Sensoren auf der Basis des akusto-elastischen Effektes gestatten eine kostengünstige Überwachung von Betonbauwerken. Die Sensoren können sowohl nachträglich als auch bei der Errichtung der Bauwerke eingebracht werden. Neben lokalen Spannungszuständen und deren Veränderung über einen längeren Zeitraum hinweg, können dynamische Einflüsse, wie Verkehrsbelastung oder Schockwellen durch Impakte mit der hohen Auflösung erfasst werden. Standardmäßig können die Sensoren in Datennetzstrukturen wie Ethernet oder WLAN betrieben werden. Der Anschluss kann über handelsübliche Router erfolgen. Eine kompakte Sensorelektronik in IP67 arbeitet mit konfektionierten Sensoren für Kompression und Dehnung. Die Sensoren zur Stress-bzw. mechanischen Spannungsmessung sind passive Sensoren mit fest montierten Anschlusskabel. Der Anschluss an die Sensorelektronik erfolgt über wasserdichte RJ-45 Verbinder. Im Sensor befindet sich ein aktiver Temperatursensor. Die Sensoren besitzen eine Kennung. Diese Identnummer ist für jeden Sensor individuell festgelegt. Zusätzlich kann über die Vergabe der ISP-Nummer eine Messstellenzuordnung erfolgen.

1. Online, inline und insitu Messung der
Spannungsverteilung in Beton
F.-M. Jäger
fmj@ibj-technology.com
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 1Messen in der Geotechnik 2018

2. Spannungsmessung mit Ultraschall
Auswahl kommerzieller Geräte
zur Schraubenspannungsmes-
sung (Klemmkraft):
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 2Messen in der Geotechnik 2018
Vorteile:
grafische Darstellung (Oszilloskop)
einstellbare Verstärkung
Auswahl der Flanke
großer Speicherbereich (Anzahl)
PC Programme zur Auswertung
Nachteile:
keine Temperaturmessung im Messobjekt
keine Erkennung der Messstellennummer (ID)
keine Dauermessung
fehlende online Datenausgabe (ASCII String)
keine Anbindung an LAN, WLAN, Cloud
Bewertung zur Brauchbarkeit für Spannungsmessungen in Beton:
Prinzip: Messung der Laufzeit eine Ultraschallimpulses
Maßgebliche Einflussgröße ist die Wirkung der mechanischen Spannung auf die Geschwindigkeit der
Schallwelle Änderung der Temperatur bewirkt Änderung der Geschwindigkeit
Einfache Berechnung mit einem System linearer Gleichungen

3. Anforderungen an ein Messsystem zur
Spannungsmessung mit Ultraschall in Beton
Ideal wäre: Zu den genannten Vorteilen kommerzieller Geräte kommen die Eigenschaften:
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 3Messen in der Geotechnik 2018
Temperaturmessung im Messobjekt
Erkennung der Messstellennummer (ID)
Dauermessung
Hohe Messrate für dynamische Messungen
online Datenausgabe (ASCII String), RS485
Anbindung an LAN, WLAN, Cloud
Prototyp eines Sensors zur Spannungsmessungen in Beton:
Integrierter Temperaturfühler
Sensor ID
Sensor
Messumformer

4. Entwicklung und Modifizierung der Sensoren
Sensor BBS_10_DS:
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 4Messen in der Geotechnik 2018
A Sensorkabel: Koaxialkabel max. Länge 30 m
B Sensorkabel: RJ45 Cat 6 max. Länge ca. 3 m
C Sensorgehäuse Carbongewebe/Epoxy

5. Testung der Sensoren
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 5Messen in der Geotechnik 2018
Messequipment

6. Testung der Sensoren
Data Aquisition System DASYLab 9
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 6Messen in der Geotechnik 2018
24 Bit AD-Wandler/Wägezelle Laufzeit Sensor Sigma soll/Sigma mess
Sigma soll

7. Temperaturabhängigkeit der Laufzeit
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 7Messen in der Geotechnik 2018
Thermische Faktor KT der Laufzeit KT = 0,94684 ns°/C
24 Bit AD-Wandler/Wägezelle Lauzeit Sensor
Sigma soll/Sigma mess

8. Spannungsabhängigkeit der
longitudinalen Geschwindigkeit
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 8Messen in der Geotechnik 2018
Akusto-elastischer Faktor Ks der Laufzeit Ks = 4,485 Mpa/ns
für das gewählte Material und Sensordicke

9. Praktische Anwendung
Nachrüstung in ein bestehendes Bauwerk ( BW 79 BAB 9 )
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 9Messen in der Geotechnik 2018

10. Praktische Anwendung
Einbau von 27 Sensoren Richtungsfahrbahn München-Berlin
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 110Messen in der Geotechnik 2018
⇒

11. Praktische Anwendung
Lagerreihe Richtung Ost / Richtungsfahrbahn München-Berlin
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 11Messen in der Geotechnik 2018

12. Praktische Anwendung
Einbausituation der Sensoren unter der Lagerreihe
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 12Messen in der Geotechnik 2018
Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3
° ° °

13. Praktische Anwendung
Vorbereitetes Loch für den Sensor unter dem Lager
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 13Messen in der Geotechnik 2018

14. Praktische Anwendung
Größenvergleich mit Gliedermaßstab
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 14Messen in der Geotechnik 2018

15. Praktische Anwendung
Sensor eingelegt
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 15Messen in der Geotechnik 2018

16. Praktische Anwendung
Sensor im Mörtel
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 16Messen in der Geotechnik 2018

17. Praktische Anwendung
Elastomerlager eingesetzt
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 17Messen in der Geotechnik 2018

18. Praktische Anwendung
Schutzgehäuse für Sensorstecker
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 18Messen in der Geotechnik 2018

19. Praktische Anwendung
Sensorreihe Richtung West
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 19Messen in der Geotechnik 2018

20. Praktische Anwendung
Messequipment
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 20Messen in der Geotechnik 2018
DASYLab 9 Virtual Instrument für Laufzeit,
Sigma,
Temperatur,
Sensor-ID

21. Messergebnisse
Lagerkraftverteilung
Lagernummer 1 befindet sich westlich (Autobahnmitte), die Lagernummer 27
befindet sich östlich (Standstreifen)
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 21Messen in der Geotechnik 2018
0,000
10,000
20,000
30,000
40,000
50,000
60,000
70,000
80,000
90,000
100,000
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27
MPa
Lagernummer
Lagerkraftverteilung
Mittelstreifen I Fahrstreifen 3 I Fahrstreifen 2 I Fahrstreifen 1 I Standstreifen
Sigma

22. Messergebnisse
Ohne Temperatursensorsensor
ergäbe sich bei 3,5°C daraus ein
Delta Sigma von ca. 14,8 Mpa
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 22Messen in der Geotechnik 2018
0
5
10
15
20
25
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27
°C
Lagernummer
Temperaturverteilung der 0-Messung
19
20
21
22
23
24
25
26
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27
°C
Lagernummer
Temperaturverteilung Lastmessung
Sonneneinstrahlung
Akusto-elastischer Faktor Ks der Laufzeit
Ks = 4,485 Mpa/ns
Thermische Faktor KT der Laufzeit
KT = 0,94684 ns°/C
Mittelstreifen I Fahrstreifen 3 I Fahrstreifen 2 I Fahrstreifen 1 I Standstreifen
Mittelstreifen I Fahrstreifen 3 I Fahrstreifen 2 I Fahrstreifen 1 I Standstreifen
TemperaturTemperatur

23. Messergebnisse
Dynamisches Verhalten Lager 20
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 23Messen in der Geotechnik 2018

24. Messergebnisse
Dynamisches Verhalten Lager 20, Zeitauflösung 60 Sekunden
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 23Messen in der Geotechnik 2018
h :m in :s
13 :36 :00 13 :36 :10 13 :36 :20 13 :36 :30 13 :36 :40 13 :36 :50 13 :37 :00
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
S ch re ibe r0
Sigma Mpa

25. Praktische Anwendung Neubau
Bauwerk 13U Lückenschluss A14 (Fledermausquerungshilfe)
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger
25Messen in der Geotechnik 2018

26. Praktische Anwendung Neubau
Einbau der 5 Sensoren pro Lager
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 26Messen in der Geotechnik 2018

27. Praktische Anwendung Neubau
Einbau der 5 Sensoren pro Lager
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 27Messen in der Geotechnik 2018

28. Praktische Anwendung Neubau
Einbau der 5 Sensoren pro Lager ( 4 Eckpunkte 1 Zentrum)
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 28Messen in der Geotechnik 2018

29. Praktische Anwendung Neubau
Einbau Sensor Ecklage
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 29Messen in der Geotechnik 2018

30. Praktische Anwendung Neubau
Einbau Sensor Ecklage
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 30Messen in der Geotechnik 2018

31. Praktische Anwendung Neubau
Einbausituation Außenpfeiler
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 31Messen in der Geotechnik 2018

32. Praktische Anwendung Neubau
Einbausituation Außenpfeiler
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 32Messen in der Geotechnik 2018

33. Praktische Anwendung Neubau
Lager 5
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 33Messen in der Geotechnik 2018
Lager 5
Einbaulage der
Sensoren
Einbaulage der Sensoren in den Außenpfeilern

34. Messung Neubau
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 34Messen in der Geotechnik 2018
Messung mit TDC

35. Messung Neubau
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 35Messen in der Geotechnik 2018
Messung mit BG80DL (Elcometer)
Adapter Sensorkabel auf BG80DL und
Temperaturmessung

36. Messung Neubau
Lastverteilung unter den Lagerplatten nach Absenken
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 36Messen in der Geotechnik 2018
BG80
TDC

37. Vergleichsmessung
Vergleichsmessungen mit BG80 (Elcometer) und TDC bei der MFPA
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 37Messen in der Geotechnik 2018

38. Vergleichsmessung
Sensor mit planen Lasteinleitungsflächen aus Carbon
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 38Messen in der Geotechnik 2018
Sensor mit Lochblechen zum
Ausgleich der Nietköpfe
Alter Aufbau bei Versuchen an der MFPA
Neuentwicklung ; Messkörper in
Epoxy mit Carbonflächen
Vermeidung von Federeffekten durch
Bleche

39. Neuentwicklung Messumformer
Modularer Aufbau des Messumformers
Bestückung je nach Option
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 39Messen in der Geotechnik 2018

40. Neuentwicklung Messumformer
Messumformer Minimalversion
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 40Messen in der Geotechnik 2018

41. Neuentwicklung Messumformer
Sensoranschluss Messumfomer
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 41Messen in der Geotechnik 2018
Wasserdichte Buchse (IP67)
RJ45 für den Sensor

42. Neuentwicklung Messumformer
Messumformer mit allen Optionen
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 42Messen in der Geotechnik 2018
Technische Daten:
10 000 Messungen/Sekunde
(40 000 /s getestet)
Interne Mittelung über 256 Einzelmess.
Datenausgabe ca. 40
Datensätze/Sekunde
Temperaturmessung 12 Bit Aufl.
(0,0625°C)
Betriebsspannung 5 V -27 V DC
Stromverbrauch 300 mA /bei 10000
Messungen/Sekunde
Schnittstellen: RS485, LAN
WLAN, Bluetooth, Funk
USB, SPI
Messprogrammänderungen über
Bootloader möglich

43. Weitere denkbare Anwendungen
Staudammüberwachung / Messumformer-Elektronik
im Schutzrohr
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 43Messen in der Geotechnik 2018
Fundamentüberwachung von Windkraftwerken
Neue Module für LAN und WLAN können die Lösung mit Multiplexer günstig ersetzen

44. Virtuelle Instrumente und
Datennutzung in der Cloud
Daten über WLAN / Bluetooth (30 m Reichweite)
Berechnung im Endgerät
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 44Messen in der Geotechnik 2018
Lösung für Inspektion Lösung für Archivierung und Analyse
Bereitstellung für unterschiedliche Nutzer
Für Windows Berechnung mit
DASYLab vorhanden
Für Android o. IOS
Apps müssen erstellt werden
Daten über WLAN / LAN mit Router in die Cloud
Berechnung und Speicherung in der Cloud

45. Verfügbarkeit Sensoren und
Messumformer
IBJ Technology
Ingenieurbüro Jäger 45Messen in der Geotechnik 2018
Sensor Variante B begrenzte Stückzahl
sofort
Andere Sensoren 6 - 8 Wochen
100 Stück / Woche
Messumformer alle Optionen 6 - 8 Wochen
Plane Flächen