Strain and temperature sensors using multimode optical fiber Bragg gratings and correlation signal processing

Multimode fiber optic Bragg grating sensors for strain and temperature measurements using correlation signal processing methods have been developed. Two multimode Bragg grating sensors were fabricated in 62/125 m graded-index silica multimode fiber; the first sensor was produced by the holographic method and the second sensor by the phase mask technique. The sensors have signal reflectivity of approximately 35% at peak wavelengths of 835 nm and 859 nm, respectively. Strain testing of both sensors has been done from 0 to 1000 με and the temperature testing from 40 to 80°C. Strain and temperature sensitivity values are 0.55 pm/με and 6 pm/°C, respectively. The sensors are being applied in a power-by-light hydraulic valve monitoring system

Strain Measurements of Composite Laminates with Embedded Fibre Bragg Gratings: Criticism and Opportunities for Research

Embedded optical fibre sensors are considered for structural health monitoring purposes in numerous applications. In fibre reinforced plastics, embedded fibre Bragg gratings are found to be one of the most popular and reliable solutions for strain monitoring. Despite of their growing popularity, users should keep in mind their shortcomings, many of which are associated with the embedding process. This review paper starts with an overview of some of the technical issues to be considered when embedding fibre optics in fibrous composite materials. Next, a monitoring scheme is introduced which shows the different steps necessary to relate the output of an embedded FBG to the strain of the structure in which it is embedded. Each step of the process has already been addressed separately in literature without considering the complete cycle, from embedding of the sensor to the internal strain measurement of the structure. This review paper summarizes the work reported in literature and tries to fit it into the big picture of internal strain measurements with embedded fibre Bragg gratings. The last part of the paper focuses on temperature compensation methods which should not be ignored in terms of in-situ measurement of strains with fibre Bragg gratings. Throughout the paper criticism is given where appropriate, which should be regarded as opportunities for future research

Faser-Bragg-Gitter für die Hochtemperaturanwendung

Im Rahmen der Dissertation wurden die Eigenschaften von Faser-Bragg-Gittern (FBG) in zwei speziellen Fasern unter dem Gesichtspunkt der Hochtemperaturstabilität (>800°C) untersucht. Die Gitter wurden dabei unter Verwendung eines frequenzverdoppelten Ti:Sa-basierten Femtosekundenlasers in einem Zweistrahl-Phasenmasken-Interferometer zum einen in einer einkristallinen Saphirfaser und zum anderen in einer Alumosilikatglaskernfaser erzeugt. Für die Gitter in der Saphirfaser, konnte experimental Temperaturstabilität bis ca. 1900°C nachgewiesen werden. Die zweite Faser wurde zunächst erst einmal nach einem neuartigen Ansatz aus einem mit Quarzglas umfangenen Saphirstab verzogen. Die so entstandene Alumosilikat-glaskernfaser (AluSi-Faser mit ca. 50 mol-% Al2O3-Anteil im Faserzentrum) zeigt eine Temperaturstabilität der eingeschrieben FBG von bis zu 900°C. Beide Fasern wurden hinsichtlich ihrer Führungseigenschaften Untersucht und auf diesen Ergebnissen basierend die Reflexionseigenschaften der in ihnen erzeugten Faser-Bragg-Gitter modelliert. Auch wenn beide Fasern extrem mehrmodig sind, führen die verscheiden Brechzahlprofile (Stufenindexprofil der Saphirfaser, parabolisches Gradientenindexprofil der AluSi-Faser) zu grundlegend verschiedenen FBG-Charakteristika. Für beide Fasern wurden entsprechend angepasste Auswertealgorithmen genutzt um die temperaturabhängige Braggwellenlängen-verschiebung der FBG aus dem breitbandigen Reflexionssignal (Saphirfaser) und dem äquidistanten Mehrpeakspektrum (AluSi-Faser) zu erhalten. Derart konnten mit beiden Fasertypen Einzelmess- und Wiederholgenauigkeiten von wenigen Kelvin für die FBG-basierten Temperaturmessungen erreicht werden