Faseroptische Messverfahren

Verteilte faseroptische Temperaturmessungen

Moderne faseroptische Temperaturmessverfahren ermöglichen linienförmige Temperaturmessungen entlang einer konventionellen Glasfaser aus der Telekommunikationstechnik von bis zu 60 km Länge. Wird ein Glasfaserkabel bereits beim Neubau oder im Rahmen einer Sanierungsmaßnahme in ein Bauwerk integriert, kann die Temperatur innerhalb des Bauwerkes entlang der kostengünstigen Glasfaser gemessen werden, wodurch Leckagen exakt geortet werden können. Bei Kabellängen bis zu 10 km kann eine Temperaturmessgenauigkeit von besser als 0,1°C und eine Ortsauflösung von ca. 0,7 m erreicht werden.

Messprinzip

Das Messprinzip der faseroptischen Temperaturmessung basiert auf der Rückstreuung eines in die Glasfaser eingekoppelten, kurzen Laserpulses (< 10 ns). Die Temperaturbestimmung erfolgt mittels Ramanspektroskopie am zurückgestreuten Licht. Aus dem Verhältnis der Intensitäten von Stokes- und Anti-Stokes-Linien wird die Temperatur berechnet. Die räumliche Zuordnung des Messwertes erfolgt anhand einer sehr genauen Zeitmessung unter Berücksichtigung der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes in der Glasfaser. In einer wenige Minuten dauernden Messung erhält man das Temperaturprofil entlang der gesamten Glasfaserleitung.

Messmethoden

Gradientenmethode

Prinzipiell sind zwei verschiedene Arten der Anwendung zu unterscheiden. Besteht eine ausreichend große Differenz zwischen der Temperatur in der Umgebung des Glasfaserkabels und der Sickerwassertemperatur, so kann eine auftretende Leckage daran erkannt werden, dass sich der Temperaturgradient zwischen den beiden Ausgangstemperaturen signifikant verringert, d.h. die Bauwerks- bzw. Bodentemperatur gleicht sich an die Temperatur des Sickerwassers an. Dieses Verfahren wird daher als Gradientenmethode bezeichnet.

Heat-Pulse Methode

Ist keine ausreichende Temperaturdifferenz vorhanden, z.B. aufgrund eines bautechnisch bedingt geringen Abstandes zwischen Gewässer und Kabel, bzw. aufgrund von langer Zeit gleichbleibenden Gewässertemperaturen, kommt die Aufheiz-, bzw- Heat-Pulse-Methode (HPM) zum Einsatz

Verteilte faseroptische Dehnungsmessungen

Faseroptische Dehnungsmessungen werden zunehmend zum Nachweis von Deformationen oder Bewegungen im Untergrund verwendet. Für verteilte faseroptische Dehnungsmessungen wird eine Auflösung von bis zu 0,2 m und eine Größenordnung von 10 μm/m erreicht, d.h. Bewegungen von 0,01 mm/m können bereits detektiert und mit einer Ortsgenauigkeit von 0,2 m lokalisiert werden. Eine Glasfaser (Single-Mode) kann praktisch bis zu ca. 10 000 μm/m (1%) gedehnt werden. Dabei muss die Ummantelung die Dehnungsänderung des Messobjekts möglichst optimal auf die Faser übertragen.

Im Beton können dadurch (Mikro-)Risse im Gefüge festgestellt werden, die durch Spannungen entstehen. Mit Standard Single-Mode Fasern können alle möglichen Deformationszustände im Beton gemessen werden.

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