Schub- und Hauptdehnungsrekonstruktion mit eingebetteten Faser-Bragg-Gittern
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Forschungsantrag wird auf Reflexionsspektren von Faser-Bragg-Gitter-Sensoren (FBG) unter verschiedenen Lastzuständen eingegangen. Die Vermutung aus anderen Arbeiten, Nebendiagonalelemente des im FBG herrschenden Dehnungstensors spielten keine Rolle in der Sensorantwort, konnte mit den Ergebnissen aus dieser Arbeit widerlegt werden. Es ist gelungen, ein analytisches Modell zu entwickeln, das das Verhalten von polarisationsabhängigen FBG-Reflexionsspektren unter einwirkenden Schubverformungen beschreibt. Zur Kontrolle und der feineren Anpassung dieses Modells wurden numerische Simulationen und FEM-Modelle verwendet. Es konnte ebenfalls eine Abhängigkeit der Reflexionsspektren von der Polarisation der das FBG beleuchtenden Lichtquelle simuliert werden. Der praktische Nachweis des aufgestellten Modells wurde mit einem eigens dafür konstruierten Spektrometer angegangen. Es basiert auf einem scannenden Fabry-Pérot-Filter. Dieses Spektrometer besitzt die Möglichkeit, das Spektrum eines Faser-Bragg-Gitters in Standard-Glasfasern wie auch die beiden Polarisationsspektren von FBG in polarisations-erhaltenden Glasfasern (PM) zeitgleich, mit einer Scanfrequenz von 20 Hz auszulesen. Die Notwendigkeit der zeitgleichen Messung der beiden Polarisationsspektren erfordert den Aufbau mit einem polarisationserhaltenden Fabry-Pérot-Filter. Für zeitgleiche Messungen dieser zwei Spektren wären ansonsten zwei in der Messung synchrone Standardspektralanalysatoren nötig. Diese bieten bei nichtstatischen Signalen jedoch messtechnisch nicht die erzielte Genauigkeit des Fabry-Pérot-Spektrometers. Durch Querbelastungstestreihen an Standard- und PM-FBGs konnte der simulierte Effekt nachweislich dargestellt werden. Eine direkte Abhängigkeit von der Polarisation der einstrahlenden Lichtquelle konnte mit diesem System nicht nachgewiesen werden. Im weiteren Vorgehen wurde der Aspekt von Dehnungen auf das Faser-Bragg-Gitter aufgegriffen und ein eventueller Temperatureinfluss auf die FBG-Spektren vermieden. Damit wurde der Temperatureinfluss in den praktischen Messungen vernachlässigt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Four-Mode Coupling in Fiber Bragg Grating Sensors using Full Fields of the Fundamental Modes - Fiber and Integrated Optics 29 (5), S. 420-430, 2010
H. J. El-Khozondar, M. S. Müller, C. Wellenhofer, R. J. El-Khozondar, A.W. Koch
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Preliminary results of an experimental verification of shear strain influence on fibre Bragg grating reflection spectra - Photonics 2010: Tenth International Conference on Fiber Optics and Photonics, SPIE Proceedings Vol. 8173, 2010
A. Heßke, M. S. Müller, T. C. Buck, A. W. Koch
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Method for strain tensor reconstruction with embedded fiber Bragg grating sensors - Smart Materials and Structures 20 (10), 2011
A. Pérez Grassi, M. S. Müller, A. Bernadini, H. J. El-Khozondar, A. W. Koch
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Transversal strain train induced Birefringence Effects on Fiber-Bragg-Gratings - ISCP 2012, 2012
A. Heßke, M. R. Rößner, A. W. Koch
