Hightech-Glasfasern spüren Leckagen auf

Mit einem neuartigen Sensor, der unter anderem Leckagen in Rohrleitungen findet, warten Wissenschaftler an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) auf. Das Team um Luc Thévenaz hat sich dabei auf Glasfasern konzentriert. Diese lassen sich nicht nur zur ultraschnellen Übertragung von Daten nutzen, sondern auch als Sensoren. Die neue Anwendung: Eine Spezialfaser erkennt, mit welchem Material sie in Berührung kommt. Das funktioniert mit Feststoffen und Flüssigkeiten.

Vier Parameter bestimmen das Licht, das durch eine Glasfaser schießt: Intensität, Phase, Polarisation und Wellenlänge. Einer oder mehrere dieser Parameter ändern sich, wenn die Faser erwärmt oder gedehnt wird. Die Folge: Das an einem Ende der Faser eingespeiste Licht verlässt sie in verändertem Zustand. Dass sie jetzt auch Materie erkennen kann, liegt an einem raffinierten Trick.

Die Schweizer Forscher erzeugen in der Faser mithilfe eines Laserstrahls eine Schallwelle. Diese Idee hatten zuvor Kollegen der Bar-Ilan University in Israel. Die Welle wird von der anliegenden Materie mehr oder weniger reflektiert, und zwar auf eine ganz spezifische Art. Dieser reflektierte Hyperschall wiederum verändert das Licht, das durch die Faser flitzt, auf eine für jede Materie charakteristische Weise. Die Analyse der Veränderung lässt auf das Material schließen, das die Faser umgibt. Sie ist allerdings so schwach, dass sie die gleichzeitige Datenübertragung nicht stört.

Tests mit Wasser sowie Alkohol

Wenn die Faser unterhalb einer Pipeline angebracht ist, verändern sich die in der Faser erzeugten Schallwellen, sobald sie mit der Flüssigkeit in Berührung kommt, die eigentlich durch das Rohr fließen soll, wegen eines Lecks jedoch ausgelaufen ist. Dringt dagegen Wasser in den Kanal ein, verändert sich das Licht, das durch die Faser strömt, auf eine andere Art. Die Forscher tauchten die Faser mal in Wasser, mal in Alkohol. Beide Flüssigkeiten ließen sich korrekt identifizieren. Selbst die Position der Leckage lässt sich an Hand der Laufzeit des Lichts feststellen. Derzeit liegt die Genauigkeit bei zehn Metern. Thévenaz glaubt, dass sie sich auf einem Meter reduzieren lässt.

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