Funktionsoptimierte faseroptische Sensorik für die Detektion von geringen Wasserstoffkonzentrationen mittels strukturierter Palladiumbeschichtung von pi-verschobenen Faser-Bragg-Gittern

• Antragsteller: Professor Dr. Johannes Roths
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448330062

In diesem Vorhaben werden neue Verfahren zur Funktionsoptimierung von faseroptischen Sensorelementen zur robusten und hochgenauen Detektion von geringen Wasserstoffkonzentrationen untersucht. Aufgrund der immer größer werdenden Bedeutung von Wasserstoff in der Energietechnik kommt im Rahmen der dazu notwendigen Sicherheitstechnik die Überwachung von geringen Wasserstoffkonzentrationen hohe Bedeutung zu. Hier bieten faseroptische Lösungen auf Basis von Faser-Bragg-Gittern (FBG) aufgrund ihrer Multiplexfähigkeit, d. h. der Fähigkeit, viele Messstellen in eine Sensorfaser integrieren zu können, und der potenzialfreien Signalleitungen, d. h. dass kein Risiko der Funkenbildung durch die Signalleitungen in potenziell explosionsgefährdeten Bereichen besteht, besondere Vorteile. Allerdings konnte bisher noch nicht gleichzeitig eine ausreichend geringe Nachweisgrenze, eine Multiplexfähigkeit, eine Temperaturkompensation und eine für reale Anwendungen ausreichende Robustheit der Sensorelemente erzielt werden. In dem vorgeschlagenen Forschungsvorhaben werden erstmals durch gezielte Strukturierungsmaßnahmen des FBG (Erzeugung von pi-shifted FBG) und der die Sensorfaser umgebenden Palladium-Beschichtung multiplexfähige Sensorelemente erzeugt, die eine temperaturkompensierte Nachweisgrenze für Wasserstoff im Bereich von 400ppm erwarten lassen und bei denen gleichzeitig der Querschnitt und die hohe Robustheit der optischen Faser erhalten bleibt. Erzielt wird dies durch die Reduktion der spektralen Linienbreiten und dadurch, dass die Strukturen eine gleichzeitige Erfassung der Temperatur und der Wasserstoffkonzentration am genau gleichen Ort, und damit eine entsprechend genaue Temperaturkompensation, erlauben. Darüber hinaus werden neue Beschichtungsmaterialien, wie Pd/Hf-Legierungen, untersucht. Diese Sensorelemente stellen eine neue Generation von faseroptischen Sensoren dar, die aufgrund einer gezielten Mikrostrukturierung über eine Funktionsoptimierung verfügen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Dr. Minghong Yang