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Abstract:
1 Einleitung
Faseroptische Technologien werden in immer mehr For-
schungsbereichen der Naturwissenschaften und ingeni-
eurwissenschaftlichen Anwendungen eingesetzt, und zwar
nicht nur zur Datenübertragung, sondern auch zur Sensorik.
Die verteilte faseroptische Abtastung hat im letzten Jahr-
zehnt viel Aufmerksamkeit erlangt ( Masoudi & Newson
2016, Martin et al. 2017, Reinsch et al. 2021, Cartlidge
2021). Die physikalischen Eigenschaften von Lichtwellen-
leitern erlauben es, bei geeigneter Konstruktion und Abfra-
ge mit einer geeigneten Lichtquelle, auch unter schwierigen
Bedingungen auf die Veränderung von Umweltparametern
zu reagieren, z. B. auf Temperatur, Dehnung oder chemi-
sche Konzentration (Freifeld et al. 2008, Daley et al.
2013, Becker et al. 2017, Hartog et al. 2018).
Verteilte faseroptische Sensoren ermöglichen eine kon-
tinuierliche Messung von Umweltparametern mit hoher
räumlicher Auflösung entlang der Messfaser (Meterskala)
und mit hoher zeitlicher Abtastrate (> kHz) über große Ent-
fernungen (mehrere km) (Abb. 1). Das physikalische Mes-
sprinzip beruht je nach Abfragetechnik auf verschiedenen
Streuphänomenen des Lichts innerhalb der Faser (z. B.
Brilloin, Rayleigh, Raman). So können durch Abfrage der
Lichteigenschaften (z. B. Intensität, Phase, Laufzeit, Pola-
risation) charakteristische Eigenschaften gemessen werden
(Wu et al. 2015, Zhou et al. 2015, Liehr et al. 2020).
Zu den Anwendungen gehören Integritätsüberwachung
von Materialien (NÖTHER et al. 2008, Pearce et al. 2009,
Reinsch et al. 2012, 2017, Hussels et al. 2019, Bücker &
Grosswig 2017, Kindler & Grosswig 2018, Lipus et al.
2021b), Perimetersicherheit ( Mahmoud et al. 2012), Über-
wachung von Telekommunikations- und Bahnnetzen (Peng
et al. 2014, Martin et al. 2017), aber auch geophysikalische
Anwendungen in der Industrie und Untergrundspeicherung.
Die Geosensorik mit Glasfasern umfasst beispielsweise
vertikale seismische Profile in Bohrungen (Mestayer et al.
2011, Miller et al. 2012, Mateeva et al. 2014, Henninges
et al. 2021, Martuganova et al. 2021), Überwachung der
Charlotte Krawczyk
Wie Glasfaserkabel als Geosensoren zur Erkundung und Überwachung
des Untergrunds genutzt werden können – Anwendung und Potenzial
von ortsverteilten akustischen Dehnungsmessungen
How fibre optic cables can be used as geosensors to explore and monitor the subsurface –
application and potential of distributed acoustic sensing
Mikroseismizität während hydraulischer Stimulationen
(Karrenbach et al. 2017, Molteni et al. 2017, Lellouch
et al. 2020), Überwachung des Flüssigkeitsstroms durch
Produktion im Bohrloch (z. B. Earles et al. 2011, Lipus et
al. 2021a), Erkennung von Erdbeben ( Lindsey et al. 2017,
Wang et al. 2019, Marra et al. 2019, Currenti et al. 2021)
und die Erforschung der Struktur der Erdkruste ( Dou et
al. 2017, Jousset et al. 2018, Ajo-Franklin et al. 2019,
Krawczyk et al. 2019, 2021) und ihrer Oberflächenbewe-
gung (Michlmayr et al. 2016, Schenato et al. 2017).
In diesem Beitrag wird zunächst das generelle Prinzip kurz
erläutert, um danach auf ortsverteilte Dehnungsmessungen
zu fokussieren, deren Potenzial an vorhandenen Beispielen
und mit einem Ausblick auf Brandenburg und städtische
Bereiche erläutert wird.
