FIBEROPTIK Carola Sterner Tekn. Dr. (Källa: Wiki) Research Institutes of Sweden ICT Acreo / Gruppen för fiberoptiska sensorsystem Innovative Materials Arena, Mjärdevi Science Park, 12 juni 2017
Vad är en optisk fiber? Kvartskablar som leder ljus. SiO 2 125 µm Standard telecom fiber Core Ø10 µm 2
preform Dragtornet en spinnrock för kvartsglasfibrer melting furnace RISE Acreo AB s produkter µm diameter gauge coating die coating curing furnace capstan wheel and take-up 3
När är fibersensorer speciellt relevanta? När man vill mäta i många punkter (distribuerat) När man vill monitorera långa längder (100km) eller stora ytor När kabeldragning är svår eller lång Vid mätningar i starka EM-fält (icke galvanisk) Vid trånga utrymmen (liten formfaktor) I explosiva miljöer (passiv, ingen elförsörjning) När låg vikt är viktigt För integration (ingjutning) i olika material 4
Optiska fibersensorer - princip 5 För mätning av temperatur, töjning, tryck, spänning, ph, vibration etc
Olika sensortyper 6
7 Punktmätningstekniker
Avstånd Detector signal Exempel på principer Intensitet Ljus in Detektor Detektorsignal I max d max 8 Distance from probe to object Intensitet ger avstånd
Exempel på punktmätningstillämpning Interferometrisk avståndsmätning av arbetsstyckes placering i verkstadsmaskinschuck. 9
10 Kvasidistribuerade teknik(er)
Kvasidistribuerade Fiber Bragg Gitter (FBG) Optisk fiber med alternerande brytningsindex i vissa punkter reflekterar ljus tillbaka med våglängd som beror av temperatur och töjning Optisk Fiber λ Bragg Analys av λ Bragg ger temperatur eller töjning! 11
Fiber Bragg Gitter - systemprincip FBG Interrogator Optisk fiber med FBGer λ 1 λ 2 λ 3 Reflekterat ljus (λ Bragg 1,2,3, ) λ Bragg (T,töjning) T Temp/strain i väldefinierade punkter Temp/töjning i väl definierade punkter Upp till 60 mätpunkter/fiber Snabb utläsning (>100kHz) av interrogator Kan ej skilja på strain och temp! #
Kommersiella FBG-baserade sensorer Svetsbar töjningssensor För ingjutning i betong Inklnometer 13
FBG-utveckling och forskningstillämpningar Deformation av kolfiberfixtur konstruktioner 14
FBG-utveckling och forskningstillämpningar FBG Vibrationsmätning på vane i pappersmaskin Temperaturmätning längs mesaugn (30 m) 5 6 7 8 FBGer för detektering och monitorering av bergrörelser 15
Distribuerade tekniker utnyttjar spridningsmekanismer i fibern 16
Distribuerade sensorer - systemprincip Laser puls Reflekterad puls Laser Optisk fiber (100km) Detektor T Positionsbestämning via time of flight (OTDR/OFDR) Distribuerade mätning över 100 km fiber Spatial upplösning cm till m ber av typ. Raman: Temperatur Brillouin/Rayleigh: Temperatur och strain 3560.5m m 17
Distribuerade fibersensorer Exempel på (typiska) tillämpningsområden 18
Pipelines och borrhål 19
Högspänningsapplikationer - kraftöverföring 20
Geotermiska och infrastrukturtillämpningar 21
Andra (mindre konventionella) användningsområden Monitorering av infodringstemperatur Vibration i flygplansvingar T 22 m
Inte riktiga fibersensorer men optisk fiber används ändå för att guida processtrålning till analysutrustning Processtrålning Analys utrustning Analys ger temperatur mm
Bredbandig spektral termometer S S A B Optisk fiber S A N D V I K
Kemisk analys av material med LIBS LIBS - Laser-Induced Breakdown Spectroscopy Mätning av legeringsämnen i stål och aluminimum t ex. Långt arbetsavstånd (0,5-1m) För tuffa miljöer Sortering av metallskrot för återvinning RISE Acreo AB 25
Tack! RISE Acreo AB s Avdelning för fiberoptik HUDIKSVALL: Fiberutveckling Fiberproduktion KISTA: Forskning och utveckling Fibersensorer Fiberoptiska system 26