Materialien und Prozesse für Dehnungssensoren
Lichtwellenleiter sind transparente und flexible Kabel aus Hohlglas (Siliziumdioxid) oder Kunststoff (Polymer) mit einem sehr dünnen Durchmesser. Sie werden in zahllosen medizinischen und industriellen Anwendungen einschließlich des Kommunikations- und Messwesens eingesetzt. Polymer-Lichtwellenleiterkabel verursachen im Vergleich zu Siliziumdioxid geringere Kosten und verfügen über eine höhere Flexibilität. Diese Eigenschaften, zusammen mit der Tatsache, dass sie viel höhere Belastungen als Siliziumdioxid aushalten, untermauern ihre besondere Nützlichkeit für FBG-Sensoren (Faser-Bragg-Gitter). FBG-Sensoren weisen Störungen in den Brechungsindizes in ihren Kernen auf, welche zur Messung der Dehnung Licht auf nützliche Weise manipulieren. Die EU-Finanzhilfen für das Projekt "Polymer grating sensors" (POGS) ermöglichten den Wissenschaftlern, die Grenzen des Gebiets weiter zu stecken und Verbesserungen an der Technologie vorzunehmen, die den POF-Gittern für Sensoranwendungen zugrunde liegt. Die Modellierungs- und Entwicklungsarbeit, die auf mikrostrukturierte POF (mPOF) ausgerichtet war, führte zur Herstellung einer Faser zur Gittersensorbeschriftung, die im Lauf des gesamten Projekts verwendet wurde. Das war das erste Beispiel eines mit Benzyldimethylketal (BDK) dotierten mPOF. Die Beschriftung wurde dank der Erstellung einer neuen erweiterten Anlage mit zahlreichen Vorteilen möglich. Man scannte den POF horizontal anstatt vertikal mit einem Ultraviolettlaser (UV) durch eine Phasenmaske hindurch, um die strukturellen Störungen auszuführen. Das vereinfachte die Ausrichtung, ermöglichte längere Gitterlängen sowie viele weitere Vorteile. In mPOF eingeschriebene, mit BDK dotierte Gitter produzierten eine ungewöhnlich hohe UV-Lichtempfindlichkeit, die ein Reflexionsvermögen von 99 % nach nur 13 Minuten Bestrahlung ermöglichte. Die Projektresultate wurden in einer von Experten begutachteten wissenschaftlichen Fachzeitschrift veröffentlicht. Eine Bewertung der Langzeitstabilität der hergestellten Gitter lieferte neuartige Resultate und Erkenntnisse, die in einer weiteren Veröffentlichung mündeten. Das abschließende Abspalten des POF ist aufgrund seiner Viskoelastizität viel schwieriger als das Spalten von Siliziumdioxid. Bisher waren kostenintensive Elektronik und Steuerungen erforderlich, was den Aufbau verteuerte und es schwierig machte, ihn zu bewegen. POGS entwickelte eine neuartige Methode, welche die Tragbarkeit signifikant verbessert und der Einfachheit des Abspaltens eines Lichtwellenleiters aus Siliziumdioxid nahekommt. Bei dem Messplatz ist es gleichermaßen nicht notwendig, die Enden des Kabels zu polieren, um sie an die andere Ausstattung anzuschließen. Das Projekt konnte das Verständnis des Beschriftungsprozesses zur Fertigung hochempfindlicher FBG-Sensoren erheblich verbessern und gleichzeitig ein praktisches Verfahren zur Spaltung der gefertigten Kabel anbieten. Über eine Kommerzialisierung der Technologie wird derzeit verhandelt.
Schlüsselbegriffe
Dehnungssensoren, Polymer-Lichtwellenleiter, Siliziumdioxid, Faser-Bragg-Gitter, Gittersensoren
