Fasersegment-Interferometrie (FSI)

Die Fasersegment-Interferometrie (FSI) ist eine spezielle Messmethode im Bereich der faseroptischen Messtechnik von Kistler. Faseroptische Sensoren (FOS) nutzen das durch eine Glasfaser geleitete Licht, um physikalische oder chemische Veränderungen zu messen. Das Licht in der Glasfaser wird zu einem optischen Interrogator reflektiert oder weitergeleitet, um es zu messen und zu verarbeiten.

FSI ist eine optische Signalaufbereitungs- und -verarbeitungstechnik, bei der eine Reihe von gravierten Gittern als Reflektoren dienen und faseroptische Segmente bilden. Fasersegment-Interferometrie-Sensoren erfassen Phasenverschiebungen im Licht in jedem der Segmente und messen so physikalische Veränderungen wie Dehnung, Temperatur, 2D und 3D-Formen und akustische Emissionen. 

Welche primären Messgrößen können mittels Fasersegement-Interferometrie erfasst werden?

• Dehnung
• Temperatur
• 2D- und 3D-Formen
• Vibration
• Torsion
• Akustische Emission
• Druck
• Beschleunigung

Wie funktioniert Fasersegment-Interferometrie (FSI)?

Eine kohärente Lichtquelle – in der Regel ein Diodenlaser – emittiert Licht, das in ein Glasfaserkabel geleitet wird. Entlang der Glasfaser reflektieren Reflektoren in Form von gravierten Gittern Teile des Lichts zurück zum Interrogator. Zwei solche Reflektoren definieren ein Sensorsegment mit einer Länge, die durch den physikalischen Abstand zwischen den beiden Reflektoren entlang des Glasfaserverlaufs festgelegt wird.

Die Signale der beiden Reflektoren werden an einem Fotodetektor in einem Interferenzmuster zusammengeführt. Wird ein Segment äußeren physikalischen Einflüssen wie Dehnung oder Temperaturänderung ausgesetzt, verändert sich das Interferenzmuster aufgrund von Phasenverschiebungen im Segment.

Der opto-elektrische Interrogator verarbeitet das Signal des Fotodetektors, um die Phasenverschiebungen zu berechnen und sie in präzise, verwertbare Messwerte umzuwandeln. Durch Demodulation können Interferenzmuster aus mehreren Kombinationen von Reflektoren gleichzeitig ausgewertet werden.

Schlüsselbegriffe der Fasersegment-Interferometrie (FSI) – Definitionen:

• Kohärentes Licht: Licht einer einzigen Wellenlänge, das seine physikalischen Eigenschaften über große Entfernungen beibehält
• Reflektor: eine Struktur, wie beispielsweise ein Gitter, das in die optische Faser eingebracht wird, um Licht zu reflektieren
• Segment: durch zwei Reflektoren begrenzter Erfassungsbereich
• Referenz: ein stärkerer Reflektor, der den Beginn des empfindlichen Sensorbereichs markiert
• Interferenz: Muster, das durch die Rekombination des von zwei oder mehr Reflektoren reflektierten Lichts entsteht
• Demodulation: Prozess der unabhängigen Auswertung einzelner Segmente
• Opto-elektrischer Interrogator: die in einer Einheit zusammengefasste Hardware und Elektronik zur Erfassung der Daten von faseroptischen Sensoren

Welche Vorteile bietet die FSI-Messtechnologie?

Fasersegment-Interferometrie stellt eine hohe Messleistung sicher
FSI bietet eine herausragende Messgenauigkeit und Geschwindigkeit. Sie ermöglicht eine hohe Auflösung bis in den Subnanometerbereich und unterstützt hohe Abtastfrequenzen, die je nach Elektronik und Systemkonfiguration mehrere hundert Kilohertz erreichen können.

Fasersegment-Interferometrie ermöglicht Messungen unter anspruchsvollen Umgebungsbedingungen
Da faseroptische Sensoren anstelle elektrischer Signale auf Lichtübertragung basieren, sind sie von Natur aus immun gegen elektromagnetische und hochfrequente Störungen. Sie können sicher in Hochspannungsbereichen betrieben werden und sind mit explosiven oder entflammbaren Atmosphären kompatibel, da sie keine Funken oder elektrische Störungen erzeugen. Die in optischen Fasern verwendeten Materialien sind korrosions- und chemikalienbeständig, was einen langfristigen Betrieb in rauen oder korrosiven Umgebungen ermöglicht.

Fasersegment-Interferometrie bietet hohe Flexibilität in der Anwendung
Ein einzelner Fasersegment-Interferometrie-Sensor kann mehrere Messsegmente abdecken und verschiedene physikalische Größen innerhalb eines Systems messen, was einen verteilten Messansatz entlang desselben Sensorpfads ermöglicht. Dadurch ist eine gleichzeitige Überwachung an mehreren Stellen möglich, was den Bedarf an zusätzlichen Sensoren oder komplexen Verkabelungen reduziert.

Ihre geringe Größe mit einem Durchmesser von nur 155 µm und ihre Flexibilität ermöglichen den Einbau in beengten oder komplexen Umgebungen und minimieren den Platzbedarf.