Neue DFOS-Infrastruktur für Forschung und Transfer im Bauingenieurwesen
Die Fachhochschule Potsdam baut ihre messtechnische Forschungsinfrastruktur im Bauingenieurwesen aus. Mit einer neuen Infrastruktur für Distributed Fiber Optic Sensing (DFOS) können Dehnungen und Temperaturveränderungen künftig kontinuierlich entlang optischer Fasern erfasst werden.
Im Gegensatz zu einzelnen punktförmigen Sensoren ermöglicht die Messtechnik eine hochaufgelöste Erfassung vollständiger Messstrecken. Dadurch können beispielsweise lokale Dehnungsänderungen, Rissentstehung und Rissausbreitung sowie weitere Zustandsveränderungen an Bauteilen und Tragstrukturen detailliert untersucht werden. Die kontinuierliche Erfassung entlang der Sensorfaser ist ein wesentlicher Vorteil verteilter faseroptischer Messverfahren.
Erster Testversuch zur methodischen Vorbereitung
Noch vor der Inbetriebnahme (aktuell in Beschaffung) der neu geförderten Infrastruktur werden am Baulabor Konstruktiver Ingenieurbau der Fachhochschule Potsdam erste Versuche zur Anwendung und Auswertung der DFOS-Messtechnik durchgeführt.
In einem ersten beispielhaften Zugversuch wurde die zentrische Dehnung eines Holzprofilstabs entlang einer aufgebrachten optischen Messfaser erfasst (Bild 1). Für den Versuch stellte die Hochschule Magdeburg-Stendal (h²) freundlicherweise ihr DFOS-Messgerät als Leihgerät zur Verfügung (Bild 2, ganz oben).
Der Versuch dient insbesondere dazu, den Messaufbau, die Applikation der Sensorfaser sowie die Verarbeitung und Auswertung der hochaufgelösten Messdaten zu erproben. Neben der Betrachtung der Rohdaten wurden Verfahren zur Filterung und Aufbereitung der Messsignale getestet und die Ergebnisse mit konventionellen Referenzmessgrößen verglichen. Ein beispielhafter zeitlicher Verlauf der Messdaten einschließlich der einzelnen Schritte der Signalaufbereitung ist in Bild 3 dargestellt.
Ein wesentlicher Vorteil der DFOS-Messtechnik besteht darin, dass die Dehnung nicht nur an einzelnen Messpunkten, sondern räumlich aufgelöst entlang der optischen Faser erfasst werden kann. Bild 4 zeigt hierzu beispielhaft ein Dehnungsprofil entlang der Messfaser zu einem ausgewählten Zeitpunkt und stellt Rohdaten und die aufbereitete Messkurve gegenüber.
Die gewonnenen Erfahrungen dienen unter anderem der Vorbereitung weiterführender Untersuchungen im Forschungsprojekt ERIMA. Dort soll die DFOS-Messtechnik perspektivisch zur Untersuchung des Verbundverhaltens zwischen Holzankern und Lehm eingesetzt werden. Insbesondere die räumlich kontinuierliche Erfassung der Dehnungsverteilung bietet hierfür die Möglichkeit, Lastübertragung und lokale Veränderungen innerhalb der Verbundzone differenziert zu untersuchen.
Die ersten Ergebnisse zeigen zugleich die Anforderungen an die weitere methodische Entwicklung: Neben der eigentlichen Messung spielen insbesondere Sensorapplikation, Referenzierung, Datenaufbereitung und die Bewertung lokaler Messartefakte eine wichtige Rolle.
Zwei Vorhaben für eine gemeinsame DFOS-Infrastruktur
Die Investition erfolgt im Rahmen zweier inhaltlich miteinander verbundener Vorhaben.
Beitrag zu Nachhaltigkeit und Wissenstransfer
Beide Vorhaben unterstützen die digitale und ressourcenschonende Weiterentwicklung des Bauingenieurwesens. Genauere Informationen über das tatsächliche Trag- und Verformungsverhalten bestehender Strukturen können dazu beitragen, Erhaltungs-, Instandsetzungs- und Sanierungsmaßnahmen fundierter zu planen und vorhandene Bauwerke möglichst lange weiter zu nutzen.
Die neue Infrastruktur stärkt zugleich den Wissens- und Technologietransfer zwischen Hochschule, Forschungseinrichtungen, öffentlichen Akteuren und Praxispartnern. Forschung, Digitalisierung, Nachhaltigkeit und anwendungsbezogene Erprobung sind auch zentrale Themen der Regionalen Innovationsstrategie des Landes Brandenburg.