Sensorik / Gemac / DB Präzises Stuctural Health Monitoring

Eine der Gemac-Neuentwicklungen ist ein hochgenauer Neigungssensor.
Eine der Gemac-Neuentwicklungen ist ein hochgenauer Neigungssensor.

Ist die Brücke sicher genug, dass ein Zug darüber fahren kann? Wann werden Sanierungsarbeiten nötig? Untersuchen lässt sich das mit Sensoren und dem so genannten Structural Health Monitoring. Hierfür haben die Gemac und die Deutsche Bahn gemeinsam zwei hochgenaue Positionssensoren entwickelt.

Dabei sind bis jetzt zwei Sensoren entstanden: Zum einen ein Sensor zur hochgenauen Neigungsmessung im Bereich von ±5° und zum anderen ein Sensor zur präzisen Beschleunigungs- und Wegmessung.

Der erstgenannte Sensor punktet mit einer Genauigkeit von bis zu 0,001° und einer Auflösung von 0,0001°. Der Messbereich des Sensors zur Beschleunigungs- und Wegmessung beträgt ±2 g, bei einer Auflösung von 1 µg. Weil diese Sensoren über eine CAN-Schnittstelle kommunizieren, sind sie leicht zu verkabeln und ermöglichen eine robuste und störsichere Kommunikation.

Erste Feldtests mit Prototypen wurden im Jahr 2015 erfolgreich durchgeführt. Die Überführung dieser Sensoren in eine Serienproduktion folgt. Ziel ist die Erarbeitung einer »Out-of-the-Box«-Lösung. Dazu müssen allerdings noch wesentlich mehr Daten an verschiedenen Bauwerken erhoben werden.

Hintergrund

Der Vorteil von Wegmessungen anhand von Beschleunigungsdaten besteht darin, dass hierfür keine Ortsreferenz notwendig ist. Dies eröffnet besonders bei Brücken die Möglichkeit zum Permanent-Monitoring. Allerdings ist zur Wegmessung eine Kalibrierung der Beschleunigungssensoren am Einbauort erforderlich. 

Eine Einschränkung bei der Wegmessung mittels Beschleunigung ist, dass die doppelte Integration der Beschleunigungsdaten zur Gewinnung des Wegsignals jeweils nachträglich für bestimmte Zeitfenster erfolgen muss (z. B. die Dauer einer Zugüberfahrt) und nicht in Echtzeit durchführbar ist. 

Bisherige Ansätze zur Langzeitmessung eines Weges mittels Beschleunigungsdaten und deren doppelter Integration sind nicht anwendungstauglich. Doch durch eine Kombination der Beschleunigungs- mit der Präzisionsneigungsmessung kann die Lage von Brücken nun problemlos über einen langen Zeitraum überwacht werden. Dadurch ergeben sich für die Neigungs- und Beschleunigungssensoren der GEMAC zahlreiche neue Anwendungsmöglichkeiten im Bereich des Structural Health Monitorings. 

Zusätzlich zur Wegmessung bieten diese Beschleunigungssensoren außerdem die Möglichkeit der Eigenfrequenzmessung bis zu Frequenzen von 200 Hz.