This feasibility study presents how the Received Signal Strength Indicator (RSSI) of a Bluetooth® Low Energy (BLE) signal, transmitted from the BLE-module embedded in building materials with changing moisture content, is damped. The BLE-module (TRANSMITTER) communicates with a mobile Smart Device as tablet or mobile phone (RECEIVER) [Fig. 1]. The measured RSSI indicates to what extend the received signal strength is changed due to moisture, while the transmitted signal strength remains constant.
Structural health monitoring contributes to early damage detection in the built infrastructure. During the last two decades, sensor networks transferred from wired to wireless sensor networks. Several methods exist to measure moisture in building materials. Most of the introduced commercial moisture measurement methods provide information about the local or near surface moisture. A feasibility study is presented to demonstrate, how the Received Signal Strength Indicator (RSSI) of a Bluetooth Low Energy (BLE) signal, transmitted from the BLE-module embedded in building materials, correlate with changing moisture content. The feasibility of this influence was investigated in the presented study. The maximum and minimum RSSI were systematically recorded and analysed.
The presented development of a damping model is a research component of an experimental feasibility study about moisture in building materials measured with Bluetooth® Low Energy (BLE) signals. This study may be part of a structural health monitoring aiming on early damage detection in the built infrastructure and is increasingly focusing on wireless sensor Network technology. It is investigated, how the Received Signal Strength Indicator (RSSI) of a BLE signal, transmitted from the BLE-module embedded in building materials with changing moisture content is damped. The BLE-module communicates with a mobile Smart Device as tablet or mobile phone via 2.45 GHz-ISMfrequency band where water dipoles start to oscillate. If the BLE-signal transfers through a moist material, the moisture Content influences the RSS-Indicator. The damping model demonstrates this damping effect on RSSI by the abstraction of the reality observed in a real system.
Die Langzeitüberwachung von Bauteilen (Structural Health Monitoring, SHM) ging in den letzten Jahren zunehmend von verkabelten Sensoren zu kabellosen Sensornetzwerken (WSN) über. Frühwarnsysteme sollen rechtzeitige Signale senden, wenn Schädigungsprozesse einsetzen, wenn ein Bauteil z. B. zu feucht wird (Deiche, Staumauern), oder wenn Feuchteprozesse in Bauteilen auftreten, die den Transport von schädlichen Stoffen ermöglichen. Mittels handelsüblicher multifunktionaler Sensoren wie einem Bluetooth Low Energy (BLE) wurden erste Machbarkeitsuntersuchungen zur Massenfeuchtemessung durchgeführt. Die untersuchten Parameter sind der sogenannte Received Signal Strength Indicator (RSSI) eines Bluetooth-Low-Energy(BLE)-Signals und die abgestrahlte Sendeleistung eines eingebetteten BLE-Moduls. Das BLE-Modul kommuniziert mit einem mobilen smarten Empfänger wie einem Tablet oder einem Smartphone als SmartHub. Die Veränderung des RSS-Indikators ist ein Maß für die Veränderung der Feuchte im Bauteil, während die ausgesandte Signalstärke konstant bleibt. Wenn das BLE-Signal einen feuchten Bereich im Baumaterial durchläuft, verändert sich der RSS-Indikator. Nach erfolgreicher Machbarkeitsstudie wurde nun ein aus dem Netzwerk MI4G (Modern Industry for Germany) zwischen der Bundesanstalt für Materialprüfung und dem Klein- und mittelständigen Unternehmen LinTech GmbH heraus beantragtes ZIM-Projekt bewilligt. Der Bericht zeigt erste Ergebnisse von Voruntersuchungen und gibt einen Ausblick auf weitere Forschungsaktivitäten.