings (FBG), are of special interest in the composite manufacturing industry. This type of sensor makes it possible to gain information and to collect measurement data about entire production processes and whole life-time cycles of composite-made machine parts and structures. However, validation concepts and approaches for this type of sensors are barely reported in literature. Furthermore, all the reported activities have the drawback that the sensor diagnosis strategy is implemented as limited mathematical models and/or complex time-consuming spectral analysis tools which are applied in data post-processing loops. However, to automate sensor validation and to apply real-time and in-field sensor fault detection, it is necessary to acquire measurement data and information about the measurement reliability at the same time.
An auto-validation tool for the reliability quantification of materials integrated fiber Bragg grating (FBG) strain sensors have been developed and tested. The FBG strain sensor was jacketed with a magnetostrictive layer based on iron-nickel which, when excited by a specific magnetic field, adds an artificial strain to the sensor. The fixed relationship between magnetic induction and wavelength shift of the FBG strain sensor characterizes the bond strength and adhesion between the sensor and the surrounding structure. Due to an easily applicable magnetic field, it is possible to validate the sensor performance in a non-contact, fast way without disturbing the data-acquisition process.
In diesem Paper wird ein absolut messendes faseroptisches Messsystem zur Bestimmung des Gap-Abstandes von niedrig reflektierenden losen und festen extrinsischer Fabry-Pérot Interferometer (EFPI) vorgestellt. Die häufigste Methode zur Bestimmung von Dehnungen oder Bewegungen durch EFPI-Sensoren ist eine kontinuierliche relative Ermittlung einer Veränderung mit einer nachträglichen Auswertung. Unterbrechungen in der Datenerfassung oder Fehler bei der Interferenzstreifen-Auswertung führen zu einer nicht abschätzbaren Messunsicherheit. Damit war es bis dato nicht möglich, eine absolute Veränderung von eingesetzten EFPI-Sensoren zu bestimmen. Mit dem an der BAM entwickelten Verfahren, ist dies jetzt möglich, die absolute Veränderung zu bestimmen. Dieses System namens 'EFPI-Scan' wird in dem Papier dargestellt werden.
The absolute detection of a gap distance of loose and ftxed extrinsic Fabry-Perot interferometer (EFPI) sensors with conventional measurement Systems is not possible. Due to this EFPI-sensors were deemed to be unfit for distance determination in comparision with FBG sensors. With the conventional measurement method a continous measurement of the EFPIsensors was necessary. Otherwise data about the distance change was lost. Additional it is necessary to detect the tumaround points in the interference signal with 100%. This made it worse for the analysis and the use of the sensor. At BAM Federal Institute for Materials Research and Testing a measurement System called “EFPI-Scan” is developed which can measure the absolute gap distance of four connected EFPI-sensors synchronous. Every measurement channel is temperature independetn and long term stable. Test measurements showed a deviation of maximum ±1 gm per hour. Furthermore it is possible to measure with different measurement modes (abolute, relative and a combination of both). Special emphasis should be placed to the absolute measurement accuracy of ± 5 pm at a gap distance determination ftom 40 up to 4000 pm.
Durch faseroptische Sensoren können Bauteile im Einsatz kontinuierlich überwacht und frühzeitig Informationen über Materialveränderungen gewonnen werden. Mittels einer magnetostriktiven Aktorschicht, welche den Sensor umhüllt, kann nun auch die korrekte Sensorfunktion jederzeit kontrolliert werden. Als Aktorschicht eignet sich galvanisch abgeschiedenes reines Nickel oder Nickel-Eisen in der Zusammensetzung 50:50. Um diese haftfest mit dem Sensor zu verbinden wurde ein ECD/PVD-Kombinationsschichtsystem entwickelt. Die mechanischen Eigenschaften der ECD-Schicht können sowohl mit einer auf die Fasergeometrie angepassten instrumentierten Eindringprüfung als auch einem 2-Punkt-Biegeversuch bestimmt werden.
Ausgewählte Anwendungsbeispiele faseroptischer Sensoren im Ingenieurbau und in der Geotechnik
(2007)