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Eingeladener Vortrag
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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.
Durch faseroptische Sensoren können Bauteile im Einsatz kontinuierlich überwacht und frühzeitig Informationen über Materialveränderungen gewonnen werden. Mittels einer magnetostriktiven Aktorschicht, welche den Sensor umhüllt, kann nun auch die korrekte Sensorfunktion jederzeit kontrolliert werden. Als Aktorschicht eignet sich galvanisch abgeschiedenes reines Nickel oder Nickel-Eisen in der Zusammensetzung 50:50. Um diese haftfest mit dem Sensor zu verbinden wurde ein ECD/PVD-Kombinationsschichtsystem entwickelt. Die mechanischen Eigenschaften der ECD-Schicht können sowohl mit einer auf die Fasergeometrie angepassten instrumentierten Eindringprüfung als auch einem 2-Punkt-Biegeversuch bestimmt werden.
In den letzten Jahren ist die Bestimmung der Position eines sich bewegenden Objektes eine immer interessanter werdende Information geworden. Die aktuelle Position oder der zurückgelegte Weg wird mittels miniaturisierter integrierter 3D-Sensoren bestimmt. Durch die Integration dieser Sensoren in moderne Smartphones oder in spezielle robuste Hardware sind die Anwendungsgebiete vielseitig. Die ermittelte Position innerhalb von Gebäuden ist dabei für den Kaufmann innerhalb eines Shoppingcenters aber auch für den Feuerwehrmann im Einsatz wichtig. Für den Kaufmann bedeutet es durch gezielte Angebote potenzielle Kunden anzusprechen und damit seinen Umsatz zu steigern. Für den Einsatzleiter der Feuerwehr ist die genaue Position seiner Feuerwehrmänner im Einsatz lebensrettend und bietet damit eine zusätzliche Sicherheit für die Einsatzkraft. Das hier vorgestellte Multisensorsystem, allgemein als Inertialsystem bezeichnet, und das darauf angewendete Verfahren zur Positionsbestimmung wird in diesem Bericht vorgestellt und näher beschrieben. Die systematischen und zufälligen Messunsicherheitsbeiträge des Inertialsystems und deren Auswirkungen auf die Bestimmung der aktuellen Position und somit auf den resultierenden zurückgelegten Weg werden erörtert.
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.
The absolute detection of a gap distance of loose and ftxed extrinsic Fabry-Perot interferometer (EFPI) sensors with conventional measurement Systems is not possible. Due to this EFPI-sensors were deemed to be unfit for distance determination in comparision with FBG sensors. With the conventional measurement method a continous measurement of the EFPIsensors was necessary. Otherwise data about the distance change was lost. Additional it is necessary to detect the tumaround points in the interference signal with 100%. This made it worse for the analysis and the use of the sensor. At BAM Federal Institute for Materials Research and Testing a measurement System called “EFPI-Scan” is developed which can measure the absolute gap distance of four connected EFPI-sensors synchronous. Every measurement channel is temperature independetn and long term stable. Test measurements showed a deviation of maximum ±1 gm per hour. Furthermore it is possible to measure with different measurement modes (abolute, relative and a combination of both). Special emphasis should be placed to the absolute measurement accuracy of ± 5 pm at a gap distance determination ftom 40 up to 4000 pm.
In diesem Paper wird ein absolut messendes faseroptisches Messsystem zur Bestimmung des Gap-Abstandes von niedrig reflektierenden losen und festen extrinsischer Fabry-Pérot Interferometer (EFPI) vorgestellt. Die häufigste Methode zur Bestimmung von Dehnungen oder Bewegungen durch EFPI-Sensoren ist eine kontinuierliche relative Ermittlung einer Veränderung mit einer nachträglichen Auswertung. Unterbrechungen in der Datenerfassung oder Fehler bei der Interferenzstreifen-Auswertung führen zu einer nicht abschätzbaren Messunsicherheit. Damit war es bis dato nicht möglich, eine absolute Veränderung von eingesetzten EFPI-Sensoren zu bestimmen. Mit dem an der BAM entwickelten Verfahren, ist dies jetzt möglich, die absolute Veränderung zu bestimmen. Dieses System namens 'EFPI-Scan' wird in dem Papier dargestellt werden.
In this study a method for early damage detection is investigated based on the directed excitation and measuring of Lamb waves (guided waves). The objective is to make a statement about the practicability of a Lamb wave generator (LWG) and about the application relevant parameters (specimen materials and dimensions, wave characteristics, excitation, transmission und reflection). Guided waves enable an effective differentiation of structural and defective indications as well as a classification of different defect types. For the investigations, a LWG was developed which combines the advantages of the single excitation of a piezoelectric actuator and the possibility of a group excitation. Algorithms were developed to identify and analyze damage patterns (cracks, wholes, weakening).
Sensor based person tracking is a challenging
topic. The main objective is positioning in areas without
GPS connection, i.e. indoors. A research project is carried
out at BAM, Federal Institute for Materials Research and
Testing, to develop and to validate a multi-sensor system for
3D localization. It combines body motion sensing and a
guard system for the tracking and recording of the status of
persons. The so named BodyGuard system was designed for
sensor-based monitoring and radio-based transmission of
the movement of a person. Algorithms were developed to
transform the sensor data into a spatial coordinate. This
paper describes how the BodyGuard system operates, which
main components were used in the system, how the
individual sensor data are converted into 3D motion data,
with which algorithms the individual sensors are processed,
how individual errors are compensated and how the sensor
data are merged into a 3D Model. Final objective of the
BodyGuard system is to determine the exact location of a
person in a building, e.g. during fire-fighting operations.
A multi-sensor system for 3D localization was developed and named BodyGuard. It combines body movement sensing and a guard system for the tracking and recording of the status of persons. BodyGuard was designed to monitor and transmit the movement of a person radio-based and to transform that data into a spatial coordinate. This paper describes how the BodyGuard system works, what components the system consists of, how the individual sensor data is converted into 3D motion data, with which algorithms the individual sensors are processed, how individual errors are compensated and how the sensor data are fused into a 3D Model.
Fiber optic sensors have gained increasing importance in recent years and are well established in many areas of industrial applications. In this paper, we introduce a concept of a self-diagnostic fiber optic sensor. The presented sensor is to resolve the problems of embedded fiber optic sensors in complex structures and to enable the validation under operational conditions. For this purpose, different magnetostrictive coated fiber optic sensors were developed and various experiments were performed to verify their mode of Operation and to determine the respective reproducibility. The measuring principle is illustrated by obtained experimental results, which showed a change in wavelength from 1 pm at a magnetic field strength change of 0.25 mT.
In addition, the temperature characteristics of the implemented magnetostrictive sensor were analyzed and an experimental factor of 1.5 compared to a reference fiber optic sensor was determined.