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Organisationseinheit der BAM
- 8 Zerstörungsfreie Prüfung (4)
- 8.6 Faseroptische Sensorik (4)
- 2 Prozess- und Anlagensicherheit (1)
- 2.1 Sicherheit von Energieträgern (1)
- 3 Gefahrgutumschließungen; Energiespeicher (1)
- 3.2 Gefahrguttanks und Unfallmechanik (1)
- 8.1 Sensorik, mess- und prüftechnische Verfahren (1)
- 8.4 Akustische und elektromagnetische Verfahren (1)
- 9 Komponentensicherheit (1)
- 9.6 Additive Fertigung metallischer Komponenten (1)
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Die verbesserte Sichtbarkeit fluoreszierender Materialien erhöht die Sicherheit in vielen Bereichen. Mit der 2-Monochromatoren-Methode können diese bestrahlungsunabhängig charakterisiert werden. In Hinblick auf einen Einsatz im Prüflabor (DIN EN ISO/IEC 17025) werden Vergleichsmessungen mit dem modernisierten Messplatz der BAM unter Nutzung eines Arrayspektrometers präsentiert.
Im Vortrag wird das im Themenfeldprojekt AGIFAMOR eingesetzte verteilte faseroptische Messverfahren DAS (distributed acoustic sensing) vorgestellt, und die im Projekt erzielten Ergebnisse am unbeschädigten Rohr werden vorgestellt. Dazu gehören die Optimierung der Sensorapplikation sowie die Beobachtung von Schallwellen im Rohrmantel und von sich im Rohr ausbreitenden Druckwellen.
The feasibility study „AGIFAMOR. Ageing infrastructures – distributed acoustic monitoring of pipes” is an interdisciplinary research project at BAM internally financed from 2015 to 2018. Therefore, the quite young fibre optic sensing technology of distributed acoustic sensing (DAS) was investigated to possibly be extended towards a global condition monitoring system for pipelines operating in real time.
DAS is a highly dynamic fibre optic sensing technology based on the method of coherent optical time domain reflectometry (C-OTDR). DAS allows capturing strain changes in the range of kHz. For the experimental work, the most suitable application yielding an optimum sensitivity was proven by wrapping a standard single-mode silica fibre around the pipe.
The DAS sensitivity was investigated regarding the detection of 1) incidents that initiate propagation of acoustic waves in the pipe wall, 2) changes inside the pipeline causing altered flow and 3) damage development in the pipe wall. Therefore, several testing setups in laboratory as well as in real scale were realized. For comparison purposes, experiments were accompanied by acoustic emission analyses and by measurements with accelerometers.
DAS was found to be very sensitive to gas ignition and its propagation across the pipe. Furthermore, the ability of DAS to detect and localize acoustic signals associated with pipeline leakage was demonstrated. The detection of crack formation and propagation within the pipe wall by means of DAS was studied during bending tests on several pipe segments, but was not proven so far with certainty. As expected, these studies turned out as the most difficult challenge due to the random occurrence and transient nature of microscopic damage phenomena.
Im Vortrag wird eine kurze Einführung in die verteilte faseroptische Sensorik, speziell die verteilte akustische Sensorik (Distributed Acoustic Sensing, DAS) und in den Stand der Technik beim faseroptischen Pipeline-Monitoring gegeben. Anhand erster Laborversuche im Themenfeldprojekt AGIFAMOR werden die Sensorapplikation sowie die gemessenen Signale erläutert. Abschließend wird ein Ausblick auf weitere im Projekt geplante Untersuchungen gegeben.
Es wird ein Überblick über die Technik der faseroptischen Sensorik zur Zustandsüberwachung von Rohrleitungen gegeben. Im ersten Teil des Vortrages werden einige Verfahren der verteilten faseroptischen Sensorik, insbesondere die akustische verteilte faseroptische Sensorik, sowie der Stand der Technik in Bezug auf die Rohrleitungsüberwachung vorgestellt. Anschließend werden im zweiten Teil die Hauptergebnisse des Themenfeldprojektes AGIFAMOR zusammengefasst und in Hinblick auf weiterführende Untersuchungen diskutiert.
Rohrleitungssysteme sind aufgrund ihrer Funktion und Länge hinsichtlich der Sicherheit, Verfügbarkeit und Instandhaltung in Anlagen besonders relevant. Große Fördermengen führen dazu, dass auch kleinste Leckagen hohe Umweltbelastungen verursachen können. Die frühzeitige Erkennung und Ortung von potentiell gefährlichen Veränderungen am Rohr (z.B. Risse, Pittings, Ablagerungen) ist daher erforderlich. In vielen Fällen ist jedoch die Ausstattung einer Rohrleitung mit einer großen Zahl diskreter Sensoren nicht möglich oder sinnvoll.
Die Verfahren der verteilten faseroptischen Sensorik ermöglichen den Einsatz einer einzigen optischen Faser, die gleichzeitig als örtlich kontinuierlicher Sensor sowie zur Signalübertragung genutzt wird, so dass mit vergleichsweise geringem Installationsaufwand sehr ausgedehnte Strukturen mit Sensoren ausgestattet werden können. Im Monitoring von Öl- und Gaspipelines befindet sich daher die verteilte faseroptische Sensorik derzeit im Aufwind. Neben den Verfahren zur Messung von Temperatur und Dehnung ist zuletzt speziell die verteilte faseroptische akustische Sensorik (distributed acoustic sensing, DAS) in den Vordergrund gerückt, da sie u.a. mechanische Einwirkungen Dritter auf die Pipeline (Annäherung, Graben, Manipulation) erfassen kann.
Das Potential von DAS zur kontinuierlichen Zustandsüberwachung einer Rohrleitung durch die Erkennung und Ortung von Schallereignissen, die auf eine Schädigung schließen lassen, wird derzeit im Rahmen eines interdisziplinären Forschungsprojektes an der BAM untersucht. Zur Qualifizierung der Methode in diesem Anwendungsbereich werden insbesondere Fragestellungen zur Sensorapplikation in Hinblick auf optimale Signalübertragung und Praktikabilität sowie zur Sensitivität des Messsystems und auch der Erfassung und Erkennung der relevanten Schallsignaturen bearbeitet.
Distributed Fibre Optic Acoustic and Vibration Sensors for Industrial Monitoring Applications
(2017)
We investigate the usability of distributed fibre optic acoustic sensing (DAS) for innovative and advanced monitoring applications in industrial and civil infrastructure installations. In this paper, we report on our ongoing application-oriented research activities regarding the utilization of DAS based on coherent optical time-domain reflectometry (C-OTDR) for condition monitoring of a variety of infrastructures. Specifically, our research presented here aims at acoustic condition monitoring of and fault detection in pipelines and industrial piping systems, at acoustic condition monitoring of rollers in industrial conveyor belt installations, and at acoustic condition monitoring of and threat detection in extensive submarine power cables, respectively. Furthermore, we show a method to mitigate the effect of sensitivity fading of C-OTDR based DAS due to unstable environmental conditions via the modification of the sensor fibre. This can help to provide a continuous adequate sensor functionality for a number of different industrial monitoring applications.
Here we present the BAM-project AGIFAMOR - Application of distributed acoustic and fibre optic sensors for continuous monitoring of pipes. Special attention is paid to the optimal application of the fibre optic sensor for achieving high sensitivity towards acoustic signals. First results of real scale bending tests are presented, where cracks developing in the pipe material were initialized and analyzed with respect to their acoustic characteristics.
Industrial piping systems are particularly relevant to public safety and the continuous availability of infrastructure. However, condition monitoring systems based on many discrete sensors are generally not well-suited for widespread piping systems due to considerable installation effort, while use of distributed fibre-optic sensors would reduce this effort to a minimum. Specifically distributed acoustic sensing (DAS) is employed for detection of third-party threats and leaks in oil and gas pipelines in recent years and can in principle also be applied to industrial plants. Further possible detection routes amenable by DAS that could identify damage prior to emission of medium are subject of a current project at BAM, which aims at qualifying distributed fibre optic methods such as DAS as a means for spatially continuous monitoring of industrial piping systems. Here, first tests on a short pipe are presented, where optical fibres were applied directly to the surface. An artificial signal was used to define suitable parameters of the measurement system and compare different ways of applying the sensor.