TY - RPRT A1 - Bartholmai, Matthias A1 - Neumann, Patrick P. T1 - Multifunktionaler Sensor zur Überwachung von Untergrundspeichern durch flächendeckendes ortsaufgelöstes Monitoring von Gasen, Temperatur und Gefügebewegungen im Boden N2 - Untergrundspeicher für Roh- und Abfallstoffe gewinnen zunehmend an Bedeutung. Verwendet werden sie vor allem für Stoffe wie Erdgas, Wasserstoff, Erdöl und neuerdings auch für Kohlen-stoffdioxid (CO2). Diese Stoffe werden meist unter Druck in Kavernen- oder Porenspeichern einge-lagert. Die Speicher dienen einerseits zum Ausgleich von Ungleichgewichten zwischen Ange-bot/Förderung und Nachfrage/Verbrauch und zur Erhöhung der Versorgungssicherheit. Anderer-seits bestehen Konzepte Abfallstoffe oder Gefahrstoffe für die Umwelt (aktuell CO2-Speicherung) dort für lange Zeiträume einzulagern. Mit den Einlagerungsstoffen verbunden ist ein signifikantes Gefahrenpotential für Mensch und Umwelt, falls es trotz aller Sicherheitsmaßnahmen zu einem unkontrollierten Austritt dieser Stoffe kommen sollte. Daher kommt dem Monitoring derartiger Untergrundspeicher und den darüber befindlichen Bodenstrukturen eine extrem hohe Bedeutung zu. Ein hochaktuelles Beispiel, das die Überwachung entsprechender Bodenflächen fordert, ist die unterirdische CO2-Speicherung im Rahmen der CO2-Abscheidung und -Speicherung (Carbon Dioxide Capture and Storage, CCS). CCS gilt als wichtige Brückentechnologie der Energiewirtschaft und wird weltweit vorangetrieben, während die Sicherheit von Bevölkerung und Biosphäre noch kont-rovers diskutiert wird. Auch die EU setzt auf CCS und gibt in der EU-Richtlinie 2009/31 als Ziel-setzung bis 2015 vor, 15 Pilotanlagen zu bauen und in Betrieb zu nehmen. Als Bedingung für die Genehmigung der CO2-Speicherung ist explizit die Überwachung der Speicheranlagen durch Monito-ring vorgeschrieben, wobei die technisch besten Lösungen zum Einsatz kommen sollen. Das zu entwickelnde Messsystem adressiert neben den o.g. Anwendungsfeldern weitere, bei denen insbesondere die Emission von Gasen ein Risiko für Mensch und Umwelt darstellt oder wirt-schaftlichen Schaden verursachen kann. Hierzu zählen die Überwachung von Abfalldeponien, Ge-fahrgutlagerstätten, kontaminierten Altlastengebieten, Moor-, Torf-, Kohleflözen (präventive Branderkennung) und geodynamisch aktiven Regionen. Auch moderne Fördertechnologien, wie das Hot-Dry-Rock-Verfahren (HDR) zur Energiegewinnung durch Einpressen von überkritischem CO2 in den Erdkörper, das die Beweglichkeit eines Gases mit der Dichte einer Flüssigkeit kombiniert und Wärmeaustausch im Erdinneren bewirkt, bergen das Risiko unkontrollierter Gasemissionen und bedürfen der umfassenden Überwachung. KW - Verteilte Sensorik KW - Gassensor KW - CCS KW - Gasspeicher PY - 2015 DO - https://doi.org/10.2314/GBV:867138327 SP - 1 EP - 13 AN - OPUS4-43195 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Dzierliński, M. A1 - Neumann, Patrick P. A1 - Bartholmai, Matthias ED - Zagrobelny, Maciej ED - Suś-Ryszkowska, Małgorzata T1 - Wykrywanie wycieków gazu za pomocą bezzałogowych pojazdów powietrznych T1 - Detection of gas leaks by unmanned aerial vehicles N2 - Wyciek metanu (CH4) z infrastruktury takiej jak rurociągi czy zbiorniki magazynowe ma kluczowe znaczenie dla środowiska oraz stwarza zagrożenie dla bezpieczeństwa ludzi i mienia. Obecnie, po okresie bezawaryjnej eksploatacji, można zaobserwować wzrost liczby incydentów spowodowanych nieszczelnościami rurociągów przesyłowych. W Polsce szczególnie problematyczne okazują się gazociągi, które powstały dekady temu. W tamtym czasie normy techniczne i przepisy budowlane były łagodniejsze niż obecnie obowiązujące. Integralność tych gazociągów jest trudna do skontrolowania, gdyż na etapie budowy nie zostały one przystosowane do badania tłokami pomiarowymi. Aby sprostać temu wyzwaniu, UDT poszukuje metod umożliwiających szybkie i niezawodne wykrywanie oraz lokalizowanie nieszczelności gazociągów na duże odległości. N2 - Methane leakage (CH4) from infrastructure such as pipelines or storage tanks is crucial for the environment and poses a threat to the safety of people and property. Today, after a period of failure-free operation, an increase in the number of incidents caused by leaks in transmission pipelines can be observed. In Poland, gas pipelines created decades ago turn out to be particularly problematic. At that time, technical standards and building regulations were milder than those currently in force. The integrity of these pipelines is difficult to control, as they were not adapted for testing with measuring pigs at the construction stage. To meet this challenge, UDT is looking for methods to quickly and reliably detect and locate leaks in pipelines over long distances. KW - Aerial robot KW - Mobile robot olfaction KW - Tomographic reconstruction of gas plumes KW - Tunable diode laser absorption Spectroscopy (TDLAS) KW - UAV-REGAS PY - 2018 UR - https://www.udt.gov.pl/inspektor-on-line VL - 4 SP - 19 EP - 21 PB - Urząd Dozoru Technicznego CY - Warszawa, Polska AN - OPUS4-47062 LA - pol AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hüllmann, Dino A1 - Neumann, Patrick P. A1 - Bartholmai, Matthias T1 - Wind Vector Estimation on Multirotor Aircraft N2 - Small unmanned aircraft (UA) are used increasingly as flying sensor platforms. Amongst other things they are used for environmental monitoring, for example gas distribution mapping. Sometimes, these applications require knowledge of the ambient wind field, which can be measured by additional devices like anemometers. In general, it would be interesting to avoid such additional apparatuses. One way to achieve this is to estimate the wind vector, that is both the wind direction and speed, from the state variables of the UA. T2 - IEEE Sensors 2018 CY - New Delhi, India DA - 28.10.2018 KW - UAV KW - Wind vector KW - Estimation KW - Multirotor aircraft PY - 2018 AN - OPUS4-46479 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bartholmai, Matthias T1 - Comparison of the Temperature Behavior of Oil and Gas Damped Piezoresistive Accelerometers N2 - This study presents the characterization of a piezoresistive accelerometer damped with silicon oil for the application in drop tests carried out at BAM. Experiments were performed with the Hopkinson Bar method in close correlation to the real-world application conditions. The results point out certain limitations regarding the temperature influence and the frequency response. Additional experiments were performed with a gas damped type of piezoresistive accelerometer, which has superior specifications, particularly for low temperatures. The results allow for a comparison. T2 - IEEE SENSORS 2018 CY - Neu Delhi, Indien DA - 28.10.2018 KW - Accelerometer KW - Temperature behavior KW - Frequency response KW - Hopkinson Bar KW - Drop test PY - 2018 AN - OPUS4-46484 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Musolff, Andre A1 - Quercetti, Thomas A1 - Müller, Karsten A1 - Bartholmai, Matthias T1 - Kinematic aspects of RAM packages drop tests N2 - BAM is the German Federal Institute for Materials Research and Testing and the competent authority for mechanical and thermal safety assessment of transport packages for spent fuel and high level waste. In context with safety assessment of RAM packages BAM performed numerous drop tests in the last decades. The tests were mostly accompanied by extensive and various measurement techniques especially by instrumented measurements with strain gages and accelerometers. The procedure of drop testing and the resulting measurement analysis are the main methods to evaluate the safety against mechanical test conditions. Measurement techniques are dedicated to answer questions in regard to the structural integrity of a RAM package, the mechanical behavior of the prototype as well as of its content under impact conditions. Test results like deceleration-time functions constitute a main basis for the validation of assumptions in the safety analysis and for the evaluation of numerical calculations. In this context the adequate selection of accelerometers and measurement systems for the performance of drop tests is important. Therefore it is not only necessary to find suitable positions for the accelerometers at the test specimens, but also to consider technical boundary conditions as e.g. temperature. T2 - 2018 WM Symposia CY - Phoenix, AZ, USA DA - 18.03.2018 KW - Drop KW - Test KW - Measurement KW - Analysis KW - Prototyp PY - 2018 SP - Paper 18149, 1 EP - 12 AN - OPUS4-44872 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Manolov, Manol A1 - Subaric-Leitis, Andreas A1 - Bartholmai, Matthias T1 - Bestimmung der Maschinennachgiebigkeit beim Einsatz sphärischer Indenter in der Instrumentierten Eindringprüfung N2 - Es wird ein vereinfachtes Verfahren für die Bestimmung und Implementierung der Maschinennachgiebigkeit bei der Verwendung eines sphärischen Indenters dargestellt. Die Maschinennachgiebigkeit wird bei deutlicher Kraftabhängigkeit als Funktion der Kraft in die Auswertung implementiert. Als sensitiver Kennwert dient der aus der instrumentierten Eindringprüfung an Härtevergleichsplatten ermittelte Eindringmodul. T2 - Sensoren und Messsysteme CY - Nürnberg, Germany DA - 26.06.2018 KW - Maschinennachgiebigkeit KW - Instrumentierte Eindringprüfung KW - Sphärische Indenter KW - Vereinfachtes Verfahren KW - Kraftabhängige Funktion KW - Härtevergleichsplatten KW - Eindringmodul PY - 2018 SN - 978-3-8007-4683-5 SN - 0932-6022 VL - 19. ITG/GMA-Fachtagung SP - 565 EP - 569 PB - VDE Verlag GmbH CY - Berlin AN - OPUS4-45394 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bartholmai, Matthias T1 - Temperature characteristics of a piezoresistive accelerometer for high impact shock application N2 - This study presents the characterization of a piezoresistive accelerometer damped with silicon oil for the application in drop tests carried out at BAM. Experiments were performed with the Hopkinson Bar method in close correlation to the real-world application conditions. The results point out certain limitations regarding the temperature influence and the frequency response. Additional experiments were performed with a gas damped type of piezoresistive accelerometer, which has superior specifications, particularly for low temperatures. The results allow for a comparison. T2 - Sensoren und Messsysteme CY - Nürnberg, Germany DA - 26.06.2018 KW - Piezoresistive accelerometer KW - Hopkinson bar KW - High impact shock application KW - Temperature characteristics KW - Drop test PY - 2018 AN - OPUS4-45322 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bartholmai, Matthias ED - Werner, Klaus-Dieter T1 - Temperature characteristics of a piezoresistive accelerometer for high impact shock application N2 - This study presents the characterization of a piezoresistive accelerometer damped with silicon oil for the application in drop tests carried out at BAM. Experiments were performed with the Hopkinson Bar method in close correlation to the real-world application conditions. The results point out certain limitations regarding the temperature influence and the frequency response. Additional experiments were performed with a gas damped type of piezoresistive accelerometer, which has superior specifications, particularly for low temperatures. The results allow for a comparison. T2 - Sensoren und Messsysteme CY - Nürnberg, Germany DA - 26.06.2018 KW - Piezoresistive accelerometer KW - High impact shock application KW - Drop test KW - Temperature characteristics KW - Hopkinson bar PY - 2018 SN - 978-3-8007-4683-5 SN - 0932-6022 SP - 465 EP - 467 PB - VDE Verlag GmbH CY - Berlin AN - OPUS4-45323 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Beck, Uwe A1 - Mitzkus, Anja A1 - Sahre, Mario A1 - Weise, Matthias A1 - Köppe, Enrico A1 - Bartholmai, Matthias A1 - Basedau, Frank A1 - Hofmann, Detlef A1 - Schukar, Vivien T1 - Faser-basierter magneto-optischer Schicht-Sensor zum Monitoring von Bauteilen N2 - In Glasfasern eingeschriebene Bragg-Gitter (FBG: fibre-based Bragg gratings) sind über die Verschiebung der Bragg-Wellenlänge in der Lage, Stauchungen und Dehnungen von Glasfasern hochgenau zu erfassen. In Kompositwerkstoffe eingebettete faseroptische Sensoren können Bauteile bezüglich ihrer mechanischen Integrität überwachen und früh-zeitig Informationen über Materialveränderungen gewinnen. Um die Zuverlässigkeit eines solchen Sensors zu gewährleisten, ist es wichtig, die korrekte Funktion des Sensors im Verbund mit der Werkstoff-Matrix on-line und in-situ sicherzu-stellen. Im Rahmen des DFG-Projekts FAMOS² (FAser-basierter Magneto-Optischer SchichtSensor) wurde ein selbstdiagnosefähiger Schichtsensor entwickelt, der mit Hilfe von magnetostriktiven Aktorschichten aus Nickel bzw. Eisen-Nickel validiert werden kann. Der FAMOS²-Schichtsensor wird durch ein PVD (physical vapour deposition)/ECD (electro-chemical deposition) Hybridschichtsystem realisiert, das auf dem Fasermantel im Bereich des FBG haftfest, homogen und langzeitfunktional abzuscheiden ist. Dabei wird in einem ersten Schritt ein etwa 100 Nanometer dünnes PVD-Schichtsystem aus Chrom und Kupfer als Haftvermittler auf der Glasfaser bzw. als leitfähige Startschicht für den nachfolgenden ECD-Prozess abgeschieden. Um eine rotationssymmetrische Schich-tabscheidung zu gewährleisten, erfolgt während der PVD-Beschichtung eine Rotation der Glasfasern. In einem zweiten Schritt wird dann unter Verwendung eines klassischen Watts-Elektrolyten in einer speziell entwickelten ebenfalls rotationssymmetrisch aufgebau-ten ECD-Durchströmungszelle dann die etwa 30 Mikrometer dicke, magnetostriktive Ak-torschicht auf dem PVD-Schichtsystem abgeschieden, im Vergleich sowohl reine Nickel-Schichten als auch Nickel-Eisen-Schichten. Ein äußeres Magnetfeld dehnt die magnetostriktive Aktorschicht und damit auch die Faser reversibel. Diese Dehnung führt zu einer Verschiebung der Bragg-Wellenlänge, welche direkt mit der Stärke eines zu messenden oder zu Validierungszwecken vorgegebenen Magnetfeldes korreliert. Die Anpassung der Beschichtungsverfahren an die Fasergeome-trie und die mechanischen Eigenschaften der Hybridschichten werden hinsichtlich der me-chanischen Integrität des faseroptischen Sensors diskutiert und der Nachweis der Selbst-diagnosefähigkeit erbracht. T2 - 13. ThGOT Thementage Grenz- und Oberflächentechnik und 11. Thüringer Biomaterial-Kolloquium CY - Zeulenroda, Germany DA - 13.03.2018 KW - Magneto-optischer Sensor KW - Faser-Bragg Gitter KW - Magnetostriktive Beschichtung KW - Selbstkalibrierung KW - Bauteilmonitoring PY - 2018 SN - 978-3-00-058187-8 SP - 1 EP - 5 CY - Jena AN - OPUS4-44599 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bartholmai, Matthias A1 - Werner, Klaus-Dieter A1 - Johann, Sergej A1 - Daum, Werner ED - Cosmi, F. T1 - Characterization of the temperature behavior of a piezoresistive accelerometer N2 - Piezoresistive accelerometers use a strain-sensing element, generally made of semiconductor material, e.g., silicon to convert the mechanical motion into an electrical signal. This element is usually designed in form of a cantilever beam loaded with a mass. Acceleration causes bending of the beam, which produces a change of electrical resistance proportional to the applied acceleration. Main advantages of piezoresistive accelerometers in comparison to other types, e.g., piezoelectric and capacitive, is their robust and highly dynamic behavior, which qualifies them for application in high impact shock applications. Mechanical damping is typically implemented with silicon oil in a way that the output signal is undistorted over a wide frequency range. These characteristics principally qualify them for the application in drop tests carried out at BAM, for which they are calibrated over the frequency range from 1 to 4 kHz. However, using silicon oil for damping, has the drawback of temperature dependent change of its viscosity, leading to temperature dependent deviation of the accelerometer’s sensitivity. This study presents experimental results of the temperature behavior of a piezoresistive accelerometer with a dynamic range up to ±5000 g. This type of accelerometer is applied for drop tests which are partially performed at temperatures of -40 or +100 °C. T2 - 34th Danubia-Adria Symposium on Advances in Experimental Mechanics CY - Trieste, Italy DA - 19.09.2017 KW - Accelerometer KW - Temperature behavior KW - Drop test PY - 2017 UR - https://www.openstarts.units.it/handle/10077/14921 SN - 978-88-8303-863-1 SP - 93 EP - 95 CY - Trieste AN - OPUS4-42109 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -