Smart Technologies
Fibre Bragg Grating Sensors
Applications:
Sensor principle Bragg grating
Bragg-wavelength fiber core refractive index modulation
continuous monitoring of • internal strain • load • vibration state • temperature • structural integrity
(Quelle: DaimlerChrysler,Ulm)
Corporate Research Centre Germany
Dr. W. Martin - IRT/LG; Tel.: 49-89- 60720147; Fax. -22716;
[email protected]
Smart Technologies
Intensität
Intensität
Faser Bragg Gitter - Sensor Prinzip
Wellenlänge
Wellenlänge
Input
Reflection
Transmission
Λ1
Λ2
Intensität
Bragg-Wellenlänge λΒ 1 λ Β 2 Wellenlänge
_
λB = 2 ⋅ n eff ⋅ Λ (Λ0, n0 = f(Dehnung, Druck, Temperatur) n0 = effektiver Brechungsindex Λ0 = Gitterperiode
(Quelle: DaimlerChrysler,Ulm) Corporate Research Centre Germany
Dr. W. Martin - IRT/LG; Tel.: 49-89- 60720147; Fax. -22716;
[email protected]
Adaptive Strukturen für die Luft- und Raumfahrt
Fibre Bragg Grating Sensors Orientierung der Kohlefasern Optische Faser
Testprobe mit integriertem FBGS CFK Aufbau
Bragg wavelength [nm]
1552 1551 1550 1549 1548
Optische Faser
measured data peak 1
1547
measured data peak 2
1546
linear fit of data peak 1 linear fit of data peak 2
1545 0
1000
2000
3000
4000
structure strain [ µ ε ]
5000
6000
Funktionsnachweis: Linearität Corporate Research Centre Germany
(Quelle: DaimlerChrysler,Ulm)
Dr. W. Martin - IRT/LG; Tel.: 49-89- 60720147; Fax. -22716;
[email protected]
Adaptive Strukturen für die Luft- und Raumfahrt
Fibre Bragg Grating Sensors FBGS appliziert auf CFK-Flügel
Feldtest im Airbus Testcenter (Hamburg)
800 DMS à 4 Kabel ersetzbar durch 10 FBGS (à 80 Meßstellen)
Corporate Research Centre Germany
Dr. W. Martin - IRT/LG; Tel.: 49-89- 60720147; Fax. -22716;
[email protected]
Adaptive Strukturen für die Luft- und Raumfahrt
Shape Control of Lightweight Satellite Mirror
Integration of piezoceramic elements into the CFRP face sheet with high structural conformity.
CFRP mirror 600 mm diam.
Accuracy of surface control: 30 Microns
Corporate Research Centre Germany
Dr. W. Martin - IRT/LG; Tel.: 49-89- 60720147; Fax. -22716;
[email protected]
Smart Technologies Adaptive Schwingungs-/Körperschalldämpfung an FVK-Langträgern eines innovativen Drehgestells (Advanced Bogie). Randbedingungen: FVK-Langträger dienen zur • Primärdämpfung • Aufnahme v. Tragkräften • Radsatzführung ¾ sicherheitsrelevant
FRP Bogie Frame (MBB-Studie)
Schwingungsdämpfung: Auslenkung in Nickeigenform (bei 41,4 Hz) i100 mm statisch i 30 mm dynamisch Körperschalldämpfung: Schallquelle: unrunde Räder Frequenzbereich: bis 200 Hz Lasten: 50 t auf 4 Federsystemen
FVK-Langträger für Advanced Bogie Corporate Research Centre Germany
Dr. W. Martin - IRT/LG; Tel.: 49-89- 60720147; Fax. -22716;
[email protected]
Adaptive Schwingungsdämpfung am DG von Schienenfahrzeugen
Erweitertes Finite-Elemente-Modell des FVK-Langträgers Zielsetzung: • Beschreibung des mechanischen Verhaltens des Federsystems • Ermittlung der Eigenfrequenzen und Eigenformen
9 Erweiterung des FE-Modells durch wesentliche Komponenten des Schienenfahrzeugs (DG-Rahmen, WK) ohne statische Last
9 Gemessene Streckenanregung 9 Anforderungen an die Aktuatorik: - Kraft: 10 kN - Hub: +/- 2mm Tauchen:
Aktuatorik in Betrieb Aktuatorik außer Betrieb
Nicken:
maximale statische Last mit statischer Last z = 95 mm
Corporate Research Centre Germany
Dr. W. Martin - IRT/LG; Tel.: 49-89- 60720147; Fax. -22716;
[email protected]
Adaptive Schwingungsdämpfung am DG von Schienenfahrzeugen
Prinzipieller Aufbau des Blattfeder-Demonstrators UD-Lagen ± 45°-
(+)
FunktionsModul *
Lagen Aufgebaut aus mehreren 300 µm dicken Piezo-Schichtaktuatoren
50
(-)
1 16
A
A
1 21
8 (-)
Piezo-Schichtaktuator
(+)
elektrische Anschlüsse (redundant) * Herstellung Funktionsmodule: DLR
Corporate Research Centre Germany
Dr. W. Martin - IRT/LG; Tel.: 49-89- 60720147; Fax. -22716;
[email protected]
Adaptive Schwingungsdämpfung am DG von Schienenfahrzeugen
GFK- Blattfederdemonstrator Vorbereitung der Tests zur aktiven Schwingungsdämpfung
Einspannvorrichtung
Zusatzgewicht
UD - Bereich Aktiver Bereich
+/- 45° Lagen
Elektr. Anschlüsse Corporate Research Centre Germany
Dr. W. Martin - IRT/LG; Tel.: 49-89- 60720147; Fax. -22716;
[email protected]
Adaptive Schwingungsdämpfung am DG von Schienenfahrzeugen
Testergebnisse GFK- Blattfederdemonstrator Externe Krafterregung
Bewegung des Federendes
20
Ansteuerung der Fasermodule
15
ungeregelt
Amplitude [dB]
10 5 0 -5 -10
geregelt
-15 -20 -25 -30 -35
4
6
8
10
12
14
Frequenz [Hz]
Corporate Research Centre Germany
Dr. W. Martin - IRT/LG; Tel.: 49-89- 60720147; Fax. -22716;
[email protected]
Smart Technologies
Semi-aktive Dämpfung von Drehwellen
Ausblick
Piezoelectric fibre actuators
Piezofibres Polymer matrix
Active strain
Corporate Research Centre Germany
Electrodes
Dr. W. Martin - IRT/LG; Tel.: 49-89- 60720147; Fax. -22716;
[email protected]
Adaptive Strukturen für die Luft- und Raumfahrt
Ausblick Realisierung definierter Rotorblattverwindungen
Adaptives Rotorblatt mittels flächig verteilter Aktorik
±45° PiezofaserModule
81% der Aktuatoren aktiv
2750 CFK ±45° [mm]
Piezo-Faser [mm]
Belegungslänge [%]
0,32
0,92
50 (2750 mm)
Gesamtmassen- Piezo-Modulmasse zunahme [kg] [kg]
6,5
4
Verdrehwinkel 1,5° bei GIT 17 000 Nm2
Corporate Research Centre Germany
Dr. W. Martin - IRT/LG; Tel.: 49-89- 60720147; Fax. -22716;
[email protected]
