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Die Glasfasern werden im Bereich der Telekommunikation häufig zur Übertragung verwendet. Information durch Licht, aber eine Gruppe von Forschern aus der Universität Carlos III. Madrid (UC3M) hat eine Technik entwickelt, die als Thermometer in extremen industriellen Umgebungen.

Das System, das sie entwickelt haben, ist in der Lage Messung der Temperatur von Bearbeitungs- oder Schneidprozessen in Bereichen, in denen konventionelle Techniken keinen Zugang haben. In diesen Umgebungen können keine Infrarot-Thermographie-Kameras verwendet werden, da es keine klare Sichtlinie mit dem Schneidpunkt des Werkzeugs gibt, ebenso wenig wie Thermoelemente oder andere Sensoren wegen ihrer Beschädigung und der Schwierigkeit, eine zugängliche Position zu erreichen. Die Forscher haben diese Schwierigkeit jedoch durch die Verwendung von Faseroptik-Pyrometer (ein Pyrometer ist ein Instrument mit der Fähigkeit, die Temperatur zu messen, ohne mit dem Objekt in Berührung zu kommen).

Die Glasfaser ist ein Übertragungsmedium, das Lichtimpulse sendet, um die Daten darzustellen. Dank seiner geringen Größe (die Fasermessung beträgt 62,5 μm) können Sie auf sehr kleine Bereiche zugreifen. "Um uns eine Idee zu machen, ist der Haardurchmesser eines jungen Menschen im Durchschnitt etwa 100 μm," so die Forscher. Sie haben gegebenenfalls eine typische optische Kommunikationsfaser verwendet, wie sie für die Übertragung von Signalen mit hoher Geschwindigkeit in den Datennetzen verwendet wird.

Die Glasfaser ist ein Übertragungsmedium, das Lichtimpulse sendet, um die Daten darzustellen. Dank seiner geringen Größe (die Fasermessung beträgt 62,5 μm) können Sie auf sehr kleine Bereiche zugreifen. "Um uns eine Idee zu machen, ist der Haardurchmesser eines jungen Menschen im Durchschnitt etwa 100 μm," so die Forscher. Sie haben gegebenenfalls eine typische optische Kommunikationsfaser verwendet, wie sie für die Übertragung von Signalen mit hoher Geschwindigkeit in den Datennetzen verwendet wird.

Das Pyrometer bestimmt die Temperatur eines Körpers durch die Menge der Strahlung, die er ausstrahlt: Durch die Erhöhung der Strahlung wird auch die Temperatur bestimmt. Er misst die Strahlung in zwei verschiedenen Farben und berechnet die Temperatur anhand des Verhältnises beider Signale. Das System ist so kalibriert, dass es "mit der Messung von 300 Grad beginnen kann und bis zu tausend Grad erreichen kann, weil die Faser, die aus Silizium besteht, sehr hohe Temperaturen unterstützt," erklärt Carmen Vázquez, Professorin der Abteilung für Elektronik der UC3M und Projektkoordinatorin.

Die Erfassung von Daten über Temperaturänderung während des Schneidens hilft, die Entwicklung des Verschleißes des Werkzeugs zu analysieren. "Es ist daher möglich, das Leben des Werkzeugs zu optimieren und die Produktivität zu verbessern," erklärt Carmen. Ebenso wichtig ist es, die Oberflächenintegrität des bearbeiteten Materials zu gewährleisten; in den meisten Fällen ist die Temperatur ein Indikator für die durch die Bearbeitung verursachten Schäden.

Dieses System hat Anwendung in Umgebungen, in denen Werkzeugmaschine für die Herstellung von Teilen verwendet wird. Dies ist beispielsweise für die Luft- und Raumfahrt von Bedeutung. Bei der Bearbeitung von Motorenteilen ist es sehr wichtig, "eine übermäßige Temperatur während der Bearbeitung zu vermeiden, die übermäßige Restspannungen oder Phasenveränderungen mit sich bringen kann, die mit einem schlechteren Ermüdungsverhalten zusammenhängen," und damit Probleme während des Fluges zu vermeiden. Carmen Vázquez sagt: "Der Prototyp könnte bereits im Feld eingesetzt werden und in verschiedenen Maschinen des Sektors arbeiten." Dieses System kann auch Anwendungen im Bereich der Biomedizin haben, wie Forscher in einer kürzlich veröffentlichten Forschung in der Zeitschrift Sensore.

Die Forscher des Projekts sind neben Carmen Vázquez, Alberto Tapetado, Doktoranden an der UC3M; Henar Miguélez, Professorin für Maschinenbau; José Díaz Álvarez, Professor für Luft- und Raumfahrttechnik und Ernesto García, alle an der UC3M. Die Forschungsarbeiten wurden im Rahmen eines vom Ministerium für Wirtschaft und Wettbewerbsfähigkeit finanzierten Projekts des Nationalen Plans und des von der Gemeinschaft in Madrid finanzierten Forschungsprogramms SINFOTON-CM durchgeführt. Es wurde von der Gruppe der Displays und Photonenanwendungen der Abteilung für elektronische Technologie in Zusammenarbeit mit der Gruppe der Technologien für die Herstellung und das Design von mechanischen und biomechanischen Komponenten der Abteilung für Maschinenbau durchgeführt.

Weitere Informationen:

A. Tapet, C. Vasquez, X. Soldani, H. Miguelez, D. S. Montero. Temperature sensor based on fiber optic pyrometer in removal processes Material. Proc. SPIE 8421, S. 84212V, 2012. doi:10.1117/12.970276

Díaz-Álvarez, J, Cantero, J.L, Miguélez, H., Soldani, X., “Numerical analysis of thermomechanical phenomena influencing tool wear in finishing turning of Inconel 718”. International Journal of Mechanical Sciences. 2014, vol. 82, p. 161-169

Moraleda AT, Montero DS, Webb DJ, García CV. A Self-Referenced Optical Intensity Sensor Network Using POFBGs for Biomedical Applications. Sensoren. 2014, december; 14(12):24029-24045. http://www.mdpi.com/1424-8220/14/12/24029

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UC3M

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