Gut geeignet
Glasfaserkabel sind für mehr als nur Telekommunikation geeignet: Sie können auch Hangrutschungen und Steinschläge sowie Erschütterungen, Rissbildungen und Ermüdungserscheinungen in Bauten erfassen. Das lässt sich an Veränderungen von Lichtimpulsen ablesen.
Hangrutschungen und Steinschläge zählen in Österreich zu häufigen Naturgefahren und bedrohen damit Siedlungen, Straßen, die Stromversorgung und nicht zuletzt Menschenleben. Je früher und genauer hier Veränderungen und Gefährdungen erkannt und beobachtet werden können, desto besser lassen sich Schäden reduzieren oder auch gänzlich vermeiden. Forschende am Institut für Ingenieursgeodäsie und Messsysteme der TU Graz arbeiten an einer Messmethode, die Glasfaserleitungen nutzt, um Ereignisse in der Umgebung zu detektieren, lokalisieren und klassifizieren zu können, wie die Universität am Mittwoch mitteilte.
Werner Lienhart und sein Team hat die Messmethode, die Glasfaserleitungen nutzt, bereits zur Überwachung der Tragfähigkeit von Tunnelbauten eingesetzt, denn Geländebewegungen können sich negativ auf die Stabilität der Betonschale auswirken. Hier werden bisher vor allem nur punktuell Messungen an der Oberfläche mit konventionellen Vermessungsgeräten durchgeführt. Mit einem System aus Glasfaser−Sensorkabel, die direkt in die Tunnelfundamente eingebettet werden, wird eine lückenlose Überwachung des Zustands des Tunnels ermöglicht.
Dabei schickt ein Messgerät aufeinanderfolgende Lichtimpulse durch die Glasfaserleitungen. Für die TU−Experten sind dann vor allem die Rückstreueffekte, die bei der Ausbreitung der Signale auftreten, interessant: "Wir schicken Licht mit einer bestimmten Wellenlänge in die Faser hinein und analysieren das rückgestrahlte Spektrum", erklärte Lienhart.
Wenn der Lichtimpuls zurückkommt, hat er normalerweise die gleiche Wellenlänge wie vorher, "wenn etwas passiert, entstehen allerdings auch nicht−lineare Effekte, die als leicht versetzte Wellenlängen− oder Intensitätsvariationen zurückkommen. Je nach Messmethode kann ich anhand dieser Änderungen und aufgrund der Laufzeit des Signals bestimmen, an welchem Punkt der gemessenen Faser eine Vibration, Temperaturveränderung oder Dehnungsänderung stattgefunden hat", so der Grazer Forscher. Bereits eingesetzt wird die Technologie unter anderem zur Überwachung von Tunnelschalen im Koralmtunnel, im Semmering−Basistunnel und im Brenner Basistunnel.
Wie sein Team sowohl im Labor− als auch bei Feldmessungen gezeigt hat, liegt die Sensitivität dieser sogenannten faseroptischen Messmethode im Nanometerbereich, wodurch bereits kleinste Veränderungen bemerkt werden können. Je nach Auswertungsmethode lassen sich dabei unterschiedliche Effekte messen: Akustische Signale und Vibrationen, Temperaturschwankungen oder langsame Dehnungsänderungen.
Wenn die Experten drei Fasern zur Verfügung haben, können sie alle drei Effekte gleichzeitig bestimmen. Ist nur eine Faser verfügbar, ist nur die Überwachung eines Effekts möglich oder die Methoden müssen abgewechselt werden. Eine Messstation − der sogenannte Interrogator − kann laut TU in beide Glasfaserleitungsrichtungen rund 40 Messkilometer abdecken. Pro Station lassen sich also rund 80 Kilometer Glasfaser überwachen.
Quelle:
https://science.orf.at/stories/3220264/
(abgerufen am 12.07.2023)