FBG Sensorik – Dehnungs- und Temperaturmessung mit Glasfasern
In den Faserkern eines Lichtwellenleiters wird eine definierte Gitterstruktur in Form von periodischen Brechungsindexänderungen eingebracht. Dieses sogenannte Faser Bragg Gitter (FBG) ist ein optischer Interferenzfilter, der im Rahmen seiner Filterbandbreite das eingebrachte Licht reflektiert. Erfolgt die Beleuchtung mit einer spektral breiten Lichtquelle reflektiert das Gitter nach der Braggbedingung eine spezielle Wellenlänge.
Verändert sich nun durch Dehnung oder Temperaturänderung die lokale Gitterperiode in der Faser (FBG), so verschiebt sich auch die rückreflektierte Wellenlänge und gibt damit einen Rückschluß über die vollzogene Dehnung. Die Auswertung des reflektierten Lichtes erfolgt über einen Interrogator. Je nach eingesetztem Messprinzip wird dabei zumeist mit einem Spektrometer die Wellenlängenverschiebung ausgewertet. Weitere FBG-Anwendungen sind in der in der Druck- oder auch Vibrationsmessung zu finden.
Die Vorteile der FBG Technik
- für rauhe Umgebungsbedingungen geeignet
- keine elektromagnetische Interferenz
- keine EMV- oder Isolationsprobleme
- Einsatz im Ex-Schutz möglich
- geringe Baugröße
- mehr Lastzyklen als Dehnungsmesstreifen möglich
- mehrere Sensoren in einer Faser
- lange Übertragungsstrecken
Photoakustische Gasspektroskopie auf Basis von Mikrostimmgabeln
Eine drastische Miniaturisierung und deutliche Vereinfachung dieses Messprinzips ist möglich, wenn anstelle des Mikrophons eine Mikrostimmgabel für die Signaldetektion eingesetzt wird. Der Lichtstrahl wird zwischen die beiden Arme der Stimmgabel fokussiert und die entstehende akustische Welle erzeugt in dem Quarz eine Piezospannung, die empfindlich gemessen wird und proportional zur vorhandenen Gaskonzentration ist.
Das Messprinzip zur Gasanalytik beruht auf der photoakustischen Spektroskopie und ist eine bekannte Methode zur Bestimmung von Gaskonzentrationen. Dabei wird das zu untersuchende Gas in eine Zelle geleitet an deren Außenwand ein Mikrophon befestigt ist. Werden die Gasmoleküle mit einer gepulsten Lichtquelle selektiv angeregt, dann erfolgt durch die Absorption der Strahlung eine Aufheizung des Gases und damit verbunden entsteht eine lokal begrenzte akustische Welle, die mit dem Mikrophon detektiert wird.
Die Vorteile der Photoakustik sind
- kleine Messzelle
- Detektion bei Umgebungsdruck möglich
- preisgünstig
- untergrundfreies Messprinzip
- für eine Vielzahl von Gasen geeignet
- Gase über großen Konzentrationsbereich messbar