Im Rahmen des Projektes sollte ein Auswerteverfahren für Faser-Bragg-Sensoren entwickelt werden – basierend auf einem durchstimmbaren optischen Filter, der komplett fasergebunden und damit einfach, robust und preiswerter als typische optische Auswerteverfahren sein sollte.
Auswerteeinheiten für Faser-Bragg-Sensoren, die zum Beispiel in der Temperatur- und Dehnungsmessung eingesetzt werden, basieren entweder auf durchstimmbaren Laserquellen mit Photodiode oder auf optischen Spektrumanalysatoren und sind aufgrund dieser Komponenten in der Regel preisintensiv. Ziel des Vorhabens war daher, eine einfachere Auswerteeinheit für ausgewählte Anwendungsgebiete solcher Sensoren zu entwickeln. Grundsätzlich sollte dieses fasergebundene Auswerteverfahren auf einem durchstimmbaren optischen Filter basieren. Daher wurden zunächst verschiedene elektrisch und mechanisch durchstimmbare optische Bandpassfilter hinsichtlich ihrer spektralen Transmissionscharakteristik evaluiert. Als Lichtquelle dient eine Superlumineszenzdiode.
rechts: Einfluss des Feuchtegehaltes in Baysilone-Öl. Insbesondere ist auch der Übergang von wenigen 10 ppm hin zu 200 ppm auflösbar
Im Ergebnis konnte eine Auswerteeinheit auf der Basis zweier Bandpassfilter realisiert und deren Anwendungspotenzial im Bereich der Messung des Feuchtegehaltes in technischen Ölen aufgezeigt werden. Als Sensorelement diente dabei ein Brechungsindexsensor in planarer SiO2-Technologie mit integriertem Bragg-Gitter. Auch ein zusätzlich in die Struktur eingebrachtes Temperaturreferenzelement konnte mit dem neuen Verfahren hinreichend genau ausgelesen werden.
Exemplarisch wurde mit dem Verfahren der Feuchtegehalt in verschiedenen technischen Ölen wie Baysilone-Öl bestimmt, das als Kälte- und Wärmeträgermedium verwendet und typisch mit wenigen 10 ppm Wassergehalt geliefert wird. Bei Raumtemperatur kann es etwa 200 ppm Wasser aufnehmen. Bei Temperaturzyklen kann dieses Wasser zu einer Verschlechterung des Wärmeübergangs führen und muss daher kontrolliert werden. Es wurde gezeigt, dass das Verfahren online eine kontinuierliche Überwachung des Wassergehaltes ermöglicht, die für den täglichen Betrieb technischer Anlagen von Bedeutung ist.
