Faser-Bragg-Gitter und Modeninterferenz in Mehrmodenfasern für Sensoren zur simultanen Messung von Temperatur und Dehnung

Faseroptische Sensoren werden in zahlreichen Nischenanwendungen eingesetzt, für die der Einsatz etablierter elektrischer Sensoren aufgrund der rauen Umgebungsbedingungen nicht möglich oder nicht zulässig ist. Insbesondere im Bereich energietechnischer Großanlagen oder im Hoch- und Tiefbau werden relevante Betriebsparameter gemessen und überwacht, um mögliche Beschädigungen oder kritische Betriebszustände rechtzeitig zu erkennen und ggf. geeignete Gegenmaßnahmen zu ergreifen. Eine grundlegende Herausforderung beim Einsatz faseroptischer Sensoren ist deren Querempfindlichkeit gegenüber mehreren Einflussgrößen, die eine eindeutige Messung einer bestimmten Größe nicht ohne Kenntnis der weiteren Größen erlaubt. Im Falle von FBG-Sensoren sind die bedeutendsten Einflussgrößen die Temperatur und die Dehnung der Sensorfaser. Im Rahmen dieser Arbeit wurde erstmals die Kombination von zwei faseroptischen Sensorprinzipien zu einem FBG-MI-Sensor untersucht. Zielsetzung ist es, die fundamentale Limitierung des praktischen Sensoreinsatzes durch die Querempfindlichkeit gegenüber Temperatur und Dehnung zu überwinden. Der Sensor besteht aus einem FBG, das in ein kurzes Stück einer FMF eingeschrieben ist. Durch die Auswertung der Braggwellenlänge sowie der auftretenden Modeninterferenz im Transmissionsspektrum können die Messgrößen Temperatur und Dehnung simultan gemessen werden.