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Faser Bragg-Gitter Faseroptisch punktuelle Dehnungs- und Temperaturmessung

Ein Faser-Bragg-Gitter besteht aus vielen Reflexionsstellen – "Spiegel" – die Teile des eingestrahlten Lichts einer bestimmten Wellenlänge reflektieren.  Man nennt ein Bragg-Gtter deshalb auch   Interferenzfilter.

Die Reflexionsstellen werden mittels eines starken UV-Lasers im Kern einer Glasfaser während der Herstellung in einem Ziehturm eingebrannt. Diese Prozedur wird als „einschreiben" bezeichnet. Eine Vielzahl solcher in konstantem Abstand zueinander eingeschriebener Reflexionsstellen ergeben ein Bragg-Gitter.

Sobald eine Dehnungen oder Temperaturänderung auf ein solches Bragg-Gitter einwirken, verändert sich der Abstand der Reflexionsstellen im elastischen Bereich einer Faser durch die eingebrachte Zugkraft oder Temperaturausdehnungskoeffizient zueinander, was zu einer Änderung der reflektierten Wellenlänge führt.

Die kraftschlüssige Anbindung der Faser und Verteilung der Ortsdehnung auf einen bestimmten Faserbereich oder direkt punktuell ist damit Kernaufgabe einer funktionierenden Faser-Bragg.Gitter Installation an ihrem Bauwerk.

Die Wahl des Belastungsbereiches sichert die Überschreitung der eigentlichen Bruchdehnung bei der Überwachung größerer Fugen oder Rissen, ohne die Faser über den Bruchdehnungsbereich zu überlasten. Somit lassen sich bei einer Einspannlänge von 10 cm Messsignale bis zu 10 mm Dehnung überwachen.

Die Anwendung als Extensometer erlaubt eine MEssweretaufnahme bei 10 m MEsstrecke und einem oder mehrerer Gitter einen MEssbereich von mindestens 10 cm dauerhaft oder

Da die Veränderung der Bragg-Wellenlänge direkt von den Temperatur- oder Dehnungsänderungen in der Umgebung des Gitters abhängig ist können diese durch die Messung der Wellenlängenänderung auch hochfrequent bestimmt und überwacht werden.

Die Funktionsweise eines Bragg-Gitters ist überschaulich und leicht verständnlich auf der Partnerseite der Firma FBGS in Jena in englischer Sprache beschrieben:

http://www.fbgs.com/technology/fbg-principle

Eine Veröffentlichung findet man auch auf Wikipedia, leider nur thematisch und sehr abstrakt gehalten.

Bragg-Gitter Messgeräte werden als Interrogator bezeichnet und arbeiten in einem Wellenlängenbereich von ca. 1520 bis 1560 nm oder geringer. Sie sind in der Lage Dehnung Glasfaserleitung und damit der Wellenlänge auf +/- 30pm aufzulösen.

Der minimale Abstand zwischen zwei einzustellenden Wellenlängen innerhalb der Faserbragg-Gitter beträgt:
X (Messbereich) + 0,8 nm = Y Messsicherheitsbereich.

Im Umkehrschluss bedeutet das:
40 nm (Messspanne) / Y = Z (Anzahl der möglichen Gitter)

die in einen Glasfaserstrang eingebracht werden können. Schon bei der Herstellung können die Wellenlängenpositionen im Produktionsprozess vorgegeben werden.

Die nachfolgende Kurve zeigt das eingebrachte Spektrum des Lichts und das im Bragg-Gitter reflektierten Wellenlängenbereich. Der Scheitelpunkt der Funktion lässt sich dabei sehr genau als Messsignal bestimmen und erfassen.

Made in Saxony

Stand: 13.03.2018

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