ISBN 978-3-8439-5703-8

978-3-8439-5703-8, Reihe Elektrotechnik

Simon Andreas Dengler
Polymere optische Fasersensorik mittels code-korrelationsbasierter Zeitbereichsreflektometrie

167 Seiten, Dissertation Universität Erlangen-Nürnberg (2025), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Als Methode der verteilten faseroptischen Dehnungssensorik in Erdbauwerken wird die polymeren optischen Faser (POF) Sensorik mittels code-korrelationsbasierter Zeitbereichsreflektometrie (CC-OTDR) untersucht. Das verteilte Sensorsignal ist der Anstieg der Rückstreuung aufgrund der inneren Spannung der POF, welche abhängig von den viskoelastischen Eigenschaften ist. Daraus resultieren Abhängigkeiten von der Dehnungsrate, Temperatur und Feuchte des Polymers. Die Dämpfung und der Absolutwert der Rückstreuung sowie dessen Änderung durch eine konstante Spannung, Temperatur oder Feuchte, werden für die POF spektral im Wellenlängenbereich 450 nm bis 700 nm untersucht.

Um die Anwendung der POF bei niedrigen Kosten zu ermöglichen, wird die direkte Modulation einer grünen Laserdiode, die Verwendung eines APD-Empfängers und die Verwendung von Simplex- und Golay-Codierungsmethoden diskutiert. Dies wird systemtheoretisch modelliert und zeitdiskret in Matlab implementiert sowie an einem Referenzsystem erprobt. Als Ursache von Rekonstruktionsartefakten bei Codierungsmethoden konnten die nichtlineare Verstärkung der APD und das thermische Verhalten der Laserdiode identifiziert werden.

Durch einen Herausziehversuch wird belegt, dass mit der POF die Spannungen von umgebendem Substrat erfasst werden. Dies wurde auch im Feldeinsatz auf einer Abraumhalde erprobt. Dabei wird zwischen Reflexionen entlang der POF die durchschnittliche Dehnung aus der Relativbewegung bestimmt.

Es wird ein neuartiger asymmetrischer Y-Koppler vorgestellt, der eine effiziente Kopplung bei sehr geringem Übersprechen unter Erhalt einer Modegleichgewichtsverteilung ermöglicht.