Neue optische Sensoren für den Einsatz im Betonbau
Diese neue Sensortechnologie ermöglicht Feldmessungen des Verhaltens von echten Bauwerken bei realen Erdbeben mit der gleichen oder sogar einer höheren Detailgenauigkeit, als dies im Labor unter kontrollierten Bedingungen möglich ist. Hiermit können die strukturelle Integrität von Gebäuden und anderen technischen Bauten sowie die unzureichende Fähigkeit, Verformungen während starker Bodenbewegungen absorbieren zu können, problemlos ausgewertet werden. Mehrere Messtechniken auf Grundlage von Glasfasern wurden zu diesem Zweck eingesetzt, allerdings wiesen nicht alle diese Techniken die notwendige Stabilität auf. Im Rahmen des OPTSDET-Projekts wurde eine der vielversprechendsten Technologien aus dem Bereich der Glasfasertechnik für die Messung der durch Erdbeben verursachten Bewegungen von Bauwerken verwendet. Diese Faser-Bragg-Gitter-Sensoren, die an der University Politehnica of Bucharest (Rumänien) entwickelt wurden, weisen sämtliche Vorteile der glasfaserbasierten Sensoren wie kleine äußere Abmessungen und elektromagnetische Unempfindlichkeit auf. Zudem bieten sie eine langfristige Stabilität und zeichnen sich durch eine hohe Zuverlässigkeit aus. Periodische Strukturen im Glaskern eines normalen Glasfaserkabels, die das Bragg-Gitter bilden, weisen einen anderen Brechungsindex als der Kern des Glasfaserkabels auf. Daher wird das Licht, das durch den Faserkern geleitet wird, an der Grenzfläche zwischen Regionen mit unterschiedlichen Brechungsindices reflektiert. Als Strahlungsquelle wird bei diesem Sensor eine normale Breitbandquelle verwendet. Das reflektierte Licht wird durch ein CCD-Messsystem (Charged-coupled Device) registriert. Bei einer bestimmten Wellenlänge, die vom Abstand der Gitterlinien abhängig ist, kann der Sensor für die Messung von Spannungsänderungen verwendet werden, da sich hierdurch Änderungen in der Intensität des reflektierten Lichts ergeben. Die Haltbarkeit von in Beton eingebetteten Faser-Bragg-Gitter-Sensoren wird durch die Verwendung einer speziellen Einfassung erreicht, die die Glasfaser schützen und eine perfekte Verbindung mit dem umgebenden Beton sicherstellen. Die Temperaturempfindlichkeit wurde durch einen zusätzlichen zweiten Sensor ermöglicht, der identisch zum Spannungssensor aufgebaut ist und als Referenz dient. Der Prototyp dieses Sensors wurde im Labor kalibriert und anschließend in Feldversuchen getestet. Er wurde bei der Überwachung von seismischen Aktivitäten verwendet. Hier konnte er eine Messgenauigkeit von weniger als 10µm aufweisen.
