Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Messköpfe aus Standardbauteilen: Industriereife Terahertz-Technologie

01.04.2016

Terahertz ist eine neue Technik, mit der sich Bauteile und Oberflächen zerstörungsfrei prüfen lassen. Bislang sind die Geräte und insbesondere die Messköpfe teuer und unhandlich. Fraunhofer-Forschern ist es gelungen, die Messköpfe deutlich kompakter und somit günstiger zu fertigen. Dies erleichtert ihre Handhabe erheblich. Erste Prototypen sind bereits in der Produktion von Kunststoffrohren im Einsatz. Zudem eignen sie sich sehr gut, um Beschichtungen von Faserverbundwerkstoffen zu untersuchen. Auf der Hannover Messe vom 25. bis zum 29. April 2016 werden die neuen Sensorköpfe vorgestellt (Halle 2, Stand C16/C22).

Es ist gut zehn Jahre her, da war die Terahertz-Strahlung schon einmal ein großes Thema. Von »Nacktscannern« war die Rede, mit denen man, so hieß es, am Flughafen künftig Passagiere durchleuchten würde.


© Foto Fraunhofer HHI

Die Sende- und Empfangseinheit für Terahertz-Strahlung haben Fraunhofer-Forscher in einem Sensorkopf verpackt, der einen Durchmesser von nur 25 und eine Länge von 35 Millimetern hat.

Zudem hoffte man, mithilfe der Terahertz-Strahlung Messsysteme für die Materialprüfung und Kontrolle von Bauteilen entwickeln zu können. Trotz großer Erwartungen gelang der Terahertz-Technologie der Durchbruch lange nicht. Im Vergleich zu klassischen Verfahren, die heute zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung eingesetzt werden, etwa Röntgen oder Ultraschall, galt die Terahertz-Technologie schlicht als zu teuer, unhandlich und insgesamt nicht praxisnah genug.

Messsystem mit neuartigem Sensorkopf

Die aktuellen Entwicklungen des Fraunhofer-Instituts für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut, HHI in Berlin könnten der Terahertz-Technologie jetzt einen entscheidenden Schub verleihen. Den Forschern um Thorsten Göbel – dem Leiter der Terahertz-Forschungsgruppe am HHI – ist es gelungen, Terahertz-Geräte zu entwickeln, die erstmals aus kostengünstigen Standardbauteilen gefertigt werden und noch dazu vergleichsweise handlich sind.

Auf der Hannover Messe werden die Experten ein Terahertz-Messsystem mit neuartigem Sensorkopf zeigen, mit dem sich diverse Bauteile einfach und schnell untersuchen lassen – beispielsweise Kunststoffrohre. Das vom Fraunhofer HHI eingesetzte Prinzip zur Erzeugung von Terahertz-Strahlung basiert auf einem optoelektronischen Verfahren. Mithilfe eines speziellen Halbleiters werden dabei Laserlicht-Pulse in elektrische Terahertz-Pulse umgewandelt, die nur Billionstel Sekunden lang sind.
 
Dass der Terahertz-Technologie der große Erfolg bislang verwehrt blieb, liegt insbesondere an den benötigten Eigenschaften der verwendeten Halbleiter. Diese konnten zunächst nur mit Materialien erzielt werden, die eine Beleuchtung mit einer Wellenlänge um 800 Nanometer erforderten. Sowohl die Laser als auch die optischen Komponenten des Terahertz-Systems sind bei dieser eher exotischen Wellenlänge aber deutlich zu teuer und nicht robust genug für den industriellen Einsatz.

Verbreiteter Wellenlängenstandard

»Wir haben deshalb einen Halbleiter entwickelt, der sich mit Laserlicht von 1,5 Mikrometer Wellenlänge anregen lässt«, schildert Göbel. »In der optischen Nachrichtentechnik ist das der Wellenlängen-Standard, sodass es hier eine große Zahl kostengünstiger und qualitativ hochwertiger optischer Bauteile und Laser gibt.« Auf dem Weg zum erschwinglichen und handlichen Terahertz-System für die Materialprüfung musste aber noch eine Hürde überwunden werden.

Der Sensorkopf, mit dem man die Bauteile abtastet, war bislang viel zu groß und schwer zu handhaben. Der Grund: Der Terahertz-Sender und der Empfänger waren zwei getrennte Komponenten, die mit viel Aufwand und Präzision in einem Gehäuse montiert werden mussten. Der Nachteil dieser Anordnung ist, dass Proben nur unter einem Winkel gemessen werden können. Daher muss ein Objekt bislang exakt im Fokus von Sender und Empfänger liegen, damit das vom Sender abgestrahlte Terahertz-Signal über die Probe auf dem Empfänger abgebildet wird.

Ändert sich der Abstand zwischen Sensorkopf und Probe, beispielsweise durch Vibrationen an einer Produktionslinie, erschwert das die Messung ungemein. Die Fraunhofer HHI-Experten lösten dieses Problem, indem sie einen integrierten Chip fertigten, der gleichzeitig senden und empfangen kann. Somit ist es jetzt möglich, eine einzige optische Linse zu nutzen, die gerade auf das Objekt blickt und somit einen flexiblen Arbeitsabstand erlaubt. Diese Sende- und Empfangseinheit, den Transceiver, verpackten die Forscher in einem handlichen kleinen Sensorkopf, der einen Durchmesser von nur 25 und eine Länge von 35 Millimeter hat.

Kunststoffrohre überwachen

Darüber hinaus sind Prototypen des Terahertz-Sensorsystems seit einiger Zeit bei Herstellern von Kunststoffrohren im Einsatz. Diese werden direkt in der Fertigungslinie eingesetzt, um dort die Dicke der Rohrwände zu überwachen. Sind die Wände zu dünn, werden die Rohre instabil. Sind sie zu dick, wird wertvoller Kunststoff verschwendet.

Bislang wird die Produktion von Kunststoffrohren mit Ultraschallsystemen überwacht. Da Ultraschall aber in Luft nicht korrekt messen kann, wird Wasser benötigt, das ähnlich wie das Ultraschall-Gel beim Arzt als Koppelmedium zwischen dem Ultraschall-Messkopf und dem Rohr dient. Die etwa 250 Grad Celsius heißen Rohre müssen für die Prüfung daher extra durch einen Wassertank gezogen werden. Darüber hinaus versagt die Ultraschalltechnik auch bei sogenannten intelligenten Rohren, die aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Schichten aufgebaut sind.

Eine weitere künftige Anwendung ist die Überprüfung von Lacken und Beschichtungen auf Faserverbundwerkstoffen. Auf metallischem Untergrund, beispielsweise Autoblech, kann man heute handliche Wirbelstromgeräte einsetzen. Auf schlecht leitenden Faserverbundwerkstoffen aber versagt dieses Verfahren. »Der Bedarf nach einem zuverlässigen Messverfahren ist groß«, weiß Göbel, »weil der Markt für Verbundwerkstoffe in der Auto-, Flugzeug- und Windkraftindustrie wächst.«

Obwohl das neue Terahertz-Sensorsystem aus kostengünstigen optischen Standardkomponenten aufgebaut wird, ist es derzeit noch teurer als beispielsweise Ultraschall-geräte, die in Stückzahlen von vielen Hunderttausend gefertigt werden. »Der Preis wird sich aber mit einer künftigen Serienfertigung angleichen«, prognostiziert Göbel. Angesichts der Vorteile des Messverfahrens und der aktuellen Fortschritte ist der Forscher davon überzeugt, dass sich das Terahertz-Verfahren in den kommenden Jahren etablieren kann.

Dipl.-Kff. Kathleen Schröter | Forschung Kompakt – Sonderausgabe Hannover Messe / 1.4.2016
Weitere Informationen:
http://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2016/april/industriereife-terahertz-technologie.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie HANNOVER MESSE:

nachricht Prüfvorgänge servicefreundlich gestalten
20.04.2016 | PHOENIX CONTACT GmbH & Co.KG

nachricht Modulare Steckverbinder in Snap-in-Rahmen
20.04.2016 | PHOENIX CONTACT GmbH & Co.KG

Alle Nachrichten aus der Kategorie: HANNOVER MESSE >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Mit solaren Gebäudehüllen Architektur gestalten

Solarthermie ist in der breiten Öffentlichkeit derzeit durch dunkelblaue, rechteckige Kollektoren auf Hausdächern besetzt. Für ästhetisch hochwertige Architektur werden Technologien benötigt, die dem Architekten mehr Gestaltungsspielraum für Niedrigst- und Plusenergiegebäude geben. Im Projekt »ArKol« entwickeln Forscher des Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern aktuell zwei Fassadenkollektoren für solare Wärmeerzeugung, die ein hohes Maß an Designflexibilität erlauben: einen Streifenkollektor für opake sowie eine solarthermische Jalousie für transparente Fassadenanteile. Der aktuelle Stand der beiden Entwicklungen wird auf der BAU 2017 vorgestellt.

Im Projekt »ArKol – Entwicklung von architektonisch hoch integrierten Fassadekollektoren mit Heat Pipes« entwickelt das Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern...

Im Focus: Designing Architecture with Solar Building Envelopes

Among the general public, solar thermal energy is currently associated with dark blue, rectangular collectors on building roofs. Technologies are needed for aesthetically high quality architecture which offer the architect more room for manoeuvre when it comes to low- and plus-energy buildings. With the “ArKol” project, researchers at Fraunhofer ISE together with partners are currently developing two façade collectors for solar thermal energy generation, which permit a high degree of design flexibility: a strip collector for opaque façade sections and a solar thermal blind for transparent sections. The current state of the two developments will be presented at the BAU 2017 trade fair.

As part of the “ArKol – development of architecturally highly integrated façade collectors with heat pipes” project, Fraunhofer ISE together with its partners...

Im Focus: Mit Bindfaden und Schere - die Chromosomenverteilung in der Meiose

Was einmal fest verbunden war sollte nicht getrennt werden? Nicht so in der Meiose, der Zellteilung in der Gameten, Spermien und Eizellen entstehen. Am Anfang der Meiose hält der ringförmige Proteinkomplex Kohäsin die Chromosomenstränge, auf denen die Bauanleitung des Körpers gespeichert ist, zusammen wie ein Bindfaden. Damit am Ende jede Eizelle und jedes Spermium nur einen Chromosomensatz erhält, müssen die Bindfäden aufgeschnitten werden. Forscher vom Max-Planck-Institut für Biochemie zeigen in der Bäckerhefe wie ein auch im Menschen vorkommendes Kinase-Enzym das Aufschneiden der Kohäsinringe kontrolliert und mit dem Austritt aus der Meiose und der Gametenbildung koordiniert.

Warum sehen Kinder eigentlich ihren Eltern ähnlich? Die meisten Zellen unseres Körpers sind diploid, d.h. sie besitzen zwei Kopien von jedem Chromosom – eine...

Im Focus: Der Klang des Ozeans

Umfassende Langzeitstudie zur Geräuschkulisse im Südpolarmeer veröffentlicht

Fast drei Jahre lang haben AWI-Wissenschaftler mit Unterwasser-Mikrofonen in das Südpolarmeer hineingehorcht und einen „Chor“ aus Walen und Robben vernommen....

Im Focus: Wie man eine 80t schwere Betonschale aufbläst

An der TU Wien wurde eine Alternative zu teuren und aufwendigen Schalungen für Kuppelbauten entwickelt, die nun in einem Testbauwerk für die ÖBB-Infrastruktur umgesetzt wird.

Die Schalung für Kuppelbauten aus Beton ist normalerweise aufwändig und teuer. Eine mögliche kostengünstige und ressourcenschonende Alternative bietet die an...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Aquakulturen und Fangquoten – was hilft gegen Überfischung?

16.01.2017 | Veranstaltungen

14. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

12.01.2017 | Veranstaltungen

Leipziger Biogas-Fachgespräch lädt zum "Branchengespräch Biogas2020+" nach Nossen

11.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Proteinforschung: Der Computer als Mikroskop

16.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Vermeintlich junger Stern entpuppt sich als galaktischer Greis

16.01.2017 | Physik Astronomie

Erste "Rote Liste" gefährdeter Lebensräume in Europa

16.01.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz