Kontakt

Anfahrt

 

 

 

 


Projektverlauf

Jahr 1

Dehnungssensor nach dem Laufzeitprinzip

Im ersten Projektjahr wurde das Messprinzip in zahlreichen Untersuchungen im Labor getestet. Hierbei wurde eine POF von 1 m Länge eingespannt und dann deren Länge mittels einer Mikro­meter­schraube verändert. Um Alterungs- und Temperatureffekte kompensieren zu können wurde das Messsystem um eine Referenzfaser erweitert.

Schematischer Messaufbau mit Referenzfaser
Sensorsignal bei stufenweiser Längung der Faser in Schritten von 50 µm
Gemeinschaftsstand Bayerischer Hochschulen auf der Laser 2007

Es wurde ein Demonstrator angefertigt, der die Funktionsweise dieses Prinzips anschaulich verdeutlicht.

 

Jahr 2

Im zweiten Projektjahr galt es dieses Sensorprinzip in Feldtests an realen Strukturen  anzuwenden.  Durch einen im ersten Projektjahr entstandenen Kontakt zum FhG IZFP Dresden erhielten wir die Möglichkeit das Sensorprinzip sowie die Sensorintegration in einem Feldtest zu erproben. Bei der zu überwachenden Struktur handelte es sich um ein Rotorblatt einer Windkraftanlage mit einer Gesamtlänge von 39 m. Der Testaufbau, wie er bereits bei anderen Tests angewandt wurde, ist in den folgenden Bildern dargestellt.

Das Rotorblatt wurde dabei aus seiner statischen Ruhelage nahe seiner Eigenfrequenz in Schwingung versetzt. Die Anregung erfolgte mittels eines Hydraulikzylinders, der über ein elastisches Seil  an den Flügel gekoppelt war. Das Sensorsignal wurde dabei mit 20 Hz abgetastet. Wird über den aufgenommenen Zeitbereich eine Fourieranalyse durchgeführt, erhält man das dargestellte Frequenzspektrum. Der Peak bei  f = 0,686 Hz ist dabei die Eigenfrequenz des Rotorblattes und der Peak bei f = 0,677 Hz die Frequenz der Anregung. Die weiteren Peaks sind äquidistant und ergeben sich aufgrund der beiden Hauptfrequenzen als nichtlineare Mischprodukte.

Schematischer Versuchsaufbau
Frequenzspektrum des schwingenden Rotorblattes
39 m Rotorblatt
Überkoppelprinzip mit sich gegenüberstehenden Fasern

Riss-Sensor

Zur Überwachung bereits bestehender Risse ist ein anderer Ansatz notwendig. Es wurde nach neuen Konzepten gesucht, mit denen die Ausbreitung von Rissen in Strukturen kostengünstig überwacht werden kann, möglichst unter Beibehaltung bereits entwickelter Komponenten. Die gefundenen Konzepte beruhen auf der gezielten Lichtkopplung von einander gegenüberstehenden Fasern bzw. Faser gegen Retroreflektor mit Lochblenden.  

Konstruktionszeichnung eines Prototypen bei Lichtkopplung mit Retroreflektoren und Lochblenden

Schematischer Aufbau des Multifaser-Detektors

Multifaser-Detektor

Der Multifaser-Detektor (MFD) soll die simultane Auslesung vieler Fasern und damit vieler Sensorkanäle ermöglichen. Wie in Bild 44 zu sehen wird hierbei ein unsortiertes Faserbündel auf einen CMOS Sensor-Chip gekoppelt. Die Zuordnung der Pixel zu den einzelnen Fasern erfolgt über eine Softwarekalibrierung ("Teach-in"). Anschließend kann die Lichtintensität jeder Einzelfaser bestimmt und per Software weiterverarbeitet werden.

Für den Demonstrator wurde von der Fa. Kinotex eine Sensormatte mit 12 x 12 druck­empfindlichen Sensorpunkten in einer Schaumstoffmatte zur Verfügung gestellt. Zu jedem dieser Punkte führt eine Faser Licht hin, eine zweite parallel dazu endende Faser führt das je nach Kompression des Schaumstoffs unterschiedliche Streulicht auf den MFD und wird dort ausgewertet. Diese Sensormatte kann nun für verschiedene Zwecke eingesetzt werden, z.B. zur Erkennung der Form aufliegender Gegenstände oder auch als Bedieneinheit.

 

Profilerkennung
Flexible Sensormatte als Touchpad