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Letzte Aktualisierung am
01.10.2017

complete solutions
Zukunfts- und Gegenwartstechnologie mit dem unschlagbaren Mehrwert an Information für neue Erkenntnisse. Für weniger als Sie glauben. Faseroptische Messsysteme 
für die Bau- und Geomesstechnik 

Die faseroptische Messtechnik beschreibt eine Gruppe von Messsystemen bei denen die veränderbaren physikalischen Eigenschaften der Glasfaser genutzt werden, um Größen wie Temperatur, Deformationen, Vibrationen oder akustische Signale zu messen und zu erfassen. Hierbei ist die Faser selbst der „Sensor".

Aus dem Bereich der Kommunikation ist dieses nahezu verlustfreie Übertragungsmedium nicht mehr wegzudenken und längst zu einem Alltagsprodukt aus dem täglichen Leben geworden das in Netzwerken und in der Hi-Fi Industrie schon seit Jahrzehnten seine Anwendung und Standardisierung gefunden hat.

Die Tatsache, dass die Glasfaser selbst ein Messmedium repräsentiert, ist spätestens seit 1982 in der deutschen Baubranche bekannt, als zur damaligen Zeit in diversen geförderten Forschungsprojekten öffentlich die ersten Druck- Dehnungssensoren und Glasfaser Wegaufnehmer in FBG Technologie für die Baumesstechnik vorgestellt wurden.

Auch die Telekommunikation hat in den letzten Jahrzehnten Glasfasernetze kontinuierlich und für ihre Zukunft ausgebaut. Sie ist heute ein wichtiger Bestandteil kostengünstiger und weltweiter Vernetzung als Übertragungsbasis für das Internet und in der Telefonie für das kommende Jahrhundert.

Der prinzipielle Umgang mit dieser Technik, das Verlegen und die Vernetzung von Glasfaserleitungen ist heute eine Standardprozedur deren Leistung von unzähligen EDV Unternehmen angeboten und durchgeführt werden kann. Das ist Grund genug sich mit diesem Thema letztendlich und konsequent auseinander zu setzen.

Reden wir aber vom Einsatz der Glasfaser in Form von messtauglichen Kabeln und deren Anbindung an das ein Bauwerk, deren Datenerfassung und -verarbeitung sowie deren Visualisierung wird dieses Thema schon wieder zu einem Spezialistensystem, dem nur wenige Unternehmen verschrieben haben.

 

Entscheidungsgrundlagen:

Heute stehen der Bau- und Geomesstechnik lang etablierte Messverfahren zur Verfügung, die in der Bauwerksicherung von Pipelines in der Öl und Gasindustrie sowie zur Sicherung von Hochseekabeln angewendet werden und für diesen Einsatz optimiert wurden.

Es ist allerdings erstaunlich wie selten dieses Messinstrumentarium in Deutschland bisher seine Anwendung findet, wo die Vorteile gegenüber konventioneller Sensorik klar auf der Hand liegen:

  • Kosteneffizienz
  • Informationsgehalt
  • Langlebigkeit

 

Prinzipielle und offensichtliche Vorteile
der faseroptischen Messtechnik:

  • Lückenlose und örtlich verteilte Messungen entlang des gesamten Sensorkabels dessen Verlegung eine Frage der Messaufgabe ist. Die Längen der Sensorkabel können hierbei je nach Messtechnik und Aufgabenstellung mehrere Kilometer betragen
  • Langzeitdrift an verbauten Elementen können jederzeit am zugänglichen Kabelende erfasst und sehr genau kompensiert werden.
  • Keine Interpolationsfehler durch Integration über einen Messabschnitt (DTS, Brillouin)
  • Vergleichsweise geringer Vorbereitungs- und Installationsaufwand. Bei Einbau grundsätzlich keine Beschädigung und mechanische Bearbeitung der Bauwerkskonstruktion nötig.
  • Unauffälliger Einsatz, den im Nachgang niemand vermuten würde, wird man nicht drauf hingewiesen. Nahezu unsichtbar lassen sich die Komponenten an beliebigen Bauwerkskonstruktionen wie Beton, Stahl oder Holz anbringen und mit der Architektur vereinen.
  • Kostengünstigstes Sensorelemente
  • Hohe Belastbarkeit durch maximales Dehnvermögen (über 2%), das weit über das von Stahl- und Betonkonstruktionen hinausgeht.
  • Nahezu beliebige Anordnungs- und Verlegungsvarianten und mögliche Vernetzung nach etablierten Telekommunikationsstandards, auch unter Wassern.
  • Monitoring durch Multiplexer mittels kaskadierbarer optischer Umschalter
  • Einbau und Montage des Systems an später nicht mehr zugänglichen Stellen möglich, ja sogar erwünscht (prinzipiell ist das Sensorelement selbst wartungsfrei). Damit auch freigestellt von kostenintensiven Zugangsschächten und Begehbarkeiten für eventuelle Reparaturen.
  • Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Störfelder, Überspannung, Blitzschlag, Spannungsinduktion, Funkwellen und anderen umweltbedingten Störeinflüssen.
  • Ausfallsicher da keine elektronischen Elemente im Sensor verbaut sind. Angenehme Begleiterscheinung ist die gegebene Explosionssicherheit.
  • Höchste Qualitätssicherung der Messergebnisse über viele Jahrzehnte. Extern kalibrierbare Sensoren und Innovationsbereitschaft auf hohem technischen Niveau zur Verbesserung der Systeme verschiedenster Hersteller und Messdienstleister.

 

Die verteilte faseroptische Messung:

Messungen werden entlang der gesamten Faser durchgeführt, die Ortsauflösung ist hierbei von verschiedenen Parametern abhängig. Ein Messwert repräsentiert hierbei den integralen Wert über einen bestimmten Abschnitt der Faser der wiederum von der möglichen und gewählten Ortsauflösung bestimmt wird.

 

Die punktuelle faseroptische Messung:

Wellenlängen sensitive "Spiegel" (FBG's) werden an verschiedenen Stellen in eine Glasfaser mittels eines UV-Lasers eingeschrieben. Die Messungen erfolgen im Bereich dieser „Spiegel" oder auch „Gitter" genannt, in dem Veränderungen der Wellenlängen, die durch Umgebungseinflüsse wie Temperatur, Dehnung oder Vibrationen hervorgerufen werden, des eingestrahlten Lichts gemessen werden.

Bei diesem Messverfahren dient die eigentliche Glasfaser nur als Lichtleiter und Verbindung zwischen den einzelnen „Spiegelelementen".

Der Preis eines Braggitters beträgt gemessen an Menge oder Anforderungen des Messeinsatzes zwischen 40 und 160 EUR je Messpunkt. In Anbetracht der geringen Kosten für die Glasfaser selbst, von wenigen Cent je Meter, zeigt sich jetzt schon ein unerreichbarer Kostenvorteil, der wesentlich von der zukünftigen Akzeptanz der Innovationsbereitschaft und Ihrem Bedarf abhängig ist.

Glasfaser-Messsysteme im Überblick

 

 

 

Fazit:

Jetzt liegt es nur noch an Ihnen von den Vorteilen dieser Technologie zu partizipieren. Ob als Bauherr, der ein Jahrhundertbauwerk dauerhaft überwachen möchte, Entscheider die eine Notwendigkeit erkennen bestehende Bauwerke weitgreifend auf Veränderungen zu überwachen, das sich im Zyklus einer Revision befindet und weiter im vollen Umfang belastet werden soll, oder als Bauunternehmen um Instrumentierungskosten zu minimieren und das Ergebnis zu optimieren.

Als etabliertes Unternehmen im Bereich der Geo- und Baumesstechnik sehen wir uns in der Pflicht offen für innovative Messverfahren zu sein und diese im Markt zu etablieren. Gerade die faseroptischen Messverfahren, die an anderer Stelle schon erfolgreich eingesetzt werden, bieten in der Geotechnik, gerade in Kombination mit klassischer Messtechnik als Redundanz oder Ergänzung, die Möglichkeit Aufgabenstellungen zu meistern die bisherige Messsysteme an ihre Grenzen brachte.

Aktueller Stand: 01.10.2017

GGB Gesellschaft für Geomechanik und Baumeßtechnik mbH ▫ Leipziger Straße 14 ▫ 04571 Rötha OT Espenhain ▫ email. info@ggb.de ▫ tel. 034206 646 0

Die Fortsetzung einer Familiensaga von den Erfindern der Baumesstechnik bis in die dritte Generation
Unser Alleinstellungsmerkmal:
           Erfindergeist, Traditionsbewusstsein, Innovation, visionäres Unternehmertum und Kompetenz