Untersuchungen zur Erfassung dynamischer Messgrößen mittels Faser-Bragg-Gitter-Messtechnik
Seiten
2012
|
1., Aufl.
Shaker (Verlag)
978-3-8440-1065-7 (ISBN)
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Faseroptische Sensoren auf Basis von Faser-Bragg-Gittern kommen vermehrt in Anwendungen zum Einsatz, die konventionellen Sensoren beispielsweise auf Grund von zu geringer mechanischer Belastbarkeit, Bauraumbeschränkungen, der fehlenden Möglichkeit zur Multiplexierung, EMV-Störeinflüssen, etc. nicht zugänglich sind.
Trotz der vielfältigen technologischen Vorzüge dieser Sensortechnologie sind Messanwendungen, welche auf der Erfassung dynamischer Messgrößen basieren – beispielsweise Schwingungs- oder Beschleunigungsmessaufgaben – bisher durch diesen Sensortyp kaum erschlossen.
Die vorliegende Arbeit hat das Ziel, die technischen Hürden bezüglich der Erfassung dynamischer Messgrößen mittels Faser-Bragg-Gitter-Messtechnik zu untersuchen, das Systemverhalten gängiger Messsysteme systematisch zu beschreiben sowie darauf aufbauend neue Lösungen anzubieten.
Das Systemverhalten spektrometerbasierter Faser-Bragg-Gitter-Messgeräte kann mittels der Quantisierungstheorie vollständig beschrieben werden. Sie weisen unter Umständen ein nichtlineares Systemverhalten – abhängig von Signalamplitude und Signalfrequenz – auf. Messsysteme auf Basis verstimmbarer Filter oder Lichtquellen zeigen im Unterschied zu spektrometerbasierten Messsystemen kein inhärentes Tiefpassverhalten, die Angabe einer Übertragungsfunktion ist nur eingeschränkt möglich.
Zwei in dieser Arbeit eingeführte Ansätze erweitern den Einsatzbereich konventioneller Faser-Bragg-Gitter-Messsysteme. Es wird erstmals die Möglichkeit eines optischen Tiefpassfilters für die bandbeschränkte Erfassung dynamischer Faser- Bragg-Gitter-Signale analysiert. Einen weiteren Ansatz stellt ein im Rahmen der Arbeit entwickelter Algorithmus dar, der die Detektion von Unterabtastungseffekten aus spektrometrisch erfassten Faser-Bragg-Gitter-Signalen und somit die ex post Bewertung der Signalqualität hinsichtlich des Auftretens von Spiegelfrequenzen erlaubt.
Ein weiterführender Lösungsansatz zur Erfassung dynamischer Größen ist die in einem von der europäischen Raumfahrtagentur initiierten Forschungsprojekt umgesetzte Technik der intensitätsbasierten Erfassung von Faser-Bragg-Gitter-Signalen. Sie erlaubt die bandbegrenzte Erfassung von dynamischen Faser-Bragg-Gitter- Signalen. Für diese Klasse von Messsystemen wird erstmals eine umfassende Beschreibung hinsichtlich Messabweichungen und Messunsicherheiten gegeben.
In einem experimentellen Teil wird die Realisierung eines hochintegrierten intensitätsbasierten Messsystems auf Basis eines Arrayed Waveguide Gratings für den Einsatz an Bord der ARIANE-Trägerrakete während der Startphase zur Überwachung dynamischer Strukturlasten beschrieben.
Mit der vorliegenden Arbeit wird somit ein Beitrag zur Erweiterung des Stands der Technik bei der Erfassung zeitlich veränderlicher Faser-Bragg-Gitter-Sensorsignale geliefert.
Trotz der vielfältigen technologischen Vorzüge dieser Sensortechnologie sind Messanwendungen, welche auf der Erfassung dynamischer Messgrößen basieren – beispielsweise Schwingungs- oder Beschleunigungsmessaufgaben – bisher durch diesen Sensortyp kaum erschlossen.
Die vorliegende Arbeit hat das Ziel, die technischen Hürden bezüglich der Erfassung dynamischer Messgrößen mittels Faser-Bragg-Gitter-Messtechnik zu untersuchen, das Systemverhalten gängiger Messsysteme systematisch zu beschreiben sowie darauf aufbauend neue Lösungen anzubieten.
Das Systemverhalten spektrometerbasierter Faser-Bragg-Gitter-Messgeräte kann mittels der Quantisierungstheorie vollständig beschrieben werden. Sie weisen unter Umständen ein nichtlineares Systemverhalten – abhängig von Signalamplitude und Signalfrequenz – auf. Messsysteme auf Basis verstimmbarer Filter oder Lichtquellen zeigen im Unterschied zu spektrometerbasierten Messsystemen kein inhärentes Tiefpassverhalten, die Angabe einer Übertragungsfunktion ist nur eingeschränkt möglich.
Zwei in dieser Arbeit eingeführte Ansätze erweitern den Einsatzbereich konventioneller Faser-Bragg-Gitter-Messsysteme. Es wird erstmals die Möglichkeit eines optischen Tiefpassfilters für die bandbeschränkte Erfassung dynamischer Faser- Bragg-Gitter-Signale analysiert. Einen weiteren Ansatz stellt ein im Rahmen der Arbeit entwickelter Algorithmus dar, der die Detektion von Unterabtastungseffekten aus spektrometrisch erfassten Faser-Bragg-Gitter-Signalen und somit die ex post Bewertung der Signalqualität hinsichtlich des Auftretens von Spiegelfrequenzen erlaubt.
Ein weiterführender Lösungsansatz zur Erfassung dynamischer Größen ist die in einem von der europäischen Raumfahrtagentur initiierten Forschungsprojekt umgesetzte Technik der intensitätsbasierten Erfassung von Faser-Bragg-Gitter-Signalen. Sie erlaubt die bandbegrenzte Erfassung von dynamischen Faser-Bragg-Gitter- Signalen. Für diese Klasse von Messsystemen wird erstmals eine umfassende Beschreibung hinsichtlich Messabweichungen und Messunsicherheiten gegeben.
In einem experimentellen Teil wird die Realisierung eines hochintegrierten intensitätsbasierten Messsystems auf Basis eines Arrayed Waveguide Gratings für den Einsatz an Bord der ARIANE-Trägerrakete während der Startphase zur Überwachung dynamischer Strukturlasten beschrieben.
Mit der vorliegenden Arbeit wird somit ein Beitrag zur Erweiterung des Stands der Technik bei der Erfassung zeitlich veränderlicher Faser-Bragg-Gitter-Sensorsignale geliefert.
| Reihe/Serie | Reports on Measurement and Sensor Systems |
|---|---|
| Sprache | deutsch |
| Maße | 148 x 210 mm |
| Gewicht | 261 g |
| Einbandart | Paperback |
| Themenwelt | Technik ► Elektrotechnik / Energietechnik |
| Schlagworte | Arrayed Waveguide Grating • dynamisch • Faser-Bragg-Gitter • Kantenfilter |
| ISBN-10 | 3-8440-1065-3 / 3844010653 |
| ISBN-13 | 978-3-8440-1065-7 / 9783844010657 |
| Zustand | Neuware |
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