Formsensorik

Faseroptische Formerfassung; hohe Genauigkeit, wenn es darauf ankommt: in kritischen Situationen.

Die faseroptische Formsensorik bietet die herausragende Fähigkeit, Krümmung und Form in 2D und 3D zu erfassen. Auf diese Weise ermöglicht die Technologie modernste Anwendungen in den Bereichen der Roboter- und Standard- minimal-invasiven Chirurgie – wie z.B. Echtzeit-Positionsverfolgung, Instrumenten- und Katheternavigation, Kraft- und Biegeerkennung sowie Deformationsüberwachung.

 

Faseroptische Formerfassung als schlüsselfertige Lösung.

Die Lösung der Problematik einer reduzierten Strahlenexposition bei gleichzeitiger „Durchsicht“ des menschlichen Körpers stellt eine anspruchsvolle Aufgabe dar. Entsprechende war der Anlass zur Entwicklung der faseroptische Formerfassung. Ein wesentlicher Vorteil dieser Technologie ist ihre Fähigkeit, sich selbst zu verfolgen und so die Form im Inneren des Körpers nachzubilden.

Unser faseroptisches Formerfassungssystem besteht aus einem Sensor, einem Messgerät und der Software, die alle Algorithmen zum Auslesen und Verarbeiten der Daten verwaltet. Die Schlüsselkomponente stellt die Echtzeit-Überwachung der induzierten Dehnung in einer Mehrkern-Lichtleitfaser mit integrierten Ziehturm-Gittersensoren (MCF-DTG®) dar. Abhängig von der Krümmungsausrichtung der MCF erfahren einige der DTG®s auf den äußeren Kernen eine relative Spannung oder Kompression in Bezug auf den zentralen Kern und registrieren daher positive bzw. negative induzierte Dehnungsänderungen. Zur Berechnung der lokalen Krümmung (oder des Biegeradius) werden die relativen Dehnungen gemessen und verarbeitet. Um das Krümmungsprofil eines MCF zu bestimmen, werden die gesammelten Daten als Funktion der DTG®-Positionen entlang der optischen Faser angegeben und mit speziellen Rekonstruktionsalgorithmen verarbeitet. Dabei erfolgt simultan die Kompensation sogenannter Common Mode Effekte, wie beispielsweise Temperaturänderungen.

Systemeigenschaften

∙ Schlüsselfertiges Formerfassungssystem (vollständiges System mit individuellen, auf die Bedürfnisse der Anwendung zugeschnittenen Bausteinen)
∙ Einfache Integration in bestehende Systeme (Geringe Abmessungen der optischen Faser (bis zu 0,2 mm Dicke), Messgerät auf „integrierbarem Halterungsdesign“ erhältlich)
∙ Hoher Biegeerfassungsbereich (Biegeradius 10m>R>1mm)
∙ Hohe Dehnungsbeständigkeit, geeignet für anspruchsvolle Anwendungen
∙ Auf die Bedürfnisse / Anforderungen der Kunden zugeschnittene Lösung
∙ Immun gegen elektromagnetische Strahlung, passive Komponenten
∙ Miniaturisiert & biokompatibel
∙ Hochauflösende und genaue 3D-Formerfassung (Spitzenpositionsfehler <2mm bei 30cm Länge)
∙ Hohe Dichte von Sensoren in einer einzigen Faser
∙ Echtzeit- und dynamische Abtastung

Anwendungsbereiche…

… verschiedenste Anwendungsbereiche mit einem gemeinsamen Schnittpunkt: navigieren, Position verfolgen und Krümmung in kritischen Abschnitten messen. Die faseroptische Formerfassung erweist sich als besonders gut geeignet für Anwendungen in anspruchsvollen Disziplinen. Spezielle Bedürfnisse, hohe Anforderungen, sicherheitskritisch; das sind viele Herausforderungen, für die das Flaggschiffunternehmen für Formsensorik Lösungen bietet. Ob in der Biomedizin, bei industriellen Prozessen oder in der Bauzustandsüberwachung, FBGS bietet eine schlüsselfertige Lösung, die auf die individuellen Anforderungen Ihrer Anwendung zugeschnitten ist.

Der biomedizinische Sektor ist derzeit der Hauptintegrator von faseroptischen Formsensor-Systemen. Er hat bereits viele Disziplinen vor allem in der Katheternavigation und der Positionsverfolgung gefunden. Obwohl die Formsensorik die meisten ihrer Anwendungen dort findet, sind andere Bereiche nicht zu vernachlässigen. Großes Potenzial liegt auch im Energiesektor und anderen Industrien sowie in der Forschung und Entwicklung.

Nachfolgend einige Anwendungsbeispiele für die Formsensorik

Biomedizin
∙ Katheter-Navigation bei Ablationsverfahren
∙ Erkennung der Spitzenkraft während der Ablation
∙ Navigation für Medikamentenverabreichungskatheter
∙ Krafterkennung und haptische Rückmeldung bei Roboterinstrumenten
∙ Positionsverfolgung für manuelle und robotergestützte orthopädische Verfahren
∙ Krafterfassung für Kontinuum-Robotersysteme
∙ Formerfassung in Kontinuum-Robotersystemen
∙ Neurochirurgische Nadelverfolgung
∙ Neuro-Implantat-Positionsverfolgung
∙ Instrumenten-Navigation während der Bronchoskopie

Energie
∙ strukturelle Zustandsüberwachung der Blätter von Windturbinen
∙ Überwachung kritischer Abschnitte in Pipelines
∙ Krümmungsmessungen von komplexen Anlagen

Industrie / F&E
∙ Krümmung in Roboterarmen messen

Virtuelle Realität (VR)

Referenzen für Formsensorik

ECN is one of Europe‘s largest energy research organizations, focussed on sustainable energy generation to develop safe, efficient, reliable and environmentally friendly energy systems. It has a strong international position in the fields of biomass, solar energy, wind energy, energy efficiency and policy studies

Technische Informationen herunterladen

Bitte füllen Sie das nachstehende Formular aus, um Informationen zu unseren Komponenten herunterzuladen.

* Diese Felder werden benötigt.

Wie wir Ihre Daten verwenden

Wir verpflichten uns, Ihre Privatsphäre zu respektieren und Ihre persönlichen Daten zu schützen, und werden diese stets mit äußerster Sorgfalt behandeln. Wie wir mit Ihren Daten umgehen und wie wir sie verwenden, um Ihnen einen besseren Service zu bieten, finden Sie in unserer Datenschutzerklärung .

Mit dem Absenden dieses Formulars stimmen Sie der Verwendung Ihrer Daten in Übereinstimmung mit unserer Datenschutzerklärung zu.

Treten Sie mit uns in Kontakt
CAPTCHA image

* Diese Felder werden benötigt.

Wie wir Ihre Daten verwenden

Wir verpflichten uns, Ihre Privatsphäre zu respektieren und Ihre persönlichen Daten zu schützen, und werden diese stets mit äußerster Sorgfalt behandeln. Wie wir mit Ihren Daten umgehen und wie wir sie verwenden, um Ihnen einen besseren Service zu bieten, finden Sie in unserer Datenschutzerklärung .

Mit dem Absenden dieses Formulars stimmen Sie der Verwendung Ihrer Daten in Übereinstimmung mit unserer Datenschutzerklärung zu.

Germany

FBGS Technologies GmbH
Winzerlaer Straße 2
D-07745 Jena

Belgium

FBGS International NV
Bell Telephonelaan 2H

B-2440 Geel

China

X2 Suzhou Electronic Technology
Room 103, No. 388
Xinping Str. SIP, Suzhou

USA

Montreal

Shape sensing | FAQ

Warum ist die faseroptische Formerfassung besonders für biomedizinische Anwendungen geeignet?
Die faseroptische Formerfassung hat ein großes Potenzial für verschiedene medizinische und industrielle Anwendungen zur Erfassung von Krümmung, Position und Form in 2D und 3D. Angesichts der geringen Dimension der Faser, ihrer Strahlungsunempfindlichkeit, Biokompatibilität und Flexibilität bei der Integration wird die faseroptische Formerfassung eine völlig neue Kategorie von derzeit nicht existierenden Messmöglichkeiten eröffnen.
Welche Technologien sind für die faseroptische Formerfassung am besten geeignet?
Die Verwendung von Ziehturmgittern in Multi-Core-Fasern (MCF-DTG®s) bietet eine saubere und elegante Möglichkeit, die Form entlang der Länge einer optischen Faser mit einer hohen räumlichen Auflösung zu verfolgen. Nicht nur die Größe der Krümmung kann abgeleitet werden, sondern auch ihre Richtung, was zu einer Rekonstruktion der Faserform in 3D führt. In Kombination mit der geringen Grösse, der hohen Empfindlichkeit und der elektromagnetischen Immunität der optischen Faser eröffnet diese innovative "Formerfassungsfähigkeit" ein ganz neues Gebiet medizinischer und industrieller Anwendungen und eröffnet ganz neue Kategorien von derzeit nicht existierenden Messmöglichkeiten. Das Aufkommen des MCF-DTG® zur Formerfassung stellt daher einen Paradigmenwechsel dar und wird eine bevorzugte Lösung gegenüber konventionellen Methoden sein. Mehrkernfaser MCFs sind speziell konfigurierte optische Fasern mit mehreren Monomode-Kernen, die sich den gleichen Mantel teilen. Die Kerne können alle einzeln adressiert werden. Der DTG-Fertigungsprozess wurde erfolgreich für das Einschreiben von Faser-Bragg-Gittern (FBGs) in die MCFs übernommen. Daher kann man gleichzeitig DTGs spezifischer Konfigurationen mit bis zu 7 Kernen an der gleichen exakten axialen Position und mit der gleichen Wellenlänge herstellen. Diese Präzision bei der Beschriftung dieser hochdichten DTGs in den MCF stellt einen wichtigen Meilenstein dar. (+ Grafiken) Signalabfrage-Schemata Zwei gut etablierte Erkennungsverfahren - Wellenlängenmultiplexing (WDM) und optische Frequenzbereichsreflektometrie (OFDR) - eignen sich gut zur Überwachung der Wellenlängenverschiebung, die mit den induzierten Dehnungen der MCF-DTG-Sensoren verbunden ist. Die Signale von den einzelnen Kernen werden über eine speziell konfigurierte faseroptische Auffächerungsvorrichtung geleitet, um die optischen Fasern zu trennen, die einfach an die verschiedenen Kanäle des Abfragegeräts angeschlossen werden können. Diese Techniken sind so ausgelegt, dass Erfassungsgeschwindigkeiten bis zu 100 Hz für OFDR und mehrere Kilohertz für WDM erreicht werden können.
Wie / warum kann das FBGS eine komplette schlüsselfertige Lösung zur Formerfassung liefern?
Basierend auf mehr als einem Jahrzehnt Erfahrung in den Bereichen Faseroptik, Gitter und Messgeräte, kombiniert das FBGS sowohl Technologie- als auch Anwendungs-Know-how, um komplette Sensorlösungen zu realisieren. Die Formerfassung war logischerweise der nächste Schritt nach der Fertigstellung eines leistungsfähigen Dehnungsmesssystems. Darüber hinaus investieren wir in Forschung und Entwicklung, um unser Sensorsystem ständig zu verbessern und auf die Bedürfnisse medizinischer Anwendungen zuzuschneiden. Das macht uns zu einem der Pioniere auf dem Gebiet der Formerfassung.