Zeh, T: Optical Fiber Bragg Sensors

Faseroptische Bragg-Gitter-Sensoren erfassen als wellenlängenselektive Elementeortsaufgelöst Temperatur und mechanische Dehnung. Ausleseverfahren für verteilte Sensoren unterliegen Einschränkungen bezüglich Messgenauigkeit, Messbandbreite, Reaktionszeit und ihrer Eignung für Multiplex-Verfahren. Die vorliegende Arbeit liefert hierzu neue Lösungsansätze. Sie umfasst die Bereiche der optische und elektronische Systementwicklung, Signalverarbeitung und Algorithmik. Auf der Basis eines Spektrometers mit holographischem Beugungsgitter wurde ein Messsystem entwickelt, mit welchem wellenlängenmuliplex eine Vielzahl von Sensoren eines Faserstranges ausgewertet werden. Die aus der Pixel-Auflösung eines CCD-Detektors resultierende Temperatur- und Dehnungsauflösung wurde durch die Entwicklung von Subpixel-Verfahren deutlich gesteigert. Für die Untersuchung und Entwicklung von Algorithmen wurde ein PC-basierter Simulator entwickelt, der alle wesentlichen Komponenten des Systems berücksichtigt. Neben der Diskussion bekannter Verfahren wurde ein neues Interpolationsverfahren mittels linearem Phasen-Operators (LPO) entwickelt, welches sich durch hohe Stabilität und Präzision insbesondere bei rauschbehafteten Sensorsignalen auszeichnet. Orientiert an den Echtzeitanforderungen derSignalverarbeitung entstanden Baugruppen mit digitalen Signalprozessoren undprogrammierbaren Logikbausteinen.Die Arbeit stellt ferner ein neues Ausleseverfahren auf der Basis von Lateraleffekt-Photodioden vor. Mit Hilfe dieses Verfahren konnte die Messbandbreite erhöht und dieTotzeit im Vergleich zu CCD-basierten Systemen signifikant reduziert werden. Dies eröffnet Faser Bragg Gitter Sensoren neue Einsatzfelder z.B. in der Strukturmechanik und der Überwachung von sicherheitsrelevanten Komponenten in der Luftfahrttechnik. Die Evaluierung des entstandenen Systems erfolgte auf Prüfvorrichtungen zur Temperatur- und Dehnungsmessung.