Faseroptische Multipunkt-Sensornetzwerke
Projektbeschreibung
Bei Gasturbinen und chemischen Reaktoren hängen wichtige Betriebsparameter wie Effizienz und Abnutzung, aber auch die Anlagensicherheit von der Einhaltung spezifischer Temperaturprofile ab. Als Grundlage weiterer technologischer Innovationen wird im Rahmen eines Drittmittelprojekts eine Sensortechnologie erforscht, welche die räumliche Auflösung der gemessenen Temperaturprofile erhöht und gleichzeitig den Platzbedarf und Verkabelungsaufwand reduziert. Dies ist mit gängigen elektrischen Temperatursensoren nicht darstellbar.
Sogenannte Faser-Bragg-Gitter (FBG) sind kleine, wellenlängenselektive Teilspiegel in Lichtwellenleitern. Sie sind empfindlich auf Änderungen des lokalen Dehnungs- und Temperaturzustands der verwendeten optischen Faser und bieten eine Reihe einzigartiger Sensoreigenschaften. Besonders die Immunität gegen elektromagnetische Interferenz und die Möglichkeit des Wellenlängenmultiplexings erlauben einen Einsatz in bisher unzugänglichen Bereichen bei minimalem Platzbedarf.
Eckdaten / Technische Details
- Hochtemperaturtaugliche Multipunkt-Sensoren auf Basis regenerierter Faser-Bragg-Gitter (RFBG)
- Wellenlängen-Temperatur-Kennlinie mit Messabweichung ±2°C von 20°C bis 800°C
- Sensornetzwerke mit 24 Messstellen bei 2 mm Durchmesser und einer Länge bis 2.4 m
- Räumliche Auflösung der Temperaturprofile bis 5 mm
- Durchschnittliche Driftrate 1 K/Jahr (über zwei Jahre bei 500°C)
Leistungen
- Planung und Aufbau der Laborinfrastruktur für die Produktion der Sensor-Prototypen
- Erforschung der physikalischen Entstehungsprozesse hochtemperaturstabiler FBG
- Umfassende Untersuchungen bezüglich Kalibrierung und Langzeitstabilität (Drift, Korrosion)
- Entwicklung einer geeigneten Aufbautechnik/Schutzumhausung
- Erstellen von LabVIEW-Anwendungen für Simulation, Datenverarbeitung und Visualisierung
Ergebnis / Erfolg
Im Rahmen des Forschungsprojektes gelingt es, die RFBG-Technologie vom Labor in reale Anwendungen zu überführen und die Funktionalität nachzuweisen. Dazu zählen der Einsatz in Gasturbinen bis 60 MW und erstmals eine über zweijährige Langzeitmessung in einem Testreaktor.
Die Ergebnisse werden in insgesamt 6 Artikeln in Fachzeitschriften publiziert und auf 4 wissenschaftlichen Konferenzen vorgestellt. Weiterhin erfolgt die Anmeldung eines Schutzrechts.
Die Fördergesellschaft Bayerische Forschungsstiftung führt das Projekt im Jahresbericht 2019 unter der Rubrik «Erfolgsstories». Auf Grund dieser Erfolge konnten bereits weitere Forschungsaufträge definiert werden.
Links zu Open Access Publikationen:
Messungen in der Gasturbine: https://doi.org/10.3390/ijtpp5040025
Messungen im Testreaktor: https://doi.org/10.3390/s19245476
BFS-Jahresbericht 2019 (Seite 30): https://forschungsstiftung.de/assets/mediathek/jahresberichte/Jahresbericht_2019.pdf
News der Hochschule München zum Forschungsauftrag von Siemens Energy:
https://www.hm.edu/allgemein/aktuelles/news/newsdetail_196096.de.html
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