Faseroptische Sensoren ZBA 850 / 851 /1510 / 1525 Fiber optical sensors Komponenten und Zubehör Components and Accessories ZBA Inhaltsverzeichnis Index Inhaltsverzeichnis / Index A. Allgemeine Informationen ........................................................................................................A-1 Messgrößen faseroptischer Sensoren........................................................................................................ A-2 Funktionsweise eines Faser-Bragg-Gitters ................................................................................................. A-3 A. General information .................................................................................................................A-4 Measurement parameters of fiber optical sensors.................................................................................... A-5 Functionality of a Fiber Bragg Grid ............................................................................................................. A-6 B. Produktpalette .........................................................................................................................B-1 B. Product overview .....................................................................................................................B-1 Grundgeräte - Auswerteeinheiten ............................................................................................................. B-1 Basic devices – evaluation units ................................................................................................................. B-1 Übersicht – Braggfasergittersensoren (Dehnung und Temperatur) .......................................................... B-1 Overview – Fiber Bragg Sensors (strain and temperature) ....................................................................... B-1 Montageelemente...................................................................................................................................... B-4 Mounting elements .................................................................................................................................... B-4 Software ..................................................................................................................................................... B-5 Software ..................................................................................................................................................... B-5 Transportsysteme....................................................................................................................................... B-5 Storage boxes ............................................................................................................................................. B-5 C. Auswertesystems ................................................................................................................... C-1 C. Evaluation units ...................................................................................................................... C-1 Mehrkanalige Auswertesysteme ................................................................................................................ C-1 Multi channel evaluation units................................................................................................................... C-1 D. Faser-Bragg-Gittersensoren (Dehnung und Temperatur) ....................................................... D-1 D. Fiber bragg sensors (strain and temperature)......................................................................... D-1 Dehnungs-faser-bragg-gittersensoren ....................................................................................................... D-3 Strain fiber bragg sensors.......................................................................................................................... D-3 E. Montageelemente....................................................................................................................E-1 E. Mounting elements ..................................................................................................................E-1 F. Software ..................................................................................................................................F-1 F. Software ..................................................................................................................................F-1 Auswertesoftware ZBA 850 / 1510 / 1525 ..................................................................................................F-1 Evaluation software ZBA 850 / 1510 / 1525................................................................................................F-1 G. Transportsysteme .................................................................................................................. G-1 G. Transport system ................................................................................................................... G-1 Transportkoffer ..........................................................................................................................................G-1 Transport case ............................................................................................................................................G-1 H. Übersicht (Grundaufbau und Beispiele).................................................................................. H-1 H. Overview (Basic set-up and examples) .................................................................................. H-1 Faser-Bragg-Gitter: Dehnungssensoren und Temperatursensoren ..........................................................H-2 Fiber bragg gratings: Strain sensors and Temperature sensors.................................................................H-2 Beispiele fertigungstechnischer Lösungen zum Aufbringen der Vorspannkraft an Dehnungssensoren ...H-3 Examples of solutions to put up preload forces on fiber bragg strain gratings .........................................H-3 © 2014 ZBA Inhaltsverzeichnis Index Anwendungsbeispiel - Dauerhafte Bauwerksüberwachung (Pfeiler)........................................................H-4 Application example - Structural health monitoring (pillars)....................................................................H-4 Fertigungstechnische Lösungen – Onlineüberprüfung von Punktschweißungen......................................H-5 Manufacturing solutions – online monitoring of spot welding points.......................................................H-5 Anwendungsbeispiel – Einsatz von Faser-Bragg-Gittersensoren in Windkraftanlagen ............................H-6 Application example – Wind power stations with fiber bragg grating sensors .........................................H-6 Anwendungsbeispiel – Faser-Bragg-Gittersensors an Strommasten.........................................................H-7 Appilcation example – Fiber bragg gratings on Electric towers .................................................................H-7 Anwendungsbeispiel – Faser-Bragg-Gittersensoren an Stromabnehmern (Elektrische Triebwagen z.B.: ICE)..............................................................................................................................................................H-8 Application example – Fiber bragg gratings on pantographs (Electric trains e.g.: intercity express)........H-8 Anwendungsbeispiel – Flugzeuge: Durchbiegung von Tragflächen (Airbus, Boeing etc.) .........................H-9 Application example – Airplanes: Bending on wings (Airbus, Boeing etc.)................................................H-9 © 2014 Allgemeine Informationen General information ZBA A. Allgemeine Informationen Die Vorteile der Anwendung faseroptischer Sensoren liegen in Bereichen, wo elektrische Sensoren (z.B. Dehnmessstreifen) nicht verwendbar sind. Durch die vollständige elektrische Isolation von faseroptischen Sensoren wird deren Verwendung in starken elektromagnetischen Feldern (z.B. Mikrowellen und Induktionsöfen) und Hochspannungsbereichen möglich. Als weiterer Vorteil gilt die elektromagnetische Kompatibilität, d.h., dass in einem empfindlichen Messmilieu keine gegenseitige negative Beeinflussung stattfindet. Als empfindliche Umgebung ist hier die Anwendung von Fasersensoren in der Humanmedizin anzusehen. Fasersensoren weisen einen kleinen Querschnitt bei geringem Gewicht auf. Dies gestattet eine flexible und extrem miniaturisierbare Gestaltung der Fasersensoren. Die Signalübertragung gestaltet sich auch auf langen Übertragungsstrecken verlustarm. Die geringe Wärmeleitfähigkeit der Fasern ermöglicht Anwendungen in der Hoch- und Niedertemperatur – (Kryo-)Technik. Ein spezielles Anwendungsfeld bietet sich in der Herstellung von Verbundwerkstoffen, bei denen faseroptische Sensoren schon während des Bauteilfertigungsprozesses in den Verbundwerkstoff integriert werden. Das fertige Bauteil lässt sich im späteren Betrieb dadurch dauerhaft kontrollieren (Bauwerksüberwachung). Den Vorteilen stehen einige wenige Nachteile gegenüber: Die höheren Systemkosten gegenüber konventionellen elektrischen Sensoren schränken die Anwendung von Fasersensoren auf spezielle Anwendungsgebiete ein. Lichtleitfasern sind außerdem sehr empfindlich gegenüber mechanischen Belastungen (z.B. Biegung). Das Zerkratzen einer optischen Kontaktstelle kann den Totalausfall des Sensorsystems hervorrufen. Die technische Überlegenheit der Fasersensoren auf vielen Gebieten wird weiterhin durch eine mangelnde Standardisierung bei der Austauschbarkeit von Komponenten eingeschränkt. Wichtige Anwendungsgebiete von Lichtleitfasersensoren und Sensorsystemen sind: Luft- und Raumfahrt Verkehrstechnik (z.B. Oberleitungspantographen und ICE-Schienentrassen) Bauwesen und Geotechnik Energietechnik (Generatoren, Turbinenschaufeln, Transformatoren, etc.) Industrielle Prozesskontrolle und Automatisierung (chemische Industrie, Pipelines, Offshore-Techniken, Erdgasspeicher) © 2014 Umweltüberwachung Kommunikationstechnik A-1 Allgemeine Informationen General information ZBA Messgrößen faseroptischer Sensoren Abhängig von Art, Ausführung und Einsatzzweck des faseroptischen Sensors ergeben sich u.a. folgende damit zuverlässig detektierbare Messgrößen: Temperatur Dehnung Druck, Kraft Abstand, Position, Weg, Verschiebungen Optischer Brechungsindex Geschwindigkeit, Durchfluss Vibration, Schall Füllstand Drehrate, Drehzahl Magnetfeld, Stromstärke Elektrische Felder (Hochspannungsleitungen, Züge, Gewitter) Chemische Zusammensetzung Biochemische Parameter Die ständig voranschreitende Forschung und Weiterentwicklung der faseroptischen Signalübertragung wird in der Zukunft voraussichtlich noch weitere Anwendungsfelder erschließen. © 2014 A-2 ZBA Allgemeine Informationen General information Funktionsweise eines Faser-Bragg-Gitters Das hier wirkende Funktionsprinzip ist die Fresnel-Reflexion am Gitter. Kernstück dieses Fasersensor-Typs ist die in den Lichtleitfaserkern eingeschriebene ReflexionsgitterStruktur. Sie besteht aus „Störstellen“ im Quarzmaterial der Lichtleitfaser, welche mit dem UV-Laser projiziert erzeugt werden und zu einer plastischen Verformung des Lichtleitfaserkernes führen. Die Abbildung zeigt schematisch den Vorgang im Inneren der solcherart behandelten Lichtleitfaser: Wird in die Lichtleitfaser mit dem Brechungsindex nC polychromatisches Licht POI eingekoppelt und die BraggGitter-Struktur damit beleuchtet, so kommt es durch Fresnel-Reflexion an den Störstellen mit dem Brechungsindex ∆nC zum Zurückwerfen von schwachen Teilwellen des einfallenden Lichtes. Entspricht nun der Lichtweg zwischen den einzelnen reflektierenden Störstellen einer halben Wellenlänge des einfallenden Lichtes, ergibt sich eine konstruktive Überlagerung der schwachen Teilwellen mit dem Ergebnis einer rücklaufenden Welle. Diese rücklaufende Welle hat eine einzige Wellenlänge, die sogenannte „BraggWellenlänge“ λB, deren Frequenz von der Gitterperiode Λ abhängig ist. Alle anderen Wellenlängen passieren die Gitter-Störstellen-Struktur ungehindert als P00. Sämtliche Inhalte wurden sorgfältig geprüft. Dessen ungeachtet kann keine Garantie für Richtigkeit, Vollständigkeit und Aktualität der Angaben übernommen werden. © 2014 A-3 Allgemeine Informationen General information ZBA A. General information The advantages of using fiber optic sensors are located in areas where electrical sensors (e.g. strain gauges) are not usable. Through the complete electrical isolation of fiber optic sensors whose use is possible in strong electromagnetic fields (such as microwaves and induction ) and high voltage areas. A further advantage is the electromagnetic compatibility, that in a sensitive measuring environment no mutual negative influencing takes place. As a sensitive area here is the use of fiber optic sensors in human medicine Fiber sensors have a small cross section with low weight. This permits a flexible and extremely miniaturize able creation of the fiber sensors. The signal transmission is low loss for long transmission lines. The low thermal conductivity of the fibers allows applications in high - and low - temperature (cryogenic) technology. A special field of application is suitable in the manufacture of composite materials, in which fiber optic sensors are already integrated during the component manufacturing process in the composite. The finished component can be checked in later operation by permanent (structural health monitoring). Besides the advantages, there are also a few drawbacks: The higher system costs compared with conventional electric sensors limit the use of fiber sensors to special areas of application. Optical fibers are also very sensitive to mechanical stress (eg bending). Scratching an optical pad can cause the total failure of the sensor system. The technical superiority of the fiber sensors in many areas is limited furthermore by a lacking standardization with the interchangeability of components. Important areas of application of optical fiber bragg sensors and sensor systems are: Aerospace Traffic engineering (z.B. catenary pantographs and intercity express-rail routes) Civil engineering and geotechnology Energy technology (generators, Turbine shovels, transformators, etc.) Industrial process control and automation (chemical industry, pipelines, Offshore- technology, natural gas memories) © 2014 Environmental monitoring Communication technology A-4 Allgemeine Informationen General information ZBA Measurement parameters of fiber optical sensors Depending on type, design and application of fiber optic sensors arise. The following variables so reliably detectable: Temperature Strain Pressure, force Distance, position Optical index of refraction Velocity, flow rate Vibration, sound Filling level Rotation rate, rotation speed Magnetic field, current Electric fields (high voltage lines, trains, thunder storm) Chemical composition Biochemical parameter The constantly progressing research and advancement of the fiber-optical signal transference will open in the future probably even other use fields. © 2014 A-5 ZBA Allgemeine Informationen General information Functionality of a Fiber Bragg Grid The functional principle working here is the Fresnel reflexion at the grating. Principal item of this fiber sensor type is the reflecting lattice structure enrolled in the optical fiber core. It consists of "Imperfections" in the quartz of optical fiber, which are produced with UV-laser and cause a plastic deformation of the fiber core. The picture shows schematically the process inside to the in that way treated optical fiber: Polychromatic light POI is coupled into the optical fiber with the refractive index nC and the Bragg grating structure is illuminated there with.Because of Fresneel reflection at the inpurities (with the refractive index nC ) weakly partial waves of the incident light are reflected. If the light way corresponds now between the single reflective sturgeon places half a wavelength of the incoming light, a constructive overlapping of the weak part waves with the result of a back-running wave arises. This reflected wave having a single wavelength , called the " Bragg wavelength " λB , whose frequency depends on the grating period Λ. All other wavelengths pass through the grating structure of impurity as P00 unhindered. All contents have been studied carefully. Regardless of this, no guarantee for correctness, completeness and actuality of information can be given. © 2014 A-6 Produktpalette Product overview ZBA B. Produktpalette B. Product overview Grundgeräte - Auswerteeinheiten Basic devices – evaluation units Artikelbestellnr.: Order No.: Seite / Page: Name: Description: 269304 - 2501 . 026 269304 - 2501 . 126 269304 - 1000 . 024 C-1 C-2 C-3 ZBA 850 (Auswerteeinheit) ZBA 850 (Evaluation unit) ZBA 851 (Auswerteeinheit) ZBA 851 (Evaluation unit) ZBA 1510 (Auswerteeinheit) ZBA 1510 (Evaluation unit) 269304 - 1500 . 024 269304 - 2501 . 224 C-4 C-5 ZBA 1525 (Auswerteeinheit) ZBA 1525 (Evaluation unit) AKKU Station ZBA850 ACCU Station ZBA 850 Übersicht – Braggfasergittersensoren (Dehnung und Temperatur) Overview – Fiber Bragg Sensors (strain and temperature) Artikelbestellnr.: Order No.: Seite / Page: Name: Description: © 2014 269304 - 2500 . 124 D-1 Bragggittersensor - F1 (Faser einseitig konfektioniert - E2000) Fiber bragg sensor - F1 (fiber single side installed - E2000) B-1 ZBA Produktpalette Product overview 269304 - 2500 . 224 D-2 Bragggittersensor - F2 (Faser zweiseitig konfektioniert - E2000) Fiber bragg sensor – F2 (fiber double side installed - E2000) Artikelbestellnr.: Order No.: Seite / Page: Name: Description: 269304 - 2501 . 524 D-3 Bragggittersensor im Schutzrohr - S1 (Faser einseitig konfektioniert - E2000) Fiber bragg sensor with - protective pipe - S1 (fiber single side installed - E2000) 269304 - 2501 . 624 D-3 Bragggittersensor im Schutzrohr - S2 (Faser zweiseitig konfektioniert - E2000) Fiber bragg sensor with -protective pipe - S2 (fiber double side installed - E2000) © 2014 B-2 ZBA Produktpalette Product overview 269304 - 2500 . 324 D-4 Bragggittersensor im Schutzrohr – S3 (Faser einseitig konfektioniert - E2000) Fiber bragg sensor with -protective pipe - S3 (fiber single side installed - E2000) 269304 - 2500 . 424 D-5 Bragggittersensor im Schutzrohr – S4 (Faser zweiseitig konfektioniert - E2000) Fiber bragg sensor with -protective pipe - S4 (fiber double side installed - E2000) Artikelbestellnr.: Order No.: Seite / Page: Name: Description: 269304 - 2502 . 124 D-6 Faseroptische Dehnungssenor S5 - einseitig konfektioniert für Klebfixierung (E 2000) Fiber bragg strain sensor - S5 for bond fixation (fiber single side installed - E2000) 269304 - 2502 . 624 D-6 Faseroptische Dehnungssenor S6 - zweiseitig konfektioniert für Klebfixierung (E 2000) Fiber bragg strain sensor – S6 for bond fixation (fiber double side installed - E2000) © 2014 B-3 Produktpalette Product overview ZBA Montageelemente Mounting elements Artikelbestellnr.: Order No.: Seite / Page: Name: Description: 269304 - 2500 . 725 269304 - 2500 . 525 269304 - 2500 . 925 E-1 E-1 E-1 Klammer 1 Clamp 1 Klammer 2 Clamp 2 Ankerschraube MMS-S6 Screw anchor MMS-S6 269304 - 2500 . 125 269300 – 2501 . 725 E-2 E-2 Installationsset A Installation set A Installationsset B Installation set B 269304 - 2503 . 010 269304 – 2502 . 210 2693904 – 2503 . 110 269302 – 2503 . 210 E-2 E-3 E-3 E-3 Sensorbefestigung SM1 (50mm) Sensor fixation SM1 ( 50mm) Sensorbefestigung SM2 (100mm) Sensor fixation SM2 (100mm) Sensorbefestigung SM3 (40mm) Sensor fixation SM3 (40mm) Sensorbefestigung SM4 (40mm) Sensor fixation SM4 (40mm) © 2014 B-4 Produktpalette Product overview ZBA Software Software Artikelbestellnr.: Order No.: Seite / Page: Name: Description: 269304 - 1000 . 026 F-1 ILLumiSence Strain V2.1 ILLumiSence Strain V2.1 Transportsysteme Storage boxes Artikelbestellnr.: Order No.: Seite / Page: Name: Description: © 2014 269304 - 1420 . 026 G-1 ZBA 850 /851 Koffer ZBA 850 /851 case B-5 Auswertesysteme Evaluation units ZBA C. Auswertesystems C. Evaluation units Mehrkanalige Auswertesysteme Multi channel evaluation units ZBA 850 (Auswerteeinheit) ZBA 850 (evaluation unit) Masse [g] / Weight]: - Bestell-Nr. / Order No.: 269304 - 2501 . 026 - x Wellenlängenbereich: Wavelength Range: (805 – 865) nm Absolute Wellenlängengenauigkeit: Absolute wavelength accuracy: (EOL- END of life) Anzahl der Kanäle: Number of channels: Wellenlängenauflösung: Wavelength resolution: Minimale Wellenlängenabstand: Minimum wavelength spacing: Erweiterte Spezifikationen: Ext. specifications: Beispiel für Bestellangaben: Example of order information: © 2014 ±25pm (höhere EOL auf Anfrage) (higher EOL on request) 2|4|8 (mit max. 40 Bragg Sensoren pro Kanal) (with max. 40 bragg sensors per channel) 0,1 pm 0,5 pm 5 KHz Abtastung Zeitsynchrones Auslesen Höhere Wellenlängenverschiebung bei gleicher Dehnung gegenüber größeren Wellenbereichen (ZBA 1510 & ZBA 1525) 1 KHz sampling Time synchron reading higher wavelength shift with same strain compared larger wavelength ranges (ZBA 1510 & ZBA 1525) 269304 – 2501 . 026 – 2 Kanäle 269304 – 2501 . 026 – 4 channels C-1 Auswertesysteme Evaluation units ZBA ZBA 851 (Auswerteeinheit) ZBA 851 (evaluation unit) Masse [g] / Weight]: - Bestell-Nr. / Order No.: 269304 - 2501 . 126 - x Wellenlängenbereich: Wavelength Range: (805 – 865) nm Absolute Wellenlängengenauigkeit: Absolute wavelength accuracy: (EOL- END of life) Anzahl der Kanäle: Number of channels: Wellenlängenauflösung: Wavelength resolution: Minimale Wellenlängenabstand: Minimum wavelength spacing: Erweiterte Spezifikationen: Ext. specifications: Beispiel für Bestellangaben: Example of order information: © 2014 ±25pm (höhere EOL auf Anfrage) (higher EOL on request) 1|2|4 (mit max. 40 Bragg Sensoren pro Kanal) (with max. 40 bragg sensors per channel) 0,1 pm 0,5 pm 5 KHz Abtastung Zeitsynchrones Auslesen Höhere Wellenlängenverschiebung bei gleicher Dehnung gegenüber größeren Wellenbereichen (ZBA 1510 & ZBA 1525) 5 KHz sampling Time synchron reading higher wavelength shift with same strain compared larger wavelength ranges (ZBA 1510 & ZBA 1525) 269304 – 2501 . 126 – 2 Kanäle 269304 – 2501 . 126 – 4 channels C-2 Auswertesysteme Evaluation units ZBA ZBA 1510 (Auswerteeinheit) ZBA 1500 (evaluation unit) Masse [g] / Weight]: - Bestell-Nr. / Order No.: 269304 - 1000 . 024 - x Wellenlängenbereich: Wavelength Range: (1510 – 1590) nm Absolute Wellenlängengenauigkeit: Absolute wavelength accuracy: (EOL- END of life) Anzahl der Kanäle: Number of channels: Wellenlängenauflösung: Wavelength resolution: Minimale Wellenlängenabstand: Minimum wavelength spacing: Erweiterte Spezifikationen: Ext. specifications: Beispiel für Bestellangaben: Example of order information: © 2014 ±40pm (höhere EOL auf Anfrage) (higher EOL on request) 2|4|8 (mit max. 40 Bragg Sensoren pro Kanal) (with max. 40 bragg sensors per channel) 0,1 pm 0,8 pm Sequentielles Auslesen sequentially reading 269304 – 1000 . 024 – 2 Kanäle 269304 – 1000 . 024 – 4 channels C-3 Auswertesysteme Evaluation units ZBA ZBA 1525 (Auswerteeinheit) ZBA 1525 (Evaluation unit) Masse [g] / Weight : - Bestell-Nr. / Order No.: 269304 - 1500 . 024 - x Wellenlängenbereich: Wavelength range: (1525 – 1565) nm Absolute Wellenlängengenauigkeit: Absolute wavelength accuracy: (EOL- END of life) Anzahl der Kanäle: Number of channels: Wellenlängenauflösung: Wavelength resolution: Minimale Wellenlängenabstand: Minimum wavelength spacing: Erweiterte Spezifikationen: Ext. specifications: Beispiel für Bestellangaben: Example of order information: © 2014 ±30pm (höhere EOL auf Anfrage) (higher EOL on request) 2|4|8 (mit max. 40 Bragg Sensoren pro Kanal) (with max. 40 bragg sensors per channel) 0,1 pm 0,4 pm Sequentielles Auslesen sequentially reading 269304 – 1500 . 024 – 4 Kanäle 269304 – 1500 . 024 – 2 channels C-4 Auswertesysteme Evaluation units ZBA AKKU Station - ZBA 850 ACCU Station – ZBA 850 Masse [g] / Weight : 1100 Bestell-Nr. / Order No.: 269304 - 2501 . 224 Komponenten: Ladestation, Kabel & Akku - Station Components: charger, cable & accumulator - station Eingangsparameter: Input parameter: Ausgangsparameter: Output parameter: Ladezyklen: Charging cycles: © 2014 DC 16,8V max.: 5A DC 15V 6,8Ah max.: 5A max. 1000 C-5 Faser-Bragg-Gittersensoren Fiber Bragg Sensors ZBA D. Faser-Bragg-Gittersensoren (Dehnung und Temperatur) D. Fiber bragg sensors (strain and temperature) Faser-Bragg-Gittersensor - F1 (Faser einseitig konfektioniert - E2000) Fiber bragg sensor - F1 (fiber single side installed - E2000) Weight: Masse [g] / Anzahl der Bragg-Gitter max.: 40 Number of bragg gratings max.: Bestell-Nr. / Order No.: 269304 – 2500 . 124 Ext. specifications: (application) Lm ….(Kabelmantellänge / cable cladding length) Lab N… (abisolierte Faserlänge / stripped fiber length) LBa N… (Sensorabstände / sensor distance) Wellenlängenbereich /wave length range : (805 – 865) nm (1510 – 1590) nm (1525 – 1565) nm Temperatur- und Dehnungssensoren kundenseitig frei fixierbar Temperature and strain sensors customer requirements free fixable Wellenlängenabstand: min. 1,5nm Kundenseitige Bestelldaten: Customer requirements data: Erweiterte Spezifikationen: (Anwendung) Wavelength distance: Bestellbezeichnung: order description no.: 269304 - 2500 . 124 / Wellenlängenbereich/ Lm1 [mm] / Lab [mm]/ LBa 1[mm]/ LBa 2 [mm] /Lba N[mm]/ Startwellenlänge[nm] / Wellenlängenabstand [nm] 269304 - 2500 . 124 / wave length ranges/ Lm1 [mm] / Lab[mm] / LBa 1 [mm]/ LBa 2 [mm]/Lba N [mm]/ start wavelength [nm] / wavelength distance [nm] z.B.: / e.g.: 269304 – 2500 . 124 / (1525 – 1565) nm / 2000mm / 500 mm/ 200mm/ 1526nm / 1,5nm LBa 20[mm] LBa 31[mm] LBa 10[mm] LBa 21[mm] LBa 32[mm] LBa 11[mm] LBa 22[mm] LBa 33[mm] LBa 1[mm] LBa 12[mm] LBa 23[mm] LBa 34[mm] LBa 2[mm] LBa 13[mm] LBa 24[mm] LBa 35[mm] LBa 3[mm] LBa 14[mm] LBa 25[mm] LBa 36[mm] LBa 4[mm] LBa 15[mm] LBa 26[mm] LBa 37[mm] LBa 5[mm] LBa 16[mm] LBa 27[mm] LBa 38[mm] LBa 6[mm] LBa 17[mm] LBa 28[mm] LBa 39[mm] LBa 7[mm] LBa 18[mm] LBa 29[mm] LBa 40[mm] LBa 8[mm] LBa 19[mm] LBa 30[mm] Lm1 [mm] Lab [mm) © 2014 START[nm]: LBa 9[mm] [nm] D-1 Faser-Bragg-Gittersensoren Fiber Bragg Sensors ZBA Faser-Bragg-Gittersensor - F2 (Faser zweiseitig konfektioniert - E2000) Fiber bragg sensor – F2 (fiber double side installed - E2000) Weight: Masse [g] / Anzahl der Bragg-Gitter max.: 40 Number of bragg gratings max.: Bestell-Nr. / Order No.: 269304 – 2500 . 224 Ext. specifications: (application) Lm ….(Kabelmantellänge / cable cladding length) Lab N… (abisolierte Faserlänge / stripped fiber length) LBa N… (Sensorabstände / sensor distance) Wellenlängenbereich /wave length range : (805 – 865) nm (1510 – 1590) nm (1525 – 1565) nm Temperatur- und Dehnungssensoren kundenseitig frei fixierbar Temperature and strain sensors customer requirements free fixable Wellenlängenabstand: min. 1,5nm Kundenseitige Bestelldaten: Customer requirements data: Erweiterte Spezifikationen: (Anwendung) Wavelength distance: Bestellbezeichnung: order description no.: [nm] Lm1 [mm] Lab [mm) START[nm]: 269304 - 2500 . 224 / Wellenlängenbereich/ Lm1 [mm] / Lab [mm]/ LBa 1[mm]/ LBa N [mm] /Lm 2[mm]/ Startwellenlänge[nm] / Wellenlängenabstand [nm] 269304 - 2500 . 224 / wave length ranges/ Lm1 [mm] / Lab[mm] / LBa 1 [mm]/ LBa N [mm]/Lm 2 [mm]/ start wavelength [nm] / wavelength distance [nm] z.B.: / e.g.: 269304 – 2500 . 224 / (805 - 865) nm / 2000mm / 500 mm/ 200mm /2000 mm/806nm/1,5nm LBa 9[mm] LBa 20[mm] LBa 31[mm] LBa 10[mm] LBa 21[mm] LBa 32[mm] LBa 11[mm] LBa 22[mm] LBa 33[mm] LBa 1[mm] LBa 12[mm] LBa 23[mm] LBa 34[mm] LBa 2[mm] LBa 13[mm] LBa 24[mm] LBa 35[mm] LBa 3[mm] LBa 14[mm] LBa 25[mm] LBa 36[mm] LBa 4[mm] LBa 15[mm] LBa 26[mm] LBa 37[mm] LBa 5[mm] LBa 16[mm] LBa 27[mm] LBa 38[mm] LBa 6[mm] LBa 17[mm] LBa 28[mm] LBa 39[mm] LBa 7[mm] LBa 18[mm] LBa 29[mm] LBa 40[mm] LBa 8[mm] LBa 19[mm] LBa 30[mm] Lm2 [mm] © 2014 D-2 Faser-Bragg-Gittersensoren Fiber Bragg Sensors ZBA Dehnungs-faser-bragg-gittersensoren Strain fiber bragg sensors Faser-Bragg-Gittersensor im Schutzrohr - S1 (Faser einseitig konfektioniert - E2000) Fiber bragg sensor with - protective pipe - S1 (fiber single side installed - E2000) Weight: Masse [g] / Anzahl der Bragg-Gitter max.: 1 Number of bragg gratings max.: Bestell-Nr. / Order No.: 269304 – 2501 . 524 Kundenseitige Bestelldaten: Customer requirements data: Lm N….(Kabelmantellänge / cable cladding length) Standardlänge /standard length 2000 mm Wellenlängenbereich /wave length range : (805 – 865) nm (1510 – 1590) nm (1525 – 1565) nm Spezielle Kundenbestellbezeichnung: Special customer requirement order no.: 269304 - 2501 . 524 / Wellenlängenbereich/ Lm1 [mm] 269304 - 2501 . 524 / wave length ranges/ Lm1 [mm] z.B.: / e.g.: 269304 – 2501 . 524 / (1525 – 1565) nm / 5000mm Faser-Bragg-Gittersensor im Schutzrohr – S2 (Faser zweiseitig konfektioniert - E2000) Fiber bragg sensor with - protective pipe – S2 (fiber double side installed - E2000) Weight: Masse [g] / Anzahl der Bragg-Gitter max.: 1 Number of bragg gratings max.: Bestell-Nr. / Order No.: 269304 – 2501 . 624 Kundenseitige Bestelldaten: Customer requirements data: Lm N….(Kabelmantellänge / cable cladding length) Standardlänge /standard length 2 m Wellenlängenbereich /wave length range : (805 – 865) nm (1510 – 1590) nm (1525 – 1565) nm Spezielle Kundennestellbezeichnung: Special customer requirements order no.: 269304 - 2500 . 624 / Wellenlängenbereich/ Lm1 [mm] / Lm2 [mm] 269304 - 2500 . 624 / wave length ranges/ Lm1 [mm] / Lm2 [mm] z.B.: / e.g.: 269304 – 2500 . 624 / (1525 – 1565) nm / 5000mm /5000 mm © 2014 D-3 Faser-Bragg-Gittersensoren Fiber Bragg Sensors ZBA Faser-Bragg-Gittersensor im Schutzrohr – S3 (Faser einseitig konfektioniert E2000) Fiber bragg sensor with - protective pipe – S3 (fiber single side installed - E2000) Weight: Masse [g] / Anzahl der Bragg-Gitter max.: 40 Number of bragg gratings max.: Bestell-Nr. / Order No.: 269304 – 2500 . 324 Kundenseitige Bestelldaten: Customer requirements data: Wellenlängenabstand: Lm ….(Kabelmantellänge / cable cladding length) Lr N… (Schutzrohrlänge / protective pipe length) LBa N… (Sensorabstände / sensor distance) Wellenlängenbereich /wave length range : (805 – 865) nm (1510 – 1590) nm (1525 – 1565) nm min. 1,5nm Wavelength distance: Bestellbezeichnung: order description no.: [nm] START[nm]: 269304 - 2500 . 324 / Wellenlängenbereich/ Lm1 [mm] / LBa N [mm] /Lr N[mm]/ Startwellenlänge[nm] / Wellenlängenabstand [nm] 269304 - 2500 . 324 / wave length ranges/ Lm1 [mm] /LBa N [mm]/Lr N [mm]/ start wavelength [nm] / wavelength distance [nm] z.B.: / e.g.: 269304 – 2500 . 324 / (1525 – 1565) nm / 2000mm / 500 mm/ 60 mm/ 1526nm /1,5nm LBa 20[mm] Lr1 [mm] Lr22 [mm] LBa 21[mm] Lr2 [mm] Lr23 [mm] LBa 1[mm] LBa 22[mm] Lr3 [mm] Lr24 [mm] LBa 2[mm] LBa 23[mm] LBa 3[mm] LBa 4[mm] LBa 5[mm] LBa 6[mm] LBa 7[mm] LBa 8[mm] LBa 9[mm] LBa 10[mm] LBa 11[mm] LBa 12[mm] LBa 13[mm] LBa 14[mm] LBa 15[mm] LBa 16[mm] LBa 17[mm] LBa 18[mm] LBa 19[mm] LBa 24[mm] LBa 25[mm] LBa 26[mm] LBa 27[mm] LBa 28[mm] LBa 29[mm] LBa 30[mm] LBa 31[mm] LBa 32[mm] LBa 33[mm] LBa 34[mm] LBa 35[mm] LBa 36[mm] LBa 37[mm] LBa 38[mm] LBa 39[mm] LBa 40[mm] Lr4 [mm] Lr5 [mm] Lr6 [mm] Lr7 [mm] Lr8 [mm] Lr9 [mm] Lr10 [mm] Lr11 [mm] Lr12 [mm] Lr13 [mm] Lr14 [mm] Lr15 [mm] Lr16 [mm] Lr17 [mm] Lr18 [mm] Lr19 [mm] Lr20 [mm] Lr21 [mm] Lr25 [mm] Lr26 [mm] Lr27 [mm] Lr28 [mm] Lr29 [mm] Lr30 [mm] Lr31 [mm] Lr32 [mm] Lr33 [mm] Lr34 [mm] Lr35 [mm] Lr36 [mm] Lr37 [mm] Lr38 [mm] Lr39 [mm] Lr40 [mm] Lm [mm] © 2014 D-4 Faser-Bragg-Gittersensoren Fiber Bragg Sensors ZBA Faser-Bragg-Gittersensor im Schutzrohr – S4 (Faser beidseitig konfektioniert E2000) Fiber bragg sensor with - protective pipe – S4 (fiber double side installed - E2000) Weight: Masse [g] / Anzahl der Bragg-Gitter max.: 40 Number of bragg gratings max.: Bestell-Nr. / Order No.: 269304 – 2500 . 424 Kundenseitige Bestelldaten: Customer requirements data: Wellenlängenabstand: Lm N….(Kabelmantellänge / cable cladding length) Lr N… (Schutzrohrlänge / protective pipe length) LBa N… (Sensorabstände / sensor distance) Wellenlängenbereich /wave length range : (805 – 865) nm (1510 – 1590) nm (1525 – 1565) nm min. 1,5nm Wavelength distance: Bestellbezeichnung: order description no.: [nm] [nm] START[nm]: 269304 - 2500 . 424 / Wellenlängenbereich/ Lm1 [mm] / LBa N [mm] /Lr N[mm] / Lm2 [mm] 269304 - 2500 . 424 / wave length ranges/ Lm1 [mm] /LBa N [mm]/Lr N [mm] / Lm2 [mm z.B.: / e.g.: 269304 – 2500 . 424 / (1525 – 1565) nm / 2000mm / 500 mm/ 60 mm/ 2000 mm LBa 20[mm] Lr1 [mm] Lr22 [mm] LBa 21[mm] Lr2 [mm] Lr23 [mm] LBa 1[mm] LBa 22[mm] Lr3 [mm] Lr24 [mm] LBa 2[mm] LBa 23[mm] LBa 3[mm] LBa 4[mm] LBa 5[mm] LBa 6[mm] LBa 7[mm] LBa 8[mm] LBa 9[mm] LBa 10[mm] LBa 11[mm] LBa 12[mm] LBa 13[mm] LBa 14[mm] LBa 15[mm] LBa 16[mm] LBa 17[mm] LBa 18[mm] LBa 19[mm] LBa 24[mm] LBa 25[mm] LBa 26[mm] LBa 27[mm] LBa 28[mm] LBa 29[mm] LBa 30[mm] LBa 31[mm] LBa 32[mm] LBa 33[mm] LBa 34[mm] LBa 35[mm] LBa 36[mm] LBa 37[mm] LBa 38[mm] LBa 39[mm] LBa 40[mm] Lr4 [mm] Lr5 [mm] Lr6 [mm] Lr7 [mm] Lr8 [mm] Lr9 [mm] Lr10 [mm] Lr11 [mm] Lr12 [mm] Lr13 [mm] Lr14 [mm] Lr15 [mm] Lr16 [mm] Lr17 [mm] Lr18 [mm] Lr19 [mm] Lr20 [mm] Lr21 [mm] Lr25 [mm] Lr26 [mm] Lr27 [mm] Lr28 [mm] Lr29 [mm] Lr30 [mm] Lr31 [mm] Lr32 [mm] Lr33 [mm] Lr34 [mm] Lr35 [mm] Lr36 [mm] Lr37 [mm] Lr38 [mm] Lr39 [mm] Lr40 [mm] Lm2[mm] Lm [mm] © 2014 D-5 Faser-Bragg-Gittersensoren Fiber Bragg Sensors ZBA Faseroptischer Dehnungssenor S5 - einseitig konfektioniert für Klebfixierung (E 2000) Fiber bragg sensor with - protective pipe – S5 (fiber single side installed - E2000) Weight: Masse [g] / Anzahl der Bragg-Gitter max.: 1 Number of bragg gratings max.: Bestell-Nr. / Order No.: 269304 – 2502 . 124 Kundenseitige Bestelldaten: Customer requirements data: Lm N….(Kabelmantellänge / cable cladding length) Standardlänge / standard length : 2m Wellenlängenbereich /wave length range : (805 – 865) nm (1510 – 1590) nm (1525 – 1565) nm Spezielle Kundenbestellbezeichnung: Special customer requirement order no.: 269304 . 2502 . 124 / Wellenlängenbereich/ Lm1 [mm] 269304 . 2502 . 124 / wave length ranges/ Lm1 [mm] z.B.: / e.g.: 269304 – 2502 . 124 / (1525 – 1565) nm / 5000mm Faseroptischer Dehnungssenor S6 - beidseitig konfektioniert für Klebfixierung (E 2000) Fiber bragg sensor with - protective pipe – S6 (fiber double side installed - E2000) Weight: Masse [g] / Anzahl der Bragg-Gitter max.: 1 Number of bragg gratings max.: Bestell-Nr. / Order No.: 269304 – 2502 . 224 Kundenseitige Bestelldaten: Customer requirements data: Lm N….(Kabelmantellänge / cable cladding length) Standardlänge / standard length : 2m Wellenlängenbereich /wave length range : (805 – 865) nm (1510 – 1590) nm (1525 – 1565) nm Spezielle Kundenbestellbezeichnung: Special customer requirement order no.: 269304 - 2502 . 224 / Wellenlängenbereich/ Lm1 [mm] / Lm2 [mm] 269304 - 2502 . 224 / wave length ranges/ Lm1 [mm] / Lm2 [mm] z.B.: / e.g.: 269304 – 2502 . 124 / (1525 – 1565) nm / 5000mm / 5000 mm © 2014 D-6 Montageelemente Mounting elements ZBA E. Montageelemente E. Mounting elements Klammer 1 Clamp 1 Masse [g] / Weight : 75,5 Bestell-Nr. / Order No.: 269304 – 2500 . 725 Klammer 2 Clamp 2 Masse [g] / Bestell-Nr. / Weight: 74 Order No.: 269304 – 2500 . 525 Ankerschraube MMS-S6 Screw anchor MMS-S6 Masse [g] / Weight : 9,5 Bestell-Nr. / Order No.: 269304 – 2500 . 925 © 2014 E-1 Montageelemente Mounting elements ZBA Installationsset A Installation set A Masse [g] / Weight : 181 Bestell-Nr. / Order No.: 269304 – 2500 . 125 Installationsset B Installation set B Masse [g] / Weight : 185 Bestell-Nr. / Order No.: 269304 – 2501 . 725 Sensorbefestigung SM1 (50 mm) Sensor fixation SM1 (50mm) Masse [g]:/ Weight : 29 Bestell-Nr. / Order No.: 269304 – 2503 . 010 (Schraubvariante) (screw variant) © 2014 E-2 Montageelemente Mounting elements ZBA Sensorbefestigung SM2 (100 mm) Sensor fixation SM2 (100 mm) Masse [g] / Weight : 20,7 Bestell-Nr. / Order No.: 269304 – 2502 . 210 (Schraub- &-Klebvariante) (screw & bonding variant): Sensorbefestigung SM3 (40 mm) Sensor fixation SM3 (40 mm) Masse [g] / Weight : 3,4 Bestell-Nr. / Order No.: 269304 – 2503 . 110 (Klebvariante) (bonding variant): Sensorbefestigung SM4 (40 mm) Sensor fixation SM4 (40 mm) Masse [g] / Weight : 3 Bestell-Nr. / Order No.: 269304 – 2503 . 210 (Klebvariante) (bonding variant): © 2014 E-3 Software Software ZBA F. Software F. Software Auswertesoftware ZBA 850 / 1510 / 1525 Evaluation software ZBA 850 / 1510 / 1525 ILLumiSence Strain V2.1 (Auswertesoftware) ILLumiSence Strain V2.1 (Evaluation software) Bestell-Nr. / Order No.: 269306 - 1000 . 026 Aufgabe: Task: Anzeigegenauigkeit : Accuracy of measuring sensors: Abtastrate: Sampling rate: Ausgabe: Sampling rate: Exportdaten: Export data Berechnung der Streckung / Dehnung / Temperatur der FBG Calculation of strain / stress /temperature of FBG In Abhängigkeit der eingesetzten Sensoren depends on used sensors 2000Hz (pro Kanal) 2000Hz (per Channel) Tabelle / Liniendiagramm Table / line plot ASC / CSV für Windows XP/ Windows 7 (32 bit) for Windows XP/ Windows 7 (32 bit) © 2014 F-1 ZBA Tranportsysteme Transport system G. Transportsysteme G. Transport system Transportkoffer Transport case ZBA 850 /851 Koffer ZBA 850 /851 case Bestell-Nr. / Order No.: 269304 – 1420 . 026 Abmasse [mm]: Dimension[inch]: Gewicht: [g] Weight: 500 x 420 x 175 19.685 x 16.535 x 6.890 2796 Zeichnung: Drawing: © 2014 G-1 Übersicht (Grundaufbau und Beispiele) Overview (Basic set-up and examples) ZBA H. Übersicht (Grundaufbau und Beispiele) H. Overview (Basic set-up and examples) l(l) Lichtquelle Light source ) R(l) Spektrometer Spectrometer R lB1 T lB2 lBn y= f(t) e lB= f(T,e) Signalverarbeitung Control unit l lB Auswerte- PC Evaluation PC Auswerteeinheit Evaluation unit lB Glasfaser mit FBG - Sensoren Fiber core with FBG - sensors Messobjekt Measuring object Messanordnung Measurement setup © 2014 H-1 Übersicht (Grundaufbau und Beispiele) Overview (Basic set-up and examples) ZBA Faser-Bragg-Gitter: Dehnungssensoren und Temperatursensoren Dehnungssensoren sind vorgespannt bzw. müssen bei selbst konfektionierten Fasern (kundenspezifisch vorgespannt) auf das Messobjekt aufgebracht werden. Die Vorspannkraft ist dabei von mehreren Parametern abhängig: - der zu erfassende Messbereich - Elastizitätsmodule des Messobjektes - der Anbringort am Messobjekt - Umgebungstemperatur - Gitterabstand der Faser-Bragg-Gitter Die Dehnungssensoren müssen temperaturkompensiert messen. Dies hat zur Folge, dass Faserdehnungssensoren mindestens einen (oder mehrere) Temperatursensor(en) enthalten sollten oder durch separate Temperatursensorik kompensiert werden. Fiber bragg gratings: Strain sensors and Temperature sensors Strain sensors are prestressed or self manufactured fibers must be prestressed and fixed on the measuring object. Besides, the preload force is dependent on several parameters: - To capture measuring range Elasticity modulus of measuring object The fixation location environmental temperature Lattice grating of fiber bragg grating The strain sensors must measure in temperature – counteracted. As a consequence, that the fiber contained at least 1 temperature sensors (or more) for compensation of temperature influence. Another way you use a separate temperature sensor system to compensate the temperature influence. Vorgespannter FBG - Dehnungssensor Prestressed Fiber bragg strain sensor FBG - Temperaturssensor Fiber bragg temperature sensor © 2014 H-2 Übersicht (Grundaufbau und Beispiele) Overview (Basic set-up and examples) ZBA Beispiele fertigungstechnischer Lösungen zum Aufbringen der Vorspannkraft an Dehnungssensoren Examples of solutions to put up preload forces on fiber bragg strain gratings Klebung Bounding Verpressen Pressing Vergiessen To mould in grouting compound Die Faser darf nicht verletzt werden! The fiber must not be damaged during this process! © 2014 H-3 Übersicht (Grundaufbau und Beispiele) Overview (Basic set-up and examples) ZBA Anwendungsbeispiel - Dauerhafte Bauwerksüberwachung (Pfeiler) Application example - Structural health monitoring (pillars) Brücke Bridge FN FX FY Brückenlager auf Säulen Bridge bearing with pillars Säule mit Fasern Pillar with fibers DF De Vibration DT Faser mit Faser-Bragg-Gittersensoren Fiber with fiber bragg gratings © 2014 H-4 Übersicht (Grundaufbau und Beispiele) Overview (Basic set-up and examples) ZBA Fertigungstechnische Lösungen – Onlineüberprüfung von Punktschweißungen Manufacturing solutions – online monitoring of spot welding points Fasergitter Dehnungssensoren Fiber bragg – strain sensors FBG 1 FBG 2 Dehnung strain Schweißpunkt Welding spot F F Lötung Soldering Dehnung strain Strom Elec. current © 2014 Kleine Linse Small lens I.O.-Punkt Welding lens okay H-5 ZBA Übersicht (Grundaufbau und Beispiele) Overview (Basic set-up and examples) Anwendungsbeispiel – Einsatz von Faser-Bragg-Gittersensoren in Windkraftanlagen Application example – Wind power stations with fiber bragg grating sensors _ FCW Zur Minimierung der Wirbelschleppen (Widerstand ) Erhöhung des Wirkungsgrades & Unterdrückung kritischer Spannungszustände To minimization of vortex (resistance) rise of the efficiency & suppression of critical tension states © 2014 H-6 Übersicht (Grundaufbau und Beispiele) Overview (Basic set-up and examples) ZBA Anwendungsbeispiel – Faser-Bragg-Gittersensors an Strommasten Appilcation example – Fiber bragg gratings on Electric towers Ermittlung der Traglasten (Durchbiegung und Temperatur) Determining of bearing load (bending and temperature) P X © 2014 H-7 ZBA Übersicht (Grundaufbau und Beispiele) Overview (Basic set-up and examples) Anwendungsbeispiel – Faser-Bragg-Gittersensoren an Stromabnehmern (Elektrische Triebwagen z.B.: ICE) Application example – Fiber bragg gratings on pantographs (Electric trains e.g.: intercity express) Faser - Bragg - Gittersensoren (Dehnung- und Temperatursensoren unmittelbar an den Schleifleisten) Fiber bragg grating sensors (strain and temperature sensors directly mounted on carbon strips) © 2014 H-8 ZBA Übersicht (Grundaufbau und Beispiele) Overview (Basic set-up and examples) Anwendungsbeispiel – Flugzeuge: Durchbiegung von Tragflächen (Airbus, Boeing etc.) Application example – Airplanes: Bending on wings (Airbus, Boeing etc.) 1 Faser mit 40 Sensoren (Temperatur und Dehnung) 1 Fiber with 40 sensors (temperature and strain) © 2014 H-9 JENAer Meßtechnik GmbH Carl-Zeiss-Promenade 10 D – 07745 Jena / Germany Tel.: +49 3641 / 21 53 26 +49 3641 / 64 29 78 Fax: +49 3641 / 64 26 03 Mobil: +49 171 5 22 66 54 e-mail: [email protected] homepage: http://www.jenaer-mt.de © 2014
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