Beschleunigungssensoren aus dem low-cost Segment und Schlauchwaagen im Kontext des Infrastrukturmonitorings

Die Ausgangsituation sind Beschleunigungssensoren aus dem low-cost Segment sowie ein Schlauchwaagen Messsystem im Kontext des Infrastrukturmonitorings. Ein klassischer Ansatz zum langfristigem, festinstallierten Monitoring von Infrastruktur, wie z. B Straßenbrücken, ist der Einsatz von Schlauchwaagen Messsystemen zur Bestimmung von verkehrs- und umgebungsbedingten Vertikalbewegungen der Brücke. Der Einsatz von Beschleunigungssensoren aus dem low-cost Segment in Kombination mit etablierter Sensorik zum Infrastrukturmonitoring ist ein hochaktuelles Forschungsthema. Die low-cost Beschleunigungssensoren können dabei einer langfristigen Überwachung des Bauwerkes dienen und mit hochwertigen, präzisen Sensoren ergänzt werden, so dass deren Einsatz in materieller und auswertetechnischer Sicht optimiert werden kann.

Um die Kombination der beiden Sensorsysteme zu untersuchen, wurde ein Versuchsstand für einen Laborversuch entwickelt, bei dem ein Stahlbalken eine Brücke darstellt, die durch eine Belastung in vertikaler Richtung verformt wird.
Außerdem wurde ein Algorithmus in Matlab entwickelt, der die Datenerfassung, Datenverarbeitung und die Datenfusion umfasste. Die Datenfusion erfolgte mihilfe eines Kalman-Filters.
Herausforderungen lagen in der zweifachen numerischen Integration der Beschleunigungsdaten und der Filterung Ihres Rauschens, in der Konzeption des Kalman-Filters, sowie in der Abfrage und Abspeicherung der einzelnen Sensoren.

Der Algorithmus und das kombinierte Sensorsystem wurden am Versuchsstand getestet. Dazu wurden Versuchreihen mit unterschiedlichen Belastungsstufen und Sensorkonfigurationen gefahren. Ziel war es, die Anzahl der kostenintensiven Schlauchwaagengefäße zu minimieren.

Anhand der Versuche wurde eine prinzipielle Machbarkeit demonsriert. Gleichzeitig wurde der Algorithmus und die Versuchsreihen im Hinblick auf die Übertragbarkeit auf ein reales Bauwerk diskutiert und bewertet. Als Abschluss wurde eine Vorgehensweise für die Weiterentwickung eines kombinierten Messsystems gegeben.