Einsatz faseroptischer Dehnungsmessstreifen und Sensoren im Bauwesen

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Die konventionelle elektrische Messtechnik wird bereits seit langem eingesetzt. Im Außenbereich und in industriellen Umgebungen jedoch ist diese Technik manchmal fehleranfällig. Elektrische Sensoren können wegen der anhaltenden Beanspruchung durch hohe Lastwechselzahlen, Temperatur- und Druckschwankungen oder durch elektromagnetische Strahlung versagen. In explosiven Umgebungen dürfen sie oft gar nicht verwendet werden. All diese Probleme gehören jetzt der Vergangenheit an. Optische Fasern sind vor allem aus der Fernmeldetechnik bekannt. FBGS-International ist imstande, aus einer Glasfaser einen Sensor zu machen, und zwar bereits während der Herstellung der Faser. Die eigentlichen Sensorelemente (Fiber-Bragg-Gitter, FBG) werden mit intensivem ultravioletten Licht während des Ziehens in die Faser "programmiert". Diese FBGs reflektieren Licht einer bestimmten Wellenlänge. Durch eine Dehnung der Faser ändert sich diese Wellenlänge – das Grundprinzip der FBG-Dehnungsmessstreifen (DMS). Verglichen mit herkömmlichen elektrischen Sensoren, sind optische Faser-Sensoren:

- robuster

Der Sensor ist ein passiver innerer Bestandteil der Glasfaser. Deshalb kann die Glasfaser mit dem Sensor direkt ins Material der Struktur eingebettet (bei Kompositmaterialien) oder aufgeklebt werden. Außerdem zeigen faseroptische Sensoren keine Beeinflussung durch elektromagnetische Felder, haben eine außergewöhnlich lange Lebensdauer von 25-30 Jahren und sind unempfindlich gegenüber Chemikalien. Diese Eigenschaften ermöglichen den direkten Einsatz im Außenbereich und unter Tage. Eine Beeinflussung der Messergebnisse durch Korrosion oder elektromagnetische Felder wie z. B. auf einer Eisanbahnbrücke ist ausgeschlossen.

- effizienter

Als ein Bestandteil der Glasfaser können die Sensoren ihre Signale über viele Kilometer ohne Beeinträchtigung von außen übertragen. Mehrere Sensoren können ihre Signale sogar gleichzeitig in einer Glasfaser übertragen. Das vereinfacht die Installation und hält die Kosten gering. Außerdem sind die Sensoren sehr dünn und leicht. Sie können somit auch direkt in die zu überwachende Struktur eingebettet werden. Untersee- oder Erdkabel, Pipelines und Brückentragseile mit eingebetteten Sensoren sind so relativ einfach herzustellen. Auch Bohrloch-Deformations-Messsysteme oder Geotextilien wie das Geodetect werden mit faseroptischen Sensoren bestückt.

- sicherer

Glasfasersensoren benutzen keine elektrischen Signale zur Übertragung und sind somit perfekt für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen geeignet. Auch ein Blitzeinschlag in die Metallkonstruktion, z. B. einer Brücke oder Halle, lässt sie "kalt".

Wegen all ihrer Vorteile wurden die Fasern von ZSE/FBGS-International bereits in vielen Anwendungen eingesetzt, in denen es ihre elektrischen Sensor-Pendants bisher schwer hatten, den Anforderungen gerecht zu werden: In Untersee-Ölpipelines und Kabeln, Pylonen von Ölplattformen, unterirdischen Lagern für radioaktiven Abfall, Flugzeugen sowie in verschiedensten Strukturen des Hoch- und Tiefbaus wie Tunneln, Dämmen, Brücken und Gebäuden. Referenzen sind z. B. die In-Flight-Überwachung von Flugzeugstrukturen beim Airbus, die Strukturüberwachung der Dachträger des Olympic Velodrome in Athen sowie die Überwachung der Stonecutters Bridge in Hong Kong. Mit eingebetteten faseroptischen Sensoren von FOS&S werden hier z. B. die Temperatur und die Dehnung in den kilometerlangen Haltekabeln gemessen. In den oben beschriebenen Projekten kommen Sensoren aus der Serienfertigung sowie etliche Spezialentwicklungen zum Einsatz. Da die Glasfaser aus der eigenen Herstellung in Jena stammt, ist es einfach, auf Kundenwünsche einzugehen und spezielle Sensoren zu entwickeln oder bestehende an die Anwendung anzupassen. Die ZSE Electronic GmbH bietet diese prämierten faseroptischen Dehnungsmessstreifen und Sensoren der belgischen Firma FOS&S an.