Faser-Bragg-Gitter-Sensoren
ifw entwickelt wiederverwendbare Dehnungsmessstreifen
Forscher am Günter-Köhler-Institut für Fügetechnik und Werkstoffprüfung (ifw) in Jena haben eine Dehnungssensor-Konstruktion entwickelt, bei der Faser-Bragg-Gitter-Sensoren (FBGS) ohne Minderung ihrer Empfindlichkeit so fixiert werden können, dass sie mehrfach verwendbar sind.
Faser-Bragg-Gitter-Sensoren sind Sensoren, bei denen ein Interferenzfilter mit Hilfe eines UV-Lasers in einen Glasfaserabschnitt eingeschrieben wurde. Werden diese Faserabschnitte minimal gedehnt oder gestaucht, verändert sich die reflektierte Wellenlänge innerhalb der Faser, weil die Gitterabstände sich entsprechend vergrößern oder verkleinern. Dieser Effekt lässt sich auch durch Änderung der Temperatur hervorrufen. Opto-elektrische Messgeräte erfassen die kleinen Dehnungsunterschiede und werten sie aus.
Der Vorteil dieser Technologie liegt darin, dass die zu messenden Größen wie Dehnung und Temperatur nicht-elektrisch erfasst und weitergeleitet werden. Das ermöglicht den Einsatz in elektromagnetischen Feldern, an Starkstromleitungen und in explosionsgeschützten Bereichen.
Nachteil der Faser-Bragg-Gitter-Technologie ist, dass die Sensoren bislang nicht wiederverwertbar waren, sobald sie einmal am Messobjekt aufgeklebt waren. Bei der Demontage würde der Sensor unweigerlich zerstört. Es gibt zwar auch Sensorträgerkonstruktionen, bei denen der gesamte Sensorträger, der die nötige Vorspannung gewährleistet, zerstörungsfrei wieder entfernt werden kann, diese haben jedoch den Nachteil, dass der Sensorträger Einfluss auf die Empfindlichkeit hat und Schwingungen mit hohen Frequenzen dämpft.
Den ifw-Forschern ist es nun gelungen, die hohe Empfindlichkeit des Faser-Bragg-Gitter-Sensors mit den Vorteilen einer montagefreundlichen Sensorbaugruppe zu vereinen. Dazu haben sie eine Baugruppe konstruiert, die aus zwei Teilen besteht, die jeweils ein Festlager bilden. Beide Teile sind lediglich durch den empfindlichen Bereich des Faser-Bragg-Gitters miteinander verbunden, was eine Dämpfung durch die Baugruppe vermeidet. Um nach einer Demontage die nötige Vorspannung zu erhalten, wird eine Transportsicherung angebracht, die zusätzlich vor einer versehentlichen Überlastung der Faser schützt.
Zum Funktionsnachweis testeten die Ingenieure einen Prototyp unter anderem an einer Punktschweißzange zur Kraftmessung. Hierbei ist die detaillierte Auflösung des Punktschweißprozesses wichtig. Mit Hilfe der Dehnungsmessung sollten sowohl die Vorhaltekraft als auch minimale Kraftschwankungen während der Stromzeit erfasst werden. Das Resultat: Sowohl Schweißspritzer als auch eine unterschiedliche Ausbildung der Schweißlinsendurchmesser sind am Signal eindeutig zu erkennen, so dass die Anwendung des Sensors sogar im Rahmen eines Qualitätssicherungssystems denkbar ist. Laut ifw kann die neu entwickelte Sensorbaugruppe zukünftig unter anderem dazu beitragen, Fahrzeugkarosserien effizienter und sicherer zu fertigen.
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