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Wenn's der Brücke zu bunt wird
Glasfasern leiten Licht und helfen so bei der Datenübermittlung. Aber Glasfasern eignen sich auch als Sensoren. Besondere Glasfasern zeigen Materialbelastung an.
Quelle: Financial Times Deutschland, 23.01.2010
Am Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut (HHI), Standort Energie-Campus Goslar, entwickeln Wolfgang Schade und seine Mitarbeiter aus Glasfasern zweierlei Sensoren: zum Aufspüren von Gasen und zur Erkennung mechanischer Belastung.
Für letztere gravieren die Forscher mithilfe ultrakurzer Laserblitze in den Querschnitt der Faser Beugungsgitter ein. Schickt man weißes Licht hinein, so wird daran - je nach Abstand der Gitterpunkte - eine bestimmte Wellenlänge oder Farbe reflektiert. Sie kann mit einem winzigen Spektrometer identifiziert werden, das die Kollegen vom Berliner HHI - ebenfalls aus Glasfasern - entwickelt haben. Biegt sich nun eine Glasfaser unter Belastung, so verzerrt das Beugungsgitter und die Farbe des rücklaufenden Lichts ändert sich.
Eingegossen in eine Betonbrücke wird die Faser zu einem Indikator für die Belastung. Oder gemeinsam verlegt mit Kupferkabeln etwa von Windkraftanlagen oder anderen großen Maschinen, die sich bewegen und dabei die Kabel verdrillen können. Dank permanent registrierter Belastung lässt sich kontrollieren, wann das Kupferkabel am Ende seiner Lebensdauer angekommen ist. Erste Versuchsanlagen werden gerade damit ausgerüstet. "Ein großer Vorteil unserer Technologie ist, dass wir Standard-Telekomfasern verwenden können", sagt Schade. "Das ist billig und ermöglicht die Massenproduktion."
Wie Lichtleiter verschiedene Gase aufspüren
Diesen Vorteil bietet auch seine zweite Entwicklung. Hierbei dienen Lichtleiter als eine Art künstliche Nase, die Gase aufspürt, zum Beispiel Kohlendioxid, Stickoxide oder Methan. "Das kann sicherheitsrelevant sein, etwa im Bergbau, um die Lüftung zu regulieren, oder als Brandmelder, die künftig in allen Haushalten verpflichtend sind", erläutert Schade. Sie können aber auch Produktionsprozesse überwachen helfen oder dabei, Kühlgase und reifefördernde Gase für eine energiesparende Lebensmittelkühlung zu dosieren.
Das Prinzip: Eine winzige Stimmgabel wird an eine Glasfaser gekoppelt. Das durch sie geschickte Laserlicht kann Gasatome zum Schwingen anregen. Dadurch erwärmt sich die Luft sehr lokal, dehnt sich aus und die entstehende Druckwelle ändert die Schwingung der Stimmgabel. Je nach eingestrahlter Wellenlänge können gezielt die Gase angeregt werden, nach denen man sucht. Die Sensoren lassen sich in winzigen Dimensionen und in Siliziumtechnologie auf einem Chip massenhaft fertigen. Das patentierte Verfahren wird derzeit von der Ausgründung Miopas vermarktet.