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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.

Laptop mit Versuchssoftware während eines Versuches
Bild 2: DFOS-Messung im Baulabor Konstruktiver Ingenieurbau der Fachhochschule Potsdam mit einem Leihgerät der Hochschule Magdeburg-Stendal (h²). Der Testversuch dient der Erprobung von Messaufbau, Sensorapplikation und Datenauswertung. © Felix Zöllner
Projektzeitraum:
–
Typ:
Transferprojekt
Finanzierung:
Gefördert aus Mitteln der Europäischen Union im Rahmen des EFRE-Programms des Landes Brandenburg.

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.

Mit dem ersten Vorhaben wird eine eigenständig nutzbare DFOS-Grundinfrastruktur für Laboruntersuchungen, methodische Entwicklungen sowie anwendungsbezogene Forschungs- und Transferaufgaben aufgebaut. Das Messsystem soll insbesondere für Untersuchungen zur Bauwerkserhaltung, zur Bewertung bestehender Tragwerke und zum Bauen im Bestand eingesetzt werden. Es ermöglicht die kontinuierliche Erfassung von Dehnungs- und Zustandsverläufen an Bauteilen und Versuchskörpern. Ergänzend wird eine Ausstattung zur Herstellung, Konfektionierung, Prüfung und Reparatur eigener faseroptischer Sensoren aufgebaut. Die Infrastruktur soll wiederkehrend in Forschungsprojekten, kooperativen Entwicklungsvorhaben, Abschlussarbeiten und forschungsnahen Lehrformaten eingesetzt werden. Wissenschaftliche Mitarbeitende und Studierende erhalten dadurch die Möglichkeit, moderne digitale Mess- und Bewertungsverfahren praktisch anzuwenden und weiterzuentwickeln.

Projektdaten

  • Durchführungszeitraum: 28. August 2026 bis 30. September 2027
  • Förderung aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung: 59.547,24 Euro

Erwartete Ergebnisse

  • Aufbau eines hochauflösenden verteilten faseroptischen Grundmesssystems
  • Erweiterung der Untersuchungsmöglichkeiten für lokale Dehnungen und Rissprozesse
  • Aufbau eigener Kompetenzen zur Herstellung und Konfektionierung faseroptischer Sensoren
  • Stärkung der Verbindung von Forschung, Transfer und forschungsnaher Lehre
  • Verbesserung der messtechnischen Voraussetzungen für Untersuchungen an Bestandsbauwerken

Das zweite Vorhaben erweitert die Grundinfrastruktur für komplexere, mehrkanalige und reichweitenstärkere Messaufgaben. Damit sollen hochaufgelöste Messungen nicht nur im Labor, sondern auch unter realitätsnahen Bedingungen und bei Untersuchungen an bestehenden Bauteilen und Ingenieurbauwerken ermöglicht werden. Durch den parallelen Einsatz mehrerer Messkanäle können mechanische Dehnungen und Temperatureinflüsse getrennt erfasst und bei der Auswertung berücksichtigt werden. Dies ist insbesondere bei Messungen außerhalb kontrollierter Laborbedingungen von Bedeutung. Mögliche Anwendungsbereiche sind die Untersuchung von Rissbildung und Verbundverhalten, die Erfassung von Dehnungs- und Verformungsverteilungen sowie das Monitoring alternder Brücken und anderer Ingenieurbauwerke. Eine ergänzende digitale Dokumentations- und Auswertungsinfrastruktur unterstützt die räumliche und visuelle Erfassung der untersuchten Bauteile.

Projektdaten

  • Durchführungszeitraum: 28. August 2026 bis 30. September 2027
  • Förderung aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung: 57.774,60 Euro

Erwartete Ergebnisse

  • Erweiterung des DFOS-Systems auf mindestens zwei gleichzeitig nutzbare Messkanäle
  • Durchführung reichweitenstärkerer und temperaturkompensierter Messungen
  • Vorbereitung von Messanwendungen unter realitätsnahen Bedingungen
  • Verbesserung der Untersuchungsmöglichkeiten an Bestands- und Ingenieurbauwerken
  • Ausbau der digitalen Dokumentation und dreidimensionalen Auswertung
  • Stärkung kooperativer Forschungs- und Transferprojekte

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.