Für die Messung von Temperatur und Dehnung in Aluminiumgussbauteilen wurden Faser-Bragg-Gitter-(FBG) Sensoren entwickelt und verifiziert. Diese FBG Sensoren wurden schon beim Gießen in das Gussbauteil eingebettet und ermöglichten es, beim Erstarrungsprozess und anschließend im Betrieb der Bauteile zu messen. Die Temperatur-Wellenlänge- Kennlinie von Einzelpunkt-Temperatursensoren wurde bis 800 °C bestimmt, und es wurde ein neues Verfahren zur einfachen Kalibrierung von Multipunkt-Temperatursensoren aus den Daten von Einzelpunkt-Temperatursensoren entwickelt. Hiermit konnte das Erstarrungsverhalten der Aluminiumlegierung ortsaufgelöst vermessen werden. Das mechanische Verhalten der Glasfaser in einem Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 900 °C wurde erstmals mittels regenerierten FBG (RFBG) untersucht und mit verschiedenen Materialmodellen temperaturabhängig beschrieben. Dadurch konnte der Übergang vom elastischen zum viskoelastischen Verhalten der Glasfaser zwischen 600 °C und 700 °C beobachtet werden, weit unterhalb der eigentlichen Glasübergangstemperatur von ca. 1100 °C. Die eingebetteten FBG Sensoren wurden im Betrieb der Gussbauteile unter Temperatur- und Dehnungseinfluss zur Überwachung eingesetzt und konnten mithilfe von analytischen Modellen für den Einsatz evaluiert werden.
Aktualisiert: 2022-09-08
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Die Einsparung komplexer und teurer Optiken zur Formung der stark asymmetrischen Pumpstrahlung von Laserdioden ist ein zentrales Forschungsthema im Bereich der Faserlasertechnologien. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde unter diesem Aspekt ein innovatives Konzept der Pumplichtzufuhr entwickelt und untersucht, welches auf einer Anordnung paralleler Quarzglaskantenwellenleiter beruht. Die gezielte Nutzung des Richtungskopplungseffekts von Pumpmodenfeldern innerhalb der passiven Kantenwellenleiter und der laseraktiven Glasfaser gewährleistet eine optische Anregung der Glasfaser über die Länge der passiven Strukturen hinaus. Das Konzept ist modular aufgebaut und erlaubt eine Leistungsskalierung des Faserlasers durch eine Erhöhung der Anzahl einzelner Kantenwellenleitermodule. Um die Beständigkeit optischer Systemkomponenten, wie bspw. der Glasfaserstirnfläche gegenüber hohen optischen Leistungen zu steigern, wurde ferner eine Technologie zur Erzeugung schmutzabweisender Glasoberflächen entwickelt. Auf Basis eines Plasmaätzprozesses erfolgte die selbstordnende Ausbildung einer spezifischen Nanostruktur auf dem Glas. Die behandelten Oberflächen zeigten Hydro- und Oleophobie, eine exzellente Partikelabweisung, sowie eine erhöhte spektral breitbandige Transmission.
Aktualisiert: 2021-04-16
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In dieser Arbeit wird ein Faser-Bragg-Gitter(FBG)-Formsensor zur Erfassung der Form fexibler Strukturen vorgestellt. Verwendung finden solche Sensoren besonders in der Medizintechnik. Obwohl die Thematik der FBG-Sensorik seit Anfang des 21. Jahrhunderts von Forschungsgruppen weltweit untersucht und vorangebracht wird, hat sich bisher noch kein Konzept auf dem Markt durchsetzen können. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Herleitung neuer Algorithmen zur Verbesserung der Formsensorik. In this work a Fiber Bragg grating (FBG) shape sensor for shape detection of flexible objects is presented. Such sensors are used particularly in medical technology. Although the subject of FBG sensor technology has been investigated and advanced by research groups worldwide since the beginning of the 21st century, no sensor concept has yet been able to establish itself on the market. This work focuses on the derivation of shape sensing algorithms to improve FBG-shape sensors.
Aktualisiert: 2021-02-11
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Diese Dissertation zeigt eine neue Möglichkeit der zerstörungsfreien In situ-Messung von Dehnungen im Gießprozess auf. Die neue Methodik sieht das Umgießen faseroptischer Dehnungssensoren (FBG) vor, welche in der Lage sind, Gussteildehnungen in situ während des Gießprozesses zu messen. FBG stellen damit Daten aus Bauteilbereichen bereit, die von der zeitlichen oder örtlichen Situation mit konventionellen Verfahren nicht messbar wären. Die vollständige Qualifizierung von FBG als Methode zur zerstörungsfreien Dehnungsmessung ermöglicht die Ermittlung zeit- und temperaturaufgelöster Spannungszustände während des Gießprozesses, trägt somit wesentlich zu einem erweiterten Prozessverständnis bei und ermöglicht die Anwendung im realen Gießereiumfeld.
Aktualisiert: 2021-04-01
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Energie- oder Datenübertragungssysteme bilden die Basis der modernen Gesellschaft. Ihre funktionelle Unversehrtheit stellt einen Schlüsselfaktor für das soziale Leben und für viele Industriesektoren dar. Aufgrund ihrer Bedeutung bringen Beschädigungen von Energie- und Datenübertragungssystemen große Probleme mit sich. Ein besonders präsentes Beispiel aus dem alltäglichen Leben ist die Beschädigung von Glasfaserkabeln bei innerstädtischen Bauarbeiten. Für viele Industriesektoren führen die mit der Beschädigung einhergehenden Ausfallzeiten von strombetriebenen Maschinen zu unnötigen zusätzlichen Kosten und entgangenen Gewinnen. Besondere Signifikanz haben diese entgangenen Gewinne im deutschen Braunkohlentagebausektor, da hier die Vermeidung von Stillstandszeiten und ein konstanter Abbau essentiell sind.
Die vorliegende Dissertation zeigt den Machbarkeitsnachweis eines neuartigen faseroptischen Schadensdetektionssystems für Stromversorgungskabel im Tagebau auf. Hierbei wurde die faseroptische Sensorik, bei gleichzeitig möglichst geringem Eingriff in die Geflechtsarchitektur, in das Kabelgeflecht eines Stromversorgungskabels integriert. Das entwickelte Schadensdetektionssystem kann Beschädigungen des Kabels mit einer ausreichend hohen Ortsauflösung detektieren, um mit in der Praxis verwendeten Verfahren gleichzuziehen. Es wurden Messverfahren auf der Basis von Lichtintensitätsverfahren, Faser-Bragg-Gittern und Rückstreuverfahren betrachtet.
Aktualisiert: 2020-07-01
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Die Einsparung komplexer und teurer Optiken zur Formung der stark asymmetrischen Pumpstrahlung von Laserdioden ist ein zentrales Forschungsthema im Bereich der Faserlasertechnologien. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde unter diesem Aspekt ein innovatives Konzept der Pumplichtzufuhr entwickelt und untersucht, welches auf einer Anordnung paralleler Quarzglaskantenwellenleiter beruht. Die gezielte Nutzung des Richtungskopplungseffekts von Pumpmodenfeldern innerhalb der passiven Kantenwellenleiter und der laseraktiven Glasfaser gewährleistet eine optische Anregung der Glasfaser über die Länge der passiven Strukturen hinaus. Das Konzept ist modular aufgebaut und erlaubt eine Leistungsskalierung des Faserlasers durch eine Erhöhung der Anzahl einzelner Kantenwellenleitermodule. Um die Beständigkeit optischer Systemkomponenten, wie bspw. der Glasfaserstirnfläche gegenüber hohen optischen Leistungen zu steigern, wurde ferner eine Technologie zur Erzeugung schmutzabweisender Glasoberflächen entwickelt. Auf Basis eines Plasmaätzprozesses erfolgte die selbstordnende Ausbildung einer spezifischen Nanostruktur auf dem Glas. Die behandelten Oberflächen zeigten Hydro- und Oleophobie, eine exzellente Partikelabweisung, sowie eine erhöhte spektral breitbandige Transmission.
Aktualisiert: 2019-09-11
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Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades der Naturwissenschaften
Aktualisiert: 2020-02-26
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