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Geogenic gases such as CH4 or CO2 from natural sources, gases (CCS-CO2, H2, Natural
gas, City gas …) from a geological repository, or a leaking gas pipeline can present serious
risks in industrial and urban areas where the density of infrastructural elements increases as
well as above and below ground. To extend the lead time for risk treatment in such critical
regions, reliable detection of gases within the shallow subsurface is required to observe
critical gas accumulations before degassing into the atmosphere.
A near real-time monitoring approach is introduced to determine the volumetric expansion of
such a gas escaping from a leak in the subsurface. Considering the pressure relaxation with
the ambient air pressure, the approach enables the forecasting of the final size of a
pressurized gas body in terms of characteristic lengths. According to theoretical basics, such
a characteristic length, which allows to perform a gas (safety) measurement based on a
purely geometrical measure, behaves independently of subsurface properties, i.e., it enables
a reliable quantification of the escaping gas, irrespective of its heterogeneous flow path
distribution. A field test for a 10 l/min pinhole leakage of CO2 injected in an unsaturated Chernozemic soil (agricultural test field Bad Lauchstädt)that was equipped with linear gas sensors demonstrates the lateral-vertical volumetric gas expansion along the environment of these gas sensors, and confirms the applicability of the new characteristic length approach.
Comprehensive Monitoring of Structures for Gas Transport and Storage using Linear Multi-Sensors
(2015)
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.
Fire Science - Prevention, Assessment and Containment of Hazards using Sensors and NDT-Methods
(2013)
IMS trägt zur Luftfrachtsicherheit bei Luftsicherheitsgesetze verpflichten Luftsicherheitsbehörden, Flughafenbetreiber und Fluggesellschaften umfassende Sicherheitsmaßnahmen auf den Flughäfen zu ergreifen, um Gefahren z. B. durch potenziell gefährliche Frachtgüter zu erkennen. Von der Europäische Zivilluftfahrt-Konferenz (ECAC) zertifizierte IMS-Geräte werden vor Ort an den Kontrollpunkten orthogonal zur Radiologie eingesetzt, um chemische Informationen von verdächtiger Fracht über Gefahrstoffe wie Sprengstoffe oder Drogen vor dem Verladen zu erhalten.
Vor der Detektion von Sprengstoffen beginnt die Untersuchung eines verdächtigen Objekts mit der Probenahme mittels Wischprobensammlern. Eine Luftsicherheitskontrollkraft wischt dabei Oberflächen des Objekts mit einem Probensammler ab, um Partikel von Gefahrstoffen zu sammeln. Der beladene Probensammler wird anschließend in einen Probeneinlass eingeführt. Nach thermischer Desorption der gesammelten Stoffe erhält der Bediener (z. B. Luftsicherheitskontrollkraft) ein boolesches Ergebnis - "Alarm" oder "Kein Alarm".
Verfahren und Ergebnisse
In dieser Studie wurden drei Verfahren mit vier ECAC-zertifizierten ETD-Geräten zur Identifizierung und Beurteilung der Probenahme (PN) entwickelt:
I) direkte PN durch lösemittelbasierten Auftrag einer bekannten Sprengstoffmenge auf einem Probensammler,
II) Auftrag einer bekannten Menge eines gelösten Sprengstoffs auf einem 10 cm × 10 cm Substrat (Aluminium, Papier, Eisen und Polyvinylchlorid) und manuelle PN nach Lösemittelverdampfung,
III) lösemittelbasierter Sprengstoffauftrag auf eine PTFE- oder PTFE-beschichtete Glasfaseroberfläche, nach Lösemittelverdunstung trockene Übertragung auf das zu beprobende Substrat zur PN.
Der Zusammenhang zwischen vorgelegter Sprengstoffmenge und der Detektionswahrscheinlichkeit (POD) erfolgt durch Anwendung des binären Regressionsverfahrens mit einer Logit-Funktion:
POD=1/(1+exp(-A(m-B)) )·100%
Dabei entspricht m der vorgelegten Sprengstoffmasse bis 1000 ng, Parameter A / ng-1 der logistischen Wachstumsrate der Kurve und Parameter B / ng dem m-Wert des Mittelpunktes des Sigmoids. Die Bestimmung der Parameter wurde nach der Methode der kleinsten Quadrate berechnet.
Das entwickelte Messunsicherheitsmodell kombiniert quantitative Ergebnisse aus Stammlösung und deren Verdünnungen sowie Stoffauftrag und qualitative Ergebnisse nach Anzeige "Alarm" oder "Kein Alarm". Dieses Auswerteverfahren wurde auf die Probenahme angewandt. Identifizierte Unsicherheitsursachen sind die Durchführung der Wischprobenahme, Staub, Lösemitteleffekte und die Unsicherheit bei der Herstellung von Testlösungen.