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Die Magnetfeldmessung spielt in zahlreichen Bereichen der Medizin, des Verkehrs und der Luft- und Raumfahrt eine zentrale Rolle. Der faseroptische Magnetfeldsensor besitzt herausragende Eigenschaften wie Kompaktheit, Fernabfrage, niedrige Kosten und hohe Empfindlichkeit, was großes Interesse geweckt hat. Allerdings wird der faserbasierte Magnetfeldsensor im Allgemeinen durch Temperaturstörungen beeinträchtigt. Kürzlich wurde festgestellt, dass das Übersprechen der Temperatur durch die Integration mehrerer Sensorelemente zwar wirksam beseitigt werden kann, dies jedoch auf Kosten einer Vergrößerung der gesamten Sensorkomponenten geschieht. Außerdem könnte die unterschiedliche räumliche Anordnung mehrerer Elemente zu Messfehlern bei der diskriminierenden Erfassung mehrerer Parameter führen.
Ein Team von Forschenden, geleitet von Professor Limin Xiao von der Fudan University in China, hat nun eine innovative Lösung entwickelt, die diese Herausforderungen adressiert. In einer kürzlich in Light: Advanced Manufacturing veröffentlichten Studie beschreibt das Team die Entwicklung ultrakompakter Multikern-Faserspitzen (MCF) zur simultanen Messung von Magnetfeldern und Temperaturen. Diese neuartigen Sensoren wurden mithilfe der Zwei-Photonen-Polymerisation (TPP) direkt auf die Spitze der Faser gedruckt, was eine präzise und miniaturisierte Struktur ermöglicht.
Die MCF-Sensoren bestehen aus zwei unterschiedlichen Sensorelementen, die auf verschiedenen Kernen der Faser platziert sind. Ein mikromechanischer Hebel, der eine Eisenkugel enthält, reagiert auf magnetische Felder, während eine mit Mikroflüssigkeit gefüllte Mikrokavität als hochempfindliches Temperaturelement fungiert. Diese Anordnung ermöglicht die gleichzeitige und diskriminative Erfassung beider Parameter, ohne dass Temperatureinflüsse die Magnetfeldmessung verfälschen.
Die 3D-gedruckten Faserspitzen-Sensoren bieten eine bemerkenswerte Lösung für Anwendungen, bei denen der Platz für Sensoren stark begrenzt ist. Darüber hinaus ermöglicht die flexible Drucktechnik eine Anpassung der Sensorkonstruktionen an spezifische Anforderungen, was die Einsatzmöglichkeiten in der Forschung und Industrie erweitert.
Die Forschenden sehen in dieser Technologie ein großes Potenzial, um die Präzision und Vielseitigkeit von Multikern-Fasersensoren weiter zu steigern. Der mikromechanische Hebel könnte zudem mit verschiedenen funktionellen Materialien kombiniert werden, um zusätzliche Messgrößen zu erfassen und die Anwendungsmöglichkeiten der Sensoren noch weiter auszubauen.
