Neigung, Beschleunigung und Weg Brücken und Gebäude präzise vermessen

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Zwei spezielle Sensoren sollen helfen, Brücken und Gebäude zu überwachen. Die Sensoren sollen später in eine „Out-of-the-Box-Lösung“ angeboten werden.

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Brücken sind fragile Bauwerke. Sie lassen sich mit präzisen Sensoren überwachen. Dazu gehören Neigungs-, Beschleunigungs- und Wegesensoren. Das Bild zeigt das Viaduc de Millau in Frankreich.
Brücken sind fragile Bauwerke. Sie lassen sich mit präzisen Sensoren überwachen. Dazu gehören Neigungs-, Beschleunigungs- und Wegesensoren. Das Bild zeigt das Viaduc de Millau in Frankreich.
(Bild: Christian Beusche, pixelio.de)

Zusammen mit der Deutschen Bahn hat das Elektronikunternehmen GEMAC aus Chemnitz Präzisionssensoren entwickelt, mit denen sich Gebäude und Brücken überwachen lassen. Entstanden sind zwei Sensoren: Ein Sensor, um hochgenau Neigungen von ±5° zu messen und zum anderen ein Sensor, um präzise Beschleunigung und Weg zu messen. Der erstgenannte Sensor bietet eine Genauigkeit von bis zu 0,001° bei einer Auflösung von 0,0001°. Der Messbereich des Sensors zur Beschleunigungs- und Wegmessung beträgt ±2 g, bei einer Auflösung von 1 µg. Da die Sensoren über eine CAN-Schnittstelle kommunizieren, lassen sich sich schnell verkabeln und ermöglichen eine störsichere Kommunikation.

Erste erfolgreiche Feldtests mit Prototypen erfolgten im Jahr 2015. Die Überführung der Sensoren in eine Serienproduktion soll folgen. Ziel ist es, eine „Out-of-the-Box-Lösung“ zu erarbeiten. Dazu müssen allerdings noch wesentlich mehr Daten an verschiedenen Bauwerken erhoben werden.

Wege anhand von Beschleunigungen messen

Der Vorteil von Wegmessungen anhand von Beschleunigungsdaten besteht darin, dass hierfür keine Ortsreferenz notwendig ist. Das eröffnet besonders bei Brücken die Möglichkeit, sie ständig zu überwachen (Permanentmonitoring). Allerdings ist zur Wegmessung eine Kalibrierung der Beschleunigungssensoren am Einbauort erforderlich. Einschränkend bei der Wegmessung mit Beschleunigung kommt hinzu, dass die doppelte Integration der Beschleunigungsdaten zur Gewinnung des Wegsignals jeweils nachträglich für bestimmte Zeitfenster erfolgen muss. Beispielsweise die Dauer einer Zugüberfahrt. Das ist nicht in Echtzeit möglich.

Bisherige Ansätze zur Langzeitmessung eines Weges über die Beschleunigungsdaten und ihre doppelte Integration sind nicht anwendertauglich. Durch eine Kombination der Beschleunigungs- mit der Präzisionsneigungsmessung kann die Lage von Brücken problemlos über einen langen Zeitraum überwacht werden. Dadurch ergeben sich für die Neigungs- und Beschleunigungssensoren der GEMAC zahlreiche viele Anwendungsmöglichkeiten für „Structural Health Monitoring“. Zusätzlich zur Wegmessung bieten die Beschleunigungssensoren die Möglichkeit, Frequenzen bis 200 Hz zu messen.

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