Faseroptische Hochtemperatursensornetzwerke für Effizienzsteigerungen in Gasturbinen und Anlagen der Prozessindustrie

Eine verbesserte Sensortechnik bildet den Schlüssel zu weiteren Effizienz- und Ausnutzungssteigerungen in der Anlagen- und Prozesstechnik. Es werden neuartige faseroptische Sensorsysteme erforscht, mit denen Temperaturverteilungen innerhalb von Gasturbinen und chemischen Reaktoren mit einer hohen räumlichen Auflösung erfasst werden können, die bisher nicht erreichbar war.

Die Effizienz einer zur Stromerzeugung genutzten Gasturbine steigt, wenn diese möglichst nahe an ihrer maximal möglichen Grenztemperatur betrieben werden kann. Um dies ohne Risikozunahme zu realisieren, müssen möglichst viele Betriebsparameter der Turbine, wie z. B. die Temperaturverteilung des Abgasstrahls, mit hoher Ortsauflösung bekannt sein. Ein anderes Beispiel ist die Effizienz von heterogenen Katalyseprozessen zur Produktion von gasförmigen Stoffen in der chemischen Industrie. Hier hängt die Effizienz stark von der Einhaltung bestimmter Temperaturprofile innerhalb der chemischen Reaktoren ab.

Bei der faseroptischen Sensorik auf Basis von regenerierten Bragg-Gittern (RFBGs) wird die optische Faser dabei sowohl als Sensorelement als auch zur störungsfreien optischen Signalübertragung genutzt. Der Hauptvorteil des Sensorverfahrens besteht darin, dass in eine einzige Faser eine Vielzahl von Messstellen integriert werden können, so dass damit Temperaturverteilungen bei geringem Sensorvolumen und mit wenig Verkabelungsaufwand erfasst werden können.

Der Einsatz dieser Sensortechnologie bei hohen Temperaturen von bis zu 700°C stellt allerdings eine neue Herausforderung dar. Der hierzu notwendige Herstellungsprozess der hochtemperaturtauglichen Faser-Bragg-Gitter (FBG) ist noch weitgehend unbekannt. Im Rahmen des Vorhabens sollen dessen physikalische Mechanismen erforscht und die Herstellungstechnik verbessert werden. Darüber hinaus wird eine Aufbautechnik für Sensornetzwerke entwickelt und die Einsatzfähigkeit des Sensorverfahrens wird in Gasturbinen und prozesstechnischen Anlagen demonstriert