Faseroptische Sensoren für hochaufgelöste Verformungsmessungen in der Zementsteinmatrix:
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Bremerhaven
Wirtschaftsverl. NW, Verl. für Neue Wiss.
2003
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DR.-ING. WOLFGANG R. HABEL FASEROPTISCHE SENSOREN FUER HOCHAUFGELOESTE
VERFORMUNGSMESSUNGEN IN DER ZEMENTSTEINMATRIX HLUHB DARMSTADT
ILLLLLLLLLLLLLLLLL 15852410 FORSCHUNGSBERICHT 246 BERLIN 2003
INHALTSVERZEICHNIS 1 EINLEITUNG 1.1 SITUATION UND PROBLEMSTELLUNG 13 1.2
ZIELSETZUNG 14 1.3 GLIEDERUNG DER ARBEIT . 15 1.4 QUELLENANGABEN 16 2
FASEROPTISCHE SENSOREN FUER DIE MESSUNG VON WERKSTOFFVERFORMUNGEN 2.1
HISTORIE 17 2.2 STRUKTUR FASEROPTISCHER SENSORSYSTEME 19 2.3
LICHTWELLENLEITER ALS GRUNDBAUSTEIN DES FASERSENSORS - PHYSIKALISCHE
GRUNDLAGEN UND AUFBAU 19 2.4 EINBETTUNG VON SENSOREN IN DIE
ZEMENTSTEINMATRIX UND RELEVANTE KENNGROESSEN 23 2.4.1 BEDEUTUNG DER
MESSBASIS 23 2.4.2 MESSTECHNISCHE DEFINITIONEN UND BEGRIFFSVEREINBARUNGEN
24 2.4.3 VERHALTEN DER SENSORFASER BEI THERMISCHEN UND MECHANISCHEN
EINFLUESSEN 26 2.4.4 FASERSENSOR ALS EINSCHLUSS IN DER MATRIX 28 2.5
AUSWAHL UND BESCHREIBUNG DER MIKRODEHNUNGSSENSOREN 30 2.5.1
BRAGG-GITTER-SENSOR ALS INTRINSISCHER FASERSENSOR 30 2.5.2
FABRY-PEROT-SENSOR ALS EXTRINSISCHER FASERSENSOR 36 2.5.3 VERGLEICH VON
FASER-BRAGG-GITTER- UND FABRY-PEROT-SENSOREN 44 2.6 QUELLENANGABEN 45 3
BEANSPRUCHUNG FASEROPTISCHER MIKRODEHNUNGSSENSOREN IN DER
ZEMENTSTEINMATRIX 3.1 ANFORDERUNGSPROFIL AN EINBETTBARE
MIKRODEHNUNGSSENSOREN 49 3.2 BETONCHEMISCHE BEANSPRUCHUNG 49 3.3
MECHANISCHE BEANSPRUCHUNG 51 3.4 LITERATURUEBERSICHT ZU
WERKSTOFFINTEGRIERTEN FASEROPTISCHEN SENSOREN 52 3.4.1
STRUKTUR-INTEGRIERTE FASERSENSOREN ALLGEMEIN 52 3.4.2 IN ZEMENTGEBUNDENE
BAUSTOFFE INTEGRIERTE OPTISCHE FASERN UND SENSOREN 53 3.5 QUELLENANGABEN
54 4 VERHALTEN OPTISCHER STANDARDFASERN (FUER SENSOREN) IM ALKALISCHEN
MILIEU DER ZEMENTSTEINMATRIX 4.1 OPTISCHES GLAS FUER FASERSENSOREN 57
4.1.1 STRUKTUR DES OPTISCHEN GLASES 57 4.1.2 OPTISCHE EIGENSCHAFTEN 58
4.1.3 AUSGANGSMATERIAL LICHTWELLENLEITER 58 4.1.4 MECHANISCHE
EIGENSCHAFTEN 59 4.1.5 PRUEFVERFAHREN ZUR BESTIMMUNG DER ZUGFESTIGKEIT 60
4.2 VERAENDERUNGEN UNTER BETONCHEMISCHEM EINFLUSS 62 4.2.1 COATINGS 63
4.2.2 GLASOBERFLAECHE 67 4.2.3 VERFAHREN ZUR BESTIMMUNG DER FESTIGKEIT
BEI CHEMISCHEM ANGRIFF 75 4.2.4 FESTIGKEITSVERHALTEN UNBESCHICHTETER
OPTISCHER GLASFASERN UNTER UMGEBUNGSBEDINGUNGEN 76 4.2.5
FESTIGKEITSVERHALTEN BETONCHEMISCH BEANSPRUCHTER, UNBESCHICHTETER
OPTISCHER GLASFASERN 77 4.2.6 LEBENSDAUERABSCHAETZUNG FUER BETONCHEMISCH
BEANSPRUCHTE, UNGESCHUETZTE OPTISCHE GLASFASERN 80 4.3 FAZIT -
GLASBEHANDLUNG ODER SENSORCOATING? 81 4.4 QUELLENANGABEN 83 5.
OPTIMIERUNG DER ADHAESIONSEIGENSCHAFTEN OPTISCHER FASERN FUER DIE
EINBETTUNG 5.1 BEDEUTUNG DER ADHAESIVEN EIGENSCHAFTEN EINGEBETTETER
GLASFASERN - HAFTUNGSMECHANISMEN 87 5.2 VERFAHREN ZUR VORHERSAGE DER
ADHAESIVEN EIGENSCHAFTEN 88 5.2.1 THEORETISCHE GRUNDLAGEN 89 5.2.2
EXPERIMENTELLE BESTIMMUNG DER CHARAKTERISTISCHEN GROESSEN 90 5.2.3
BENETZUNG UNBEHANDELTER OPTISCHER STANDARD-GLASFASERN 94 5.2.4 BENETZUNG
VON ZEMENTMOERTEL-OBERFLAECHEN 94 5.3 VERBESSERUNG DER BENETZBARKEIT
OPTISCHER GLASFASERN DURCH MODIFIZIERUNG IM SAUERSTOFFPLASMA 94 5.3.1
AUSWAHL UND ERZEUGUNG DES PLASMAS 95 5.3.2 EINFLUSS AUF DIE
FASEROBERFLAECHE UND DIE BENETZUNG 96 5.3.3 EINFLUSS AUF DIE FESTIGKEIT 96
5.4 CHEMISCHE MODIFIZIERUNG MIT SILANEN ALS HAFTVERMITTLER 98 5.4.1
AUSWAHL UND BESCHREIBUNG DER VERWENDETEN SILANE 98 5.4.2
BENETZUNGSEIGENSCHAFTEN VON SILANISIERTEN OPTISCHEN STANDARDFASERN 100
5.4.3 FESTIGKEIT VON SILANISIERTEN OPTISCHEN GLASFASERN IN PORENLOESUNG
102 5.5 ERGEBNISSE ZUR STEUERUNG DER BENETZBARKEIT OPTISCHER FASERN
UNTER BERUECKSICHTIGUNG DER FASERFESTIGKEIT 103 5.6 QUELLENANGABEN 103 6
ALTERNATIVE COATINGS AUF SENSORFASERN UND IHR VERHALTEN UNTER
PORENLOESUNGSEINFLUSS 6.1 MANUELL AUFGEBRACHTE BESCHICHTUNGEN 105 6.2
HOCHVERNETZTE PLASMAPOLYMERBESCHICHTUNG 105 6.2.1 HERSTELLUNG 105 6.2.2
BENETZUNGSEIGENSCHAFTEN 107 6.2.3 STRUKTUR DER OBERFLAECHE BEI
PORENLOESUNGSANGRIFF 108 6.2.4 FESTIGKEITSEIGENSCHAFTEN 108 6.3
LANGKETTIGES ORMOCER-COATING 110 6.3.1 AUFBAU 110 6.3.2 VERHALTEN BEI
PORENLOESUNGSANGRIFF 110 6.3.3 FESTIGKEITSEIGENSCHAFTEN 110 6.4 FAZIT 111
6.5 QUELLENANGABEN 111 7 VERBUND FASEROPTISCHER SENSOREN MIT DER
ZEMENTSTEINMATRIX 7.1 MIKROMECHANIK DES DEHNUNGSUEBERGANGS VON DER MATRIX
IN DEN FASERSENSOR 113 7.1.1 ANALYTISCHE BESCHREIBUNG DER
SPANNUNGSVERLAEUFE AM EINGEBETTETEN GLATTEN FASERSENSOR 113 7.1.2
FEM-MODELLIERUNG DER SPANNUNGSVERLAEUFE AM EINGEBETTETEN STEIFEN
FABRY-PEROT-SENSOR 118 7.1.3 EINFLUESSE AUF DIE HAFTFESTIGKEIT 119 7.1.4
VERLUST DER SENSORFUNKTION DURCH ERREICHEN DER HAFTFESTIGKEIT ODER DURCH
RISSBILDUNG IN DER MATRIX 120 7.2 VERFAHREN UND GERAETETECHNIK ZUR
BEWERTUNG DER FASERHAFTUNG 123 7.2.1
EINZELFASERAUSZUG-(PULL-OUT-)METHODE 123 7.2.2
EINZELFASEREINDRUECK-(LNDENTATION-)METHODE 125 7.2.3 VERGLEICH DER
VERFAHREN UND WAHL DER TESTMETHODIK 126 7.3 INDENTATION-TESTS AN
AUSGEWAEHLTEN PRUEFLINGEN 126 7.3.1 KONVENTIONELL BESCHICHTETE UND
UNBESCHICHTETE FASERN 127 7.3.2 SILANISIERTE FASERN 128 7.3.3 FASERN MIT
PLASMAPOLYMER-COATING 129 7.3.4 FASERN MIT ORMOCER-COATING 129 7.4 FAZIT
130 7.5 QUELLENANGABEN 131 8 BEISPIELMESSUNGEN MIT EINGEBETTETEN
FLEXIBLEN UND STEIFEN FASERSENSOREN 8.1 ANFANGSVERFORMUNG EINES
EINPRESSMOERTELS - GEMESSEN IN ANLEHNUNG AN DAS PRUEFVERFAHREN NACH DIN EN
445 133 8.1.1 BESCHREIBUNG DER MESSAUFGABE UND DER SENSOREN 133 8.1.2
EINBAU DER SENSOREN UND LAGERUNG DES PRUEFGEFAESSES 134 8.1.3 ERGEBNISSE
134 8.2 ANFANGSVERFORMUNGEN VON ZEMENTLEIM BEI VERAENDERUNG DER REZEPTUR
135 8.2.1 BESCHREIBUNG DER MESSAUFGABE UND DER SENSOREN 135 8.2.2 EINBAU
DER SENSOREN 136 8.2.3 MESSPROGRAMM UND ERGEBNISSE 136 8.3 VERGLEICH DER
MESSEMPFINDLICHKEIT EINGEBETTETER FLEXIBLER EFPI-SENSOREN MIT
FASER-BRAGG-GITTER-SENSOREN IM JUNGEN MOERTEL 138 8.3.1 BESCHREIBUNG DES
VERSUCHSAUFBAUS 139 8.3.2 WAHL DER SENSOREN UND VORUNTERSUCHUNGEN 139
8.3.3 EINBAU DER SENSOREN 139 8.3.4 ERGEBNISSE 139 8.4 FAZIT UND
DISKUSSION DER MESSGENAUIGKEIT 141 8.4.1 MESSGENAUIGKEIT EINGEBETTETER
FLEXIBLER FASERSENSOREN 141 8.4.2 MESSGENAUIGKEIT EINGEBETTETER STEIFER
FASERSENSOREN 142 8.5 QUELLENANGABEN 143 9 RESUEMEE UND AUSBLICK 9.1
DAUERHAFTIGKEIT 145 9.2 DEHNUNGSUEBERTRAGUNG 146 9.3 LEISTUNGSGRENZEN 146
9.4 OFFENE FRAGEN - AUSBLICK AUF WEITERZUFUEHRENDE ARBEITEN 147 ANLAGEN:
A1. FASER-FABRY-PEROT-SENSOREN - PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN 151 A2.
SIMULATION DES BETONCHEMISCHEN ANGRIFFS OPTISCHER GLASFASERN 157 A3.
ZUGFESTIGKEITSUNTERSUCHUNGEN AN OPTISCHEN GLASFASERN - THEORETISCHES
MODELL UND EXPERIMENTIERTECHNIK 163 A4. OBERFLAECHENENERGETISCHE
UNTERSUCHUNGEN AN OPTISCHEN GLASFASERN ZUR OPTIMIERUNG DER ADHAESION 175
A5. MODIFIZIERUNG VON GLASOBERFLAECHEN UND HERSTELLUNG ALTERNATIVER
COATINGS - GERAETETECHNIK 187 A6. MODELL UND VERSUCHSEINRICHTUNG ZUR
ABSCHAETZUNG DES DEHNUNGSUEBERGANGS VON DER ZEMENTSTEINMATRIX IN DIE
SENSORFASER 191 |
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