Intelligente eingebettete Überwachung

Presseinformation / 1.12.2010

Im europäischen Projekt »SmartFiber« entwickeln Wissenschaftler ein vollständig einbettbares System für durchgehende Strukturüberwachung von Faserverbundwerkstoffen. Die intelligenten Mikrosysteme ermöglichen eine automatisierte leistungsfähige Überwachung in dynamischen und rauen Umgebungen. Am Projekt beteiligt sind europäische Forschungseinrichtungen und Industriepartner, darunter die FBGS Technologies GmbH und das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS.

Ziel von SmartFiber ist es, optische Glasfaser-Sensortechnologie, nano-photonische Chiptechnologie und energiesparende Drahtlostechnologie zu kombinieren. Entstehen soll ein intelligentes System zur Strukturüberwachung, das erstmals vollständig im Werkstoff eingebettet ist. Aufgrund des innovativen Ansatzes von integrierter Mikrotechnologie wird SmartFiber ein intelligentes System demonstrieren, welches so klein ist, dass es als Ganzes in ein faserverstärktes Polymer eingebettet werden kann. Solche intelligenten Faserverbundssysteme können z. B. als Bauteile in Flügeln von Windkraftanlagen, Satelliten, Flugzeugen, Öl- und Gasquellen oder Schiffswänden zur Anwendung kommen.

Das Fraunhofer IIS ist für die drahtlose Daten- und Energieübertragung verantwortlich. Dank der drahtlosen Kommunikation kann das SmartFiber System komplett eingebettet werden. Das Fraunhofer IIS hat langjährige Erfahrung hinsichtlich drahtloser Kommunikationssysteme. Vervollständigt wird dieses Wissen durch das umfassende Know-How über intelligente Objekte, das das Zentrum für Intelligente Objekte ZIO des Fraunhofer IIS einbringt.

Das Projekt SmartFiber wird von der Europäischen Kommision im Rahmen des Seventh Framework Programme EU FP7 gefördert. Es wird geleitet vom Interuniversity Microelectronics Centre IMEC, Belgien, einem der größten Forschungszentren für Nano- und Mikroelektronik in Europa. Weitere Partner sind die Forschungsstätten Universität Gent und das Fraunhofer IIS sowie die Firmen Airborne, Niederlande, FBGS Technologies (Fibre Bragg Grating Sensors), Jena, Deutschland, Xenics, Belgien, und Optocap, Schottland. Die Basis dieses intelligenten Systems ist Si Nanophotonics, eine Technologie, für die IMEC in Partnerschaft mit ihrem angegliederten Labor INTEC an der Universität Gent als weltführend gilt.

Die entwickelte Nanophotonic Chiptechnologie ermöglicht die Realisierung eines Auswertesystems für Fasersensoren mittels eines Spektralanalysators als photonisch integrierte Schaltung (PIC) mit typischen Dimensionen in der Größenordnung von mehreren hundert Mikrometern. Diese stromsparende PIC wird durch Schaltungen zur drahtlosen Kommunikation und Energieübertragung ergänzt, in ein Gehäuse integriert und anschließend an eine für die Integration optimierte optische Bragg-Gitter-Sensorfaser gekoppelt. Die Dimensionen der Komponenten sollen dabei im Projekt stark verkleinert werden. Die Abmessung des Auswertesystems soll nur wenige Millimeter betragen und auch der Faserdurchmesser soll im Projekt auf unter 80 μm reduziert werden. Dieser innovative Ansatz hat das Potenzial, »Wegbereiter « für die fortlaufende Faser-Bragg-Gitter (FBG) Sensortechnologie in Faserverbundstrukturen zu werden. Damit treibt er die Realisierung intelligenter Verbundstrukturen voran.

Die minimalinvasiven intelligenten Mikrosysteme ermöglichen eine automatisierte leistungsfähige Überwachung mit einer verlängerten Lebensdauer in dynamischen und rauen Umgebungen. Dies führt zu extrem verbesserter Sicherheit bei gleichzeitiger Steigerung der Wirtschaftlichkeit. Beispielsweise ist es bei der Überwachung von Windturbinen-Flügeln dann möglich, dass die Turbine sicher in der Nähe der Belastungsgrenze betrieben werden kann und sich dadurch die elektrische Energieausbeute erhöht. Außerdem kann durch die kontinuierliche Aufzeichnung der Strukturdaten über die Notwendigkeit von kostspieligen Wartungsarbeiten entschieden und somit Wartungsintervalle intelligent angepasst werden. Weiterhin kann das System vor möglichen katastrophalen mechanischen Betriebsstörungen warnen, was weitere Beschädigungen verringert und die Sicherheit merklich erhöht. Durch die hohe industrielle Beteiligung am Projekt wird nahezu die komplette Wertschöpfungskette des Mikrosystems abgedeckt. Dieses innovative Konzept bietet enorme Aussicht auf den Erfolg einer großindustriellen Umsetzung.