Materiały i procesy związane z czujnikami naprężeń
Włókna optyczne to przezroczyste i elastyczne kable z pustego szkła (krzemionka) lub plastiku (polimery) o bardzo małej średnicy. Są wykorzystywane w licznych zastosowaniach w medycynie i przemyśle, w tym do komunikacji i odczytów fizycznych. Polimerowe kable optyczne charakteryzują się niższym kosztem i większą elastycznością w porównaniu z krzemionką. Ta właściwość, wraz z ich możliwością wykrywania dużo większych naprężeń niż krzemionka, sprawia, że są szczególnie przydatne w czujnikach światłowodowych z siatką Bragga (FBG). Czujniki typu FBG cechują się perturbacjami współczynników załamania światła w rdzeniu, które manipulują światłem w sposób pozwalający mierzyć naprężenie. Wsparcie UE dla projektu "Polymer grating sensors" (POGS) pozwoliło naukowcom poszerzyć granice wiedzy w tej dziedzinie poprzez ulepszenie technologii stojącej za siatkami POF stosowanymi w czujnikach naprężeń. Prace modelowe i rozwojowe koncentrujące się na mikrostrukturalnych włóknach POF – mPOF – doprowadziły do stworzenia włókna do nanoszenia siatki czujnika używanego przez cały okres realizacji projektu. Był to pierwszy przypadek włókna mPOF z dodatkiem 2,2-dimetoksy-2-fenyloacetofenonu (BDK). Nanoszenie siatki zostało umożliwione poprzez stworzenie nowej zaawansowanej instalacji o licznych zaletach. Instalacja ta, w celu wprowadzenia perturbacji strukturalnych, skanowała włókna POF poziomo laserem ultrafioletowym, a nie pionowo przez maskę fazową. Zapewniło to łatwość dopasowania, pozwoliło na wprowadzenie większych długości siatki i przyniosło wiele innych korzyści. Siatki nanoszone z użyciem włókien mPOF z dodatkiem BDK charakteryzowały się niezwykle wysoką czułością na światło UV, zapewniając refleksyjność na poziomie 99% po jedynie 13 minutach promieniowania. Wyniki badań zostały opublikowane w recenzowanych czasopismach naukowych. Ocena długoterminowej stabilności wytworzonych siatek pozwoliła uzyskać kolejne innowacyjne dane prowadzące do kolejnej publikacji. Lepkosprężystość włókna POF sprawia, że jego rozszczepianie jest dużo trudniejsze niż rozszczepianie krzemionki. Wcześniej wymagało to drogich urządzeń elektronicznych i sterowników, co podwyższało koszty i ograniczało mobilność takiego zestawu. W projekcie POGS opracowano nowatorską metodę rozszczepiania znacznie zwiększającą mobilność zestawu i zbliżającą się do prostoty rozszczepiacza krzemionkowych włókien optycznych. Nowo opracowana metoda unika również konieczności polerowania końcówek kabli w celu podłączenia ich do innych urządzeń. W ramach projektu znacznie zwiększono zrozumienie procesu nanoszenia pozwalającego tworzyć czujniki typu FBG o bardzo dużej czułości, przy jednoczesnym udostępnieniu praktycznej techniki rozszczepiania wytworzonych kabli. Obecnie trwają negocjacje dotyczące komercjalizacji tej technologii.
Słowa kluczowe
Czujniki naprężeń, włókna polimerowo-optyczne, krzemionka, światłowodowa siatka Bragga, czujniki z siatką
