in de orde van 1/1000 van een atoom
07 oktober 2011
TNO fiber laser sensor meet lengteverandering in de orde van 1/1000 van een
atoom
Onderzoekers van TNO hebben een fiber optische reksensor ontwikkeld die
rekverandering in de orde van picorek (=1:1.000.000.000.000) kan
detecteren. Deze extreem gevoelige sensor is gebaseerd op fiber laser
technologie. Voor een fiber laser met een lengte van bijvoorbeeld 30mm
komt 1 picorek overeen met een lengteverandering van 1 biljoenste van
30mm. Dit is ongeveer 1/1000 van een atoom.
Mogelijke toepassingen voor deze ultragevoelige sensortechnologie
zitten vooral in de markten lithografie, ruimtevaart, astronomie,
defensie en olie- en gasindustrie. Bij lithografie zal een fiber laser
reksensor systeem de minieme vervorming van kritische onderdelen van
een lithografie machine kunnen bepalen waardoor patronen nog
nauwkeuriger gemaakt kunnen worden voor betere en snellere
computerchipproductie. Bij de ontwikkeling van ruimtevaart- en
astronomie-instrumenten is er de voortdurende wens voor stabielere en
vormvaste instrumenten zoals telescopen. Met behulp van de fiber laser
reksensor kan de vervorming significant beter gemeten worden en daarmee
ook voor gecorrigeerd kunnen worden. Door het inzetten van fiber laser
in een hydrofoon array waarmee bijvoorbeeld onderzeeboten kunnen worden
opgespoord is het mogelijk om de afmeting en gewicht van de array
significant te reduceren met behoud van de systeemgevoeligheid. Er
bestaat ook interesse in een hydrofoonsysteem voor het monitoren van
olievelden.
TNO heeft een lange traditie in het ontwikkelen van
glasvezelsensorsystemen gebaseerd op fiberinterferometrie en Fiber
Bragg Grating (FBG) technologie. In een FBG zit een grating, een
raster, dat een bepaalde golflengte reflecteert. Als dat raster wordt
uitgerekt, verschuift die golflengte een beetje. Die verschuiving is
een maat voor de rek. TNO heeft een detectiesysteem voor FBG ontwikkeld
waarmee sub-nanorek gemeten kan worden. Samen met een specifiek
daarvoor ontworpen mechanische constructie kunnen sensoren worden
gerealiseerd voor ook andere afgeleide parameters zoals bijvoorbeeld
druk en versnelling. In april 2011 presenteerde TNO bijvoorbeeld de
kleinste FBG druksensor in een serie voor het meten van bloeddruk in
bloedvaten, hersenen en hart. Echter, voor vele toepassingen is een nog
hogere gevoeligheid nodig. Hiervoor is in 2010 de fiber laser sensor
ontwikkeling opgestart. Met behulp van de nieuwe fiber laser
technologie kunnen dan sensoren ontworpen en gerealiseerd worden met
een gevoeligheid die meer dan 100 keer hoger is dan een normale FBG
sensor.
TNO heeft de fiber laser technologie inmiddels toegepast in de
ontwikkeling van een hydrofoon, een sensor voor het detecteren van
geluidsdruk onderwater. Deze kan o.a. gebruikt worden voor het opsporen
van onderzeeboten. Deze fiber laser hydrofoon is getest in het speciale
echovrije bassin van TNO en blijkt in staat zelfs het zwakste
natuurlijke omgevingsgeluid van een stille zee moeiteloos te meten.
Hiermee kan een lichtgewicht akoestische sensor array ontwikkeld
worden. Andere mogelijke toepassingen van fiber laser hydrofoon is het
volgen van zeezoogdieren en het monitoren van olievelden. De resultaten
van de fiber laser hydrofoon zijn begin juni gepresenteerd op de
Europese Undersea Defence Technology (UDT) beurs en conferentie.
bericht 2011-51