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Organisationseinheit der BAM
- 8 Zerstörungsfreie Prüfung (22)
- 8.1 Sensorik, mess- und prüftechnische Verfahren (22)
- 8.2 Zerstörungsfreie Prüfmethoden für das Bauwesen (3)
- 1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien (2)
- 1.9 Chemische und optische Sensorik (2)
- 3 Gefahrgutumschließungen; Energiespeicher (1)
- 3.3 Sicherheit von Transportbehältern (1)
- 6 Materialchemie (1)
- 6.7 Materialsynthese und Design (1)
- 8.6 Faseroptische Sensorik (1)
Design and Implementation of Smart Multisensor Monitoring System for Safe Workplaces with LoRaWAN
(2020)
This project addresses the application of safe workplaces in offices and chemical laboratories where indoor air quality plays an important role. The LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) is used as a communication interface to make important sensor data globally accessible. The goal of the development is to create a sensor node and an online and offline solution that collects the data from the sensor nodes and stores it on a local server or in a cloud. In cooperation with the companies WISTA GmbH and IONOS, a test sensor network is going to be established in the Berlin-Adlershof area.
QI-Digital is a joined project aiming at digitalising Quality Infrastructure (QI) processes involving standardization, conformity assessment, accreditation, metrology, and market surveillance [1]. Federal institute of material research and testing (BAM) is working on the creation of a digital calibration certifi-cate (DCC) to achieve digital metrological traceability and conformity assessment. The utilisation of machine readable and executable DCCs in the XML format is demonstrated on an example of a tem-perature measurement at a hydrogen refueling station. The certificates will be retrieved and analysed automatically at a Process Control System or at a Digital Twin.
In the near future, it will be important to adopt innovative approaches and technologies in order to further guarantee the reliability and availability of the highway network. New tools are therefore needed in order 'to obtain in-depth information about the condition of bridges and its development early enough before significant, precarious damage cases occur. In 2011, the research program "Intelligente Brücken (Smart Bridges)" was launched by the BASt together with the BMVI to evolve systems for information and holistic evaluation for bridge structures as a supplement to the current inspection-based maintenance management. Several projects dealt with the topic in the last few years and provided guidelines and a solid basis to move towards a first implementation considering the input of all research projects carried out so far.
Embedded wireless sensor systems for long-term SHM and corrosion detection in concrete components
(2017)
State-of-the-art communication standards like RFID and Bluetooth Low Energy enable the development of sensor systems which can be completely embedded into concrete components for long-term SHM and early damage detection. Objective of the project KonSens which is carried out at BAM is the development, implementation, and validation of sensors for measuring of Parameters relevant for corrosion, like moisture, pH value, and electrical conductivity, inside steel reinforced concrete components. The primarily addressed application is detection and evaluation of corrosion processes in concrete bridges.
In contrast to cable connected sensors, embedded wireless sensors avoid any pathways for intrusion of moisture and chemicals, e.g., chlorides which could trigger corrosion activity. To allow for long-term, ideally life-time operation, the once embedded sensor systems must work highly energy efficient. One option are passive RFID sensor systems, which work without battery. The energy is transmitted to the system through the electromagnetic field, even to operate sensors. A crucial parameter is the transmission depth in concrete. First experiments with RFID sensors working at frequencies of 13.56 MHz (HF) and 868 MHz (UHF) embedded in concrete specimen resulted positive for transmission depths of up to 13 cm, which is quite promising, considering that corrosion would appear first at the top level of rebars.
A second generation of passive RFID sensor systems has been implemented with improved antenna design. Current experiments using these systems focus on the Transmission characteristics in terms of transmission depths and the impact of concrete moisture. Low-energy humidity sensors are used and analysed regarding their capability for measuring the material moisture. Additionally, a relation between transmitted power to the embedded sensor and the moisture content of the concrete specimen caused by energy absorption can be presumed and is under systematic investigation.
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.
This project addresses the application of safe and healthy workplaces in offices, chemical laboratories and other workplaces where indoor air quality plays an important role. The LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) is used as a communication interface to make sensor data globally accessible.
The objectives of the project are to create a sensor node and an online and offline system that collects the data from the sensor nodes and stores it on a local server, in a cloud, and also locally on the node to prevent communication failures. An important point in this project is the development of the sensor nodes and the placement of these in the premises, thus no development work is involved in Building the infrastructure.
Insect behavior is a common source of inspiration for roboticists and computer scientists when designing gas-sensitive mobile robots. More specifically, tracking airborne odor plumes and localization of distant gas sources are abilities that suit practical applications such as leak localization and emission monitoring. Gas sensing with mobile robots has been mostly addressed with ground-based platforms and under simplified conditions and thus, there exist a significant gap between the outstanding insect abilities and state of the art robotics systems. As a step towards practical applications, we evaluated the performance of three biologically inspired plume tracking algorithms. The evaluation is carried out not only with computer simulations, but also with real-world experiments in which, a quadrocopter-based micro Unmanned Aerial Vehicle autonomously follows a methane trail towards the emitting source. Compared to ground robots, micro UAVs bring several advantages such as their superior steering capabilities and fewer mobility restrictions in complex terrains. The experimental evaluation shows that, under certain environmental conditions, insect like behavior in gas-sensitive UAVs is feasible in real world environments.
Eine Reihe von Prüfproblemen in der chemischen Industrie, in Kraftwerksanlagen und in Transportsystemen ist aufgrund schwieriger Zugangsmöglichkeiten nur begrenzt technisch bzw. wirtschaftlich effizient durchführbar. Das hier vorgestellte Projekt beinhaltet die Entwicklung eines Verfahrens der zerstörungsfreien Prüfung über weite Entfernungen (bis zu 100 m), das zum Einsatz in automatisierten Messsystemen bzw. zur Integration in Langzeitüberwachungssysteme geeignet ist. Grundlage des Verfahrens ist die gezielte Anregung und Auswertung von Lamb-Wellenmoden, wodurch eine effektive Unterscheidung von Fehler- und Formanzeigen sowie eine Klassifizierung unterschiedlicher Fehlertypen möglich werden.
Der Vorteil der Nutzung geführter Wellen für die zerstörungsfreie Prüfung liegt in ihrer vergleichsweise guten Ausbreitungsfähigkeit über weite Entfernungen. Die sich daraus ergebenden Möglichkeiten der Untersuchung großer bzw. schwer zugänglicher Bereiche einer Struktur bieten innovative Ansätze für die Entwicklung robuster Structural-Health-Monitoring-Systeme (SHM). Erst durch die Verfügbarkeit leistungsfähiger Rechentechnik wird ein breiter Einsatz derartiger Verfahren möglich. Die Technik kann zur Materialcharakterisierung an ebenen bzw. zylindrischen, dünnwandigen Flächen aus Metall oder auch CFK genutzt werden. Adressierte Anwendungsfelder sind z.B. die Untersuchung von Flugzeugtragflächen oder Pipelines. Des Weiteren wird der Einsatz solcher Verfahren zur Überwachung sicherheitsrelevanter Bauteile z.B. aus Laminaten angestrebt, wie sie verstärkt in der Luft- und Raumfahrt Anwendung finden. Im Rahmen des Projekts wurde auf Grundlage vorhandener Technik (Wellenanregung mittels Ultraschall-Gruppenstrahlprüfköpfen) ein umfassendes Verständnis für die Technologie und anwendungsrelevante Parameter (Probenmaterial und -dimensionen, Welleneigenschaften, Anregungs-, Transmissions-, Reflektionscharakteristika) gewonnen und Algorithmen zur Erkennung von Schädigungsbildern (z.B. Riss, Loch, Verdünnung) entwickelt.
Neben der Algorithmusentwicklung zur Detektion und Analyse von Schadstellen, lag ein Projektschwerpunkt in der Entwicklung einer geeigneten Gerätetechnik. Als sensorisches Elemente wurde Ultraschall-Gruppenstrahlertechnik eingesetzt. Besondere Anforderungen werden an die Technik zur Anregung der Wellenmoden unter Verwendung geeigneter Piezoaktoren gestellt. In diesem Bereich existiert bislang keine kommerziell erhältliche Gerätelösung, weshalb eine Neuentwicklug der Anregetechnik realisiert wurde. Speziell für die hohe Anzahl an Aktorkanälen, die benötigt wird, um unterschiedliche Moden und Wellenformen anzuregen, wurde eine äußerst leistungsfähige Anregeeinheit entwickelt.
This paper deals with the development and investi-gation of a volatile organic compound (VOC) system for differ-ent scenarios. The integrated multi-sensor unit can detect dif-ferent gases through the integrated 3-fold VOC sensor, where-by a continuous measurement takes place. The system-integrated flow control, with pump and flow sensor, allows the gas molecules to be transported directly to the VOC sensor. The entire measurement is permanently stored on an integrat-ed Secure Digital (SD) card. If the previously determined limit range is exceeded, an alarm is generated. Due to the combina-tion of different components, numerous applications are possi-ble. The system is the first step or a tool towards further devel-opments in the field of gas sensors and is primarily used for the validation of chemically based gas sensors, and it is still largely extended by application-specific influences.
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.