Leistungssteigerung von Fasersensoren durch Rauschunterdrückung

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Schneider
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme ; Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 444026958

Als Schlüsselfaktor für Industrie 4.0 und Smart Cities wird vorausgesagt, dass das Internet der Dinge (IoT) einen Markt von über 7.000 Milliarden Dollar haben und bis 2020 fast 30 Milliarden Geräte verbinden wird. Sensoren machen einen großen Teil der angeschlossenen Geräte aus und bilden eine tragende Säule des IoT. Die Lichtwellenleiter-Sensorik ist dabei eine treibende Kraft, vor allem aufgrund der einzigartigen Eigenschaften der Glasfaser, d.h. der geringen Größe, der chemischen Inertheit und der Immunität gegenüber elektromagnetischen Störungen. Darüber hinaus bieten verteilte Fasersensoren (DFSs) aufgrund ihrer geringen Kosten pro Messpunkt sehr wirtschaftliche Lösungen. Die Leistung der DFS wird durch das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) des Sensorsystems definiert. Die aktuelle Forschung konzentriert sich auf die Signalverstärkung zur Verbesserung des SNR. Die vorgeschlagenen Methoden benötigen oft kostspielige und energieintensive Geräte. Darüber hinaus scheinen die Fortschritte bei der Verbesserung des SNR für die schnelle Entwicklung und Einführung des IoT unzureichend zu sein. Die begrenzte Reichweite der aktuellen DFS (meist < 100 km) ohne Inline-Verstärkung ist bei weitem nicht ausreichend, verglichen mit der 1.222 km langen Pipelinelänge unter der Ostsee zwischen Deutschland und Russland (North Stream 2-Projekt) oder dem 500.000 km langen Gasnetz allein in Deutschland. Um der Notwendigkeit einer exzellenten verteilten Sensorleistung, insbesondere über weite Entfernungen, gerecht zu werden, zielt das Projekt darauf ab, den SNR aus der anderen Richtung deutlich zu verbessern – indem das Rauschen reduziert wird. Durch ein grundlegendes Verständnis der Ursachen der verschiedenen Rauschquellen in verteilten Sensoren, ist das Hauptziel des Vorschlags, verschiedene Methoden zur Reduzierung des Rauschens und zur Verbesserung der Leistung der Sensoren zu untersuchen. Wenn das Ziel erreicht wird, kann der SNR kostengünstiger und energieeffizienter um mindestens vier Größenordnungen erhöht werden, was die Reichweite der Sensoren verdoppeln würde.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen