Neuartige Sensortechnik erkennt dank Faser-Bragg-Gitter jegliche Angriffe auf Fensterscheiben

(6.12.2017) Übliche Glasbruchmelder alarmieren beim Bruch von Fensterscheiben zuverlässig, nicht aber bei allen anderen Einwirkungen auf die Glasscheibe, die bei einem Einbruchsversuch relevant sein können. Eine neuartige Alarmanlage von Fraunhofer-Forschern soll hingegen bereits die versuchte Manipulation am Fenster erkennen können. Registriert werden sowohl Temperaturänderungen als auch Erschütterungen durch äußeres Einwirken am Glas in Echtzeit.

Testreihe mit Sicherheitsglas in den Laboren der Schott Technical Glass Solutions GmbH (Foto © Foto Fraunhofer INT)

Herkömmliches Sicherheitsglas ist mit Metallfäden ausgerüstet, die erst bei einer mechanischen Beschädigung reißen und somit den Alarm aktivieren. Wird das Glas aber beispielsweise durch einen Schneidbrenner oder lokal mit einem Bohrer beschädigt, reagieren konventionelle Verglasungen gar nicht oder zu spät. Diesen Umstand machen sich Einbrecher zunutze und verwenden anstelle eines Hammers einen Bohrer oder Gasbrenner.

Forscher vom Fraunhofer-Institut für Naturwissenschaftlich-Technische Trendanalysen INT und vom Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS haben nun gemeinsam einen neuartigen smarten Einbruchschutz entwickelt, der den oben beschriebenen Nachteil überwindet: Das System erfasst thermische und mechanische Belastungen durch äußeres Einwirken zeitnah und dynamisch. Bereits ein leichter Schlag gegen das Sicherheitsglas oder die Manipulation durch eine Flamme reicht aus, um den Alarm auszulösen. Dazu erfasst das neue System Veränderungen der mechanischen Eigenschaften der Scheibe. Die Überwachung der Glasscheibe basiert auf einem Glasbruchsensor, der durch ein Faser-Bragg-Gitter realisiert wird. Die Glasfaser kann in der Ecke der Fensterscheibe oder an anderen Positionen eingebracht werden.

Lichtgestützte Überwachung von Glasscheiben

Der Sensor mit Faser-Bragg-Gitter ist ein optischer Sensor, der eine spezifische Wellenlänge des Lichts reflektiert, die sich bei Temperatur- und/oder Dehnungsabweichungen verändert. „Übt jemand Druck auf die Glasscheibe aus oder wird sie erhitzt, ändert sich der Abstand der Gitterelemente zueinander und somit auch die übertragene Wellenlänge. Diese Änderungen können empfindliche optische Messgeräte erfassen. Sind die Veränderungen größer als ein vorher identifizierter Schwellenwert, werden Signale an die Alarmanlage übermittelt“, erläutert Udo Weinand, Diplom-Ingenieur am Fraunhofer INT die Funktionsweise des patentierten Systems. „Wir können unser System sehr fein und gezielt einstellen, es kann sowohl auf leichte als auch auf starke Schläge reagieren. Das lässt sich je nach Anwendungsfall individuell anpassen“, ergänzt Dr. Peter Reinig, Wissenschaftler am Fraunhofer IPMS.

Demonstrator der smarten Alarmanlage (Foto © Fraunhofer INT und IPM; Bild vergrößern)
  

Der neuartige Einbruchschutz besteht aus ...

• besagtem Faser-Bragg-Gitter,
• einer Glasfaserzuleitung,
• einer Schnittstelle zur Alarmanlage und
• einer Auswerteelektronik, die das optische Messgerät enthält.

Die Auswerteeinheit, an die sich unterschiedliche Glasfasern anschließen lassen, soll künftig im Rahmen der Fensterscheibe verbaut werden. Im Hochsicherheitsbereich kann sich die Auswerteeinheit auch in größerer Entfernung von dem Sicherheitsglas befinden, da das Faser-Bragg-Gitter in der Lage ist, Licht in der Glasfaser auch über mehrere Kilometer zu transportieren. „Die Messung mit optischen Glasfasersensoren stellt eine gute Lösung für diese Anforderungen dar, da sie Licht anstelle von Strom und handelsübliche Glasfasern anstelle von Kupferdrähten einsetzt“, so Weinand.

Mustererkennung vermeidet Fehlalarme

Elektronik lässt sich zum Beispiel durch Mikrowellen stören. Deren Impulse können herkömmliche Alarmanlagen außer Funktion setzen oder einen ungewollten Alarm erzeugen. Glasfasern sind dagegen resistent gegenüber elektromagnetischen Störungen. Außerdem schließt eine Mustererkennung Fehlalarme durch alltägliche Erschütterungen aus. „Ein Fußball oder ein Vogel hinterlassen eine andere Signatur als ein Hammer oder ein Baseballschläger“, erklärt Reinig. Die smarte Alarmanlage wurde in diversen Angriffszenarien auf unterschiedlichste Arten von Sicherheitsscheiben mit Hammer, Baseballschläger, Bohrer, Schusswaffe, Axt und Heißgebläse auf Herz und Nieren getestet, um festzustellen, wann der Alarm zuverlässig auslöst.