Die Überwachung moderner Strukturbauteile hinsichtlich Schädigung und Lebensdauerverbrauch hat in den letzten Jahren verstärktes Interesse in den Ingenieurwissenschaften geweckt. Besonders im Bereich Luft- und Raumfahrt, wo Strukturschäden katastrophale und teure Folgen haben können, sind kostspielige und zeitaufwendige Inspektionen vorgeschrieben. Für diese Strukturen bietet sich der Einsatz von automatisierten und integrierten Strukturüberwachungssystemen (engl. Health and Usage Monitoring Systems - HUMS) an. In der Literatur werden verschieden Ansätze für ein HUMS diskutiert. Das größte Potential für den Einsatz in zukünftigen Fluggeräten verspricht ein System, mit dem sowohl die Bauteile auf Schädigung hin überwacht, als auch die Betriebslasten des Fluggeräts permanent erfasst werden. Die vorliegende Dissertation untersucht den Einsatz von multifunktionalen Faser Bragg Gitter (FBG) Sensoren für Schadenserkennung und Betriebslastenermittlung. Es wird gezeigt, wie FBG Sensoren simultan für beide Messungen, nämlich einer auf Dehnungsmessungen beruhenden Erfassung der Betriebslast und einer auf Lamb Wellen beruhenden Schadenserkennung, eingesetzt werden können. Neue Ansätze zur Realisierung verzweigter FBG Sensornetze durch die Nutzung von faseroptischen Rosetten mit temperaturkompensierten Dehnungssensoren werden verfolgt. Dazu wird ein miniaturisierter Aufbau für einen faseroptischen Temperatursensor vorgeschlagen, mit dem sich mehrere Dehnungs- und Temperatursensoren in einem einzigen Fasernetzwerk zusammenfassen lassen. Die Verwendung von Trägerfolien für faseroptische Dehnungssensoren wird sowohl numerisch als auch experimentell untersucht. In dieser Arbeit werden sowohl oberflächenapplizierte als auch strukturintegrierte FBG Sensoren zur Aufnahme von Lamb Wellen eingesetzt. Der theoretische Ansatz, der zur Entwicklung eines faseroptischen Ultraschalldetektors führt, wird ausführlich diskutiert. Numerische Simulationen welche den Einfluss der FBG Sensorlänge auf die Übertragungsfunktion des Sensors untersuchen werden experimentell bestätigt. Drei verschiedene Teilaspekte einer auf Lamb Wellen beruhenden Schadensdiagnose werden detailliert betrachtet: das Erkennen einer vorhandenen Schädigung, die genaue Lokalisierung des Schadens und die Bestimmung der Schadensgröße. Experimentelle Untersuchungen zu allen genannten Teilaspekten zeigen, dass der neuartige Ansatz mit FBG Sensoren sehr gut mit bestehender Technik konkurrieren kann. So wird ein zuverlässiger, temperaturunabhängiger Schadensindex eingeführt und ein neuartiges Verfahren zur Schadenslokalisierung, basierend auf faseroptischen Rosetten und der Nutzung von genetischen Algorithmen, vorgestellt. Die Ergebnisse eines einfachen Ermüdungsversuchs, bei dem FBG Sensoren sowohl zur Messung der Lastparameter als auch der Risslänge eingesetzt wurden, stimmen sehr gut mit den Vergleichsmessungen mit Standardmesstechnik überein.
Application of optical fibre sensors for structural health and usage monitoring
Dissertation.de. ; 1005 ; 1-320
2004
320 Seiten, Bilder, Tabellen, 307 Quellen
Hochschulschrift
Englisch
Zustandsüberwachung , Schadenfrüherkennung , Lebensdauervorhersage , Luftfahrttechnik , Raumfahrttechnik , Inspektion , Überwachungseinrichtung , automatisches System , Betriebsverhalten , simultanes Messverfahren , Dehnungsmessung , Plattenwelle , faseroptischer Sensor , faseroptisches Bauelement , Temperatureinfluss , Dehnungssensor , Temperatursensor , Lichtleiternetzwerk , Ultraschallmessverfahren , numerische Simulation , experimentelle Untersuchung , Schadenanalyse , genetischer Algorithmus , Dauerschwingprüfung , Vergleichsmessung
Optical Fibre Sensing Techniques for Health and Usage Monitoring
British Library Conference Proceedings | 1998
|Aircraft Structural Health and Usage Monitoring
Wiley | 2003
|Europäisches Patentamt | 2018
|Europäisches Patentamt | 2020
|