Mein Zukunft Bau

Effizientes Bauwerksmonitoring mit MEMS-Neigungssensoren und Mikrocontrollern

Projektnummer

F20-14-1-169 - 10.08.18.7-15.35

Laufzeit / Status

08.2015 - 02.2017 / laufend

Projektdetails

Beteiligte

Bauhaus-Universität Weimar, Frau Dr. rer. nat. Kristina Schönherr, Geschwister-Scholl-Straße 8, 99421 Weimar

Prof. Dr. Guido Morgenthal

Cluster

Nachhaltiges Bauen, Bauqualität

Projektbeschreibung

Neuartige Sensoren auf Basis von MEMS-Technologien in Verbindung mit modernen Mikrocontrollersystemen haben das Potential das Anwendungsspektrum des Bauwerksmonitorings erheblich zu erweitern.

Im Rahmen dieses Projektes sollen hochgenaue Neigungssensoren genutzt werden, um lokale Verdrehungen von Tragwerken zu messen und damit das Systemverhalten zu überwachen sowie kritische Beanspruchungszustände zu detektieren. Entsprechende Sensorsysteme zeichnen sich durch eine kompakte Bauform, einfache Handhabung sowie geringe Kosten aus. Der Einsatz solcher Messsysteme ermöglicht die wirtschaftliche Überwachung von Bauwerken zur Gewährleistung einer dauerhaft sicheren Nutzung.

Es soll untersucht werden, an welchen Bauwerken und in welcher Form entsprechende sensorbasierte Monitoringsysteme effizient und wirkungsvoll eingesetzt werden können. Durch Laborversuche ist dazu zunächst die Qualität der Sensordaten und insbesondere die effektive Auflösung der Sensoren zu quantifizieren. Dabei ist die Abhängigkeit von Umwelteinflüssen wie z. B. Temperatur und Feuchtigkeit zu berücksichtigen und Lösungen für eine robuste Auslegung zum Einsatz an Bauwerken zu entwickeln.

Zur Erfassung, Verarbeitung und Auswertung, Zwischenspeicherung und Übertragung der Daten werden Mikrocontrollersysteme mit einer offenen, Linux-basierten Softwarearchitektur genutzt. Solche handelsübliche Standardhardware ist kostengünstig, energie-effizient und platzsparend. Die zu entwickelnden Softwarelösungen sind auf die Sensoreigenschaften, Schnittstellen und vorhandene Komponenten des Betriebssystems aber auch an die geplante Messaufgabe am Bauwerk anzupassen.

Zur Evaluierung des Potentials der Messsysteme sollen verschiedene Anwendungsszenarien untersucht werden. Dabei werden sowohl unterschiedliche Bauwerksklassen als auch typische Einwirkungsszenarien und definierte Grenzzustände betrachtet. Am Bauwerk auftretende Verdrehungen, die den Beanspruchungszustand abbilden, werden mit den durch die Sensoren auflösbaren Rotationen verglichen. Mit der Methode der Probability of Detection soll die Zuverlässigkeit der Messung quantifiziert werden.

Die theoretisch erarbeiteten Anwendungsszenarien sollen anhand ausgewählter Referenzbauwerke getestet werden, um die Praxis-tauglichkeit der Methoden nachzuweisen, Optimierungen am Messsystem vorzunehmen und praktische Erfahrungen bei der Nutzung zu sammeln. Von besonderer Bedeutung sind hier die Applizierung am Bauteil, die Verarbeitung der Messdaten sowie die Möglichkeiten der Interaktion des Nutzers mit dem Messsystem. 

Im Ergebnis soll das Projekt das große Anwendungspotential neuartiger Monitoringsysteme aufzeigen, um die Zustandsüberwachung auch für konventionelle Bauwerke zu erschließen.

Schlagwörter

Bauwerksmonitoring, MEMS-Sensoren, Structural Health Monitoring, Mikrocontroller, Neigungssensoren

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