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Erschütterungsmessgeräte für das Bauwesen:

MEMS vs. Geophon

     

Die MEMS-Technologie gilt bei der Erschütterungsüberwachung als minderwertig, im Gegensatz zu den angeblich präziseren Messwerten von Sensoren mit Geophontechnologie. Einige behaupten, dass die Messungen von Geophonen bei niedrigen Frequenzen genauer sind, während andere behaupten, bei hohen Frequenzen Unterschiede zu erkennen. Dies ist einfach nicht wahr. Solche Diskrepanzen mag es in der Vergangenheit gegeben haben, aber die MEMS-Technologie hat sich erheblich weiterentwickelt, und ihre Leistung ist jetzt gleichwertig mit der von Geophonen oder übertrifft diese sogar. Die MEMS-Technologie übertrifft Geophone in vielerlei Hinsicht. Aufgrund des geringen Gewichts, der kompakten Größe und der Tatsache, dass die MEMS-Technologie nicht nivelliert werden muss, bietet sie eine fantastische Grundlage für die Entwicklung unglaublich einfach zu bedienender Erschütterungsmessgeräte.

     
Erschütterungsmessgeräte für das Bauwesen:

MEMS vs. Geophon

Viele Jahre lang basierten die Erschütterungsmessgeräte im Bausektor überwiegend auf der Geophontechnologie. In den letzten Jahren hat die Einführung von MEMS-basierten Sensoren die Branche revolutioniert. Allmählich geht man dazu über, diese kompakten und benutzerfreundlichen Geräte auf der Grundlage der MEMS-Technologie einzusetzen. In einigen Fällen werden jedoch nach wie vor Geophone bevorzugt, und die Verwendung von MEMS-basierten Sensoren im Bauwesen ist verpönt oder wird abgelehnt. In diesem Artikel widerlegen wir diese "allgemeinen Überzeugungen" und präsentieren Beweise aus einer niederländischen wissenschaftlichen Forschungsarbeit, in der MEMS-Erschütterungsmessgeräte und Geophone verglichen werden.

"MEMS-Sensoren werden Geophone verdrängen".
Martijn van Delft
Martijn van Delft

Monitoring-Spezialist
Allnamics Pile Testing Experts BV

    
MEMS vs. Geophon

Die Entwicklung der Erschütterungsmessgeräte

Die Erschütterungsüberwachung ist ein sich schnell entwickelndes Gebiet, und ihre Entwicklung in den Niederlanden ist besonders bemerkenswert. Da ein niederländischer Überwachungsspezialist den Forschungsartikel über den niederländischen Markt verfasst hat, werden wir untersuchen, wie sich Erschütterungsüberwachungssysteme im Laufe der Zeit weiterentwickelt haben, um speziell den Bedürfnissen niederländischer Unternehmen gerecht zu werden.

Die ersten

Die ersten Geräte zur Erschütterungsüberwachung  unterschieden sich erheblich von den heute verfügbaren. In der Vergangenheit war die Erschütterungsmessung keine einfache Aufgabe. Man musste separate Beschleunigungssensoren mit Ladungsverstärkern verbinden und diese dann an einen Analysator oder eine AD-Karte eines Computers anschließen. Die Messungen erfolgten über mehrere Sekunden, bevor die Daten schließlich mit Hilfe einer speziellen Software gespeichert und angezeigt wurden.

Die ersten
1992

1992 ermöglichte ein neu eingeführtes VM-System (IFCO) kontinuierliche Messungen. Es wurde als bedeutende Modernisierung angesehen, aber das Gerät war ziemlich groß und bestand aus einem Messkopf mit drei Geophonen und einem Logger.

1992
Zwischen 1995 und 2016

Zwischen 1995 und 2016 kamen verbesserte Erschütterungsmessgeräte auf den Markt. Es wurden Lösungen mit externen Modems für die Fernablesung, Geräte mit eingebauten Modems, die für alle SBR-Richtlinien geeignet sind, oder Erschütterungsmesssensoren mit integrierten Modems und Software für die Live-Überwachung und automatische Berichterstattung eingeführt.

Zwischen 1995 und 2016
In den letzten Jahren

In den letzten Jahren haben MEMS-basierte Sensoren, wie der SWARM von Omnidots, erfolgreich den Markt für die Erschütterungsmessung im Bauwesen erobert. Durch die Nutzung der MEMS-Technologie sind Erschütterungsmessgeräte heute zugänglicher denn je - sie sind einfach zu installieren, leicht und kleiner. Darüber hinaus tendieren die Anwender oft zu voll integrierten SaaS-basierten Überwachungslösungen mit Messgeräten und einer stabilen, ständig zugänglichen Cloud-basierten Plattform.

In den letzten Jahren
    
MEMS vs. Geophon

MEMS-Sensoren in der Erschütterungsüberwachung

MEMS ist eine Abkürzung für "mikroelektromechanische Systeme". Die MEMS-Technologie ermöglicht die Herstellung von mikroskopisch kleinen Geräten wie z. B. Sensoren. Diese Technologie wird in verschiedenen Bereichen eingesetzt, von der Luftfahrt über die Automobil- bis hin zur pharmazeutischen Industrie. Die MEMS-Technologie hat den Sensormarkt revolutioniert. Die auf Siliziumchips hergestellten Miniaturgeräte sind äußerst zuverlässig und reaktionsschnell.

Mythen über die MEMS-Technologie

Im Bereich der Erschütterungsüberwachung wird manchmal noch geglaubt, dass MEMS-basierte Sensoren den Geophonen unterlegen sind. Manche behaupten, dass die Messungen von MEMS bei niedrigen Erschütterungspegeln nicht so präzise sind wie die von Geophonen und dass MEMS im Vergleich zu Geophonen sehr hohe Erschütterungspegel bei hohen Frequenzen registrieren.

Dies ist einfach nicht wahr. Solche Diskrepanzen mag es in der Vergangenheit gegeben haben, aber MEMS-basierte Sensoren haben sich seither erheblich weiterentwickelt, und ihre heutige Leistung ist der von Geophonen gleichwertig. MEMS-basierte Sensoren übertreffen Geophone in vielerlei Hinsicht. Aufgrund des geringen Gewichts, der kompakten Größe und der Tatsache, dass die MEMS-Technologie nicht nivelliert werden muss, bietet sie eine fantastische Grundlage für die Entwicklung unglaublich einfach zu bedienender Erschütterungsmessgeräte. Im Gegensatz dazu ist die Installation von Geophonen oft mit komplizierten Verfahren und mühsamen Schulungen verbunden, sodass sie für einen Nichtfachmann kaum durchführbar ist.

“Es ist wichtig, dass der von Ihnen gewählte Sensor für die Tätigkeit und die spezifische Situation Ihres Projekts geeignet ist. ”

    
MEMS vs. Geophon

Anforderungen und Leitlinien für Erschütterungsmessgeräte

Einige Erschütterungsmessgeräte sind speziell für die Erschütterungsmessung im Baugewerbe konzipiert. Andere haben einen anderen Schwerpunkt (z. B. die Überwachung des Maschinenzustands) und sind weniger oder gar nicht für die Bauumgebung geeignet. Es ist daher entscheidend, dass der von Ihnen gewählte Sensor für die Tätigkeit und die spezifische Situation Ihres Projekts geeignet ist. Es gibt keine Einheitslösung für alle. Geräte zur Überwachung von Erschütterungen im Bauwesen sind so konzipiert, dass sie bestimmte Vorschriften einhalten. Erschütterungslimits sind kaum jemals gesetzlich festgelegt; sie werden im Allgemeinen durch Vorschriften, Richtlinien, Industrienormen und Spezifikationen bestimmt. Oft sind sie von Land zu Land oder sogar von Staat zu Staat unterschiedlich. In Deutschland wird viel mit der DIN 4150 und DIN 45669 gearbeitet.

Für diesen Artikel wird die niederländische Norm SBR-A ausgewertet, die auf der DIN 4150 basiert. SBR-A enthält die folgenden Anforderungen: 

Erschütterungsmessgeräte müssen in der Lage sein, Geschwindigkeiten zwischen 0,2 mm/s und 50 mm/s über den gesamten Frequenzbereich von 1 bis 100 Hz zu erfassen. Bei Beschleunigungsaufnehmern müssen diese Werte zwischen 1 mm/s2 und 30 m/s2 liegen.

Diese Norm lässt eine Genauigkeit von 10 % (entspricht 1 dB) über den gesamten Frequenzbereich zu. Ein Sensor ist zugelassen, wenn er diesen Parametern entspricht.

   
MEMS vs. Geophon

MEMS Forschung von Martijn van Delft & Carel Ostendorf

Im Jahr 2018 setzten Martijn van Delft (Allnamics) und Carel Ostendorf (Cauberg-Huygen) der Skepsis gegenüber der Verwendung von MEMS zur Überwachung von Erschütterungen im Bauwesen ein Ende. Die Erschütterungsmessgeräte Axilog II, Vibra, Infra C22 (Geophontechnologie) und SWARM (MEMS-Technologie) wurden bei der Messung von zwei Arten von Erschütterungen verglichen:

Die wiederholte kurze Periode von Rammvibrationen
SWARM-iconsize
Die wiederholten kurzen Vibrationen (ganze Serien von Rammstößen)
Ausvibrieren einer Spundwand
SWARM-iconsize
Dauervibrationen (Ausvibrieren einer Spundwand)
Close-up der Messgeräte
Ausvibrieren einer Spundwand 2
SWARM-iconsize
Dauervibrationen (Ausvibrieren einer Spundwand)
Übersicht der Baustelle
    
MEMS vs. Geophon

Schlußfolgerungen

Wir hoffen, dass dieser Artikel dazu beigetragen hat, Ihre Zweifel an der Verwendung von MEMS-basierten Sensoren zur Überwachung von Erschütterungen im Bauwesen zu zerstreuen. Wie in der Forschungsarbeit bewiesen, liefern MEMS-basierte Sensoren ebenso zuverlässige Daten wie Geophone bei der Messung von Erschütterungen. Sie haben jedoch eindeutige Vorteile gegenüber Geophonen, wie z. B. die einfache Anwendung, geringere Kosten und Zeitersparnis. Wir glauben, dass MEMS-basierte Sensoren die Zukunft der Erschütterungsüberwachung sind.

    
MEMS vs. Geophon

Wann sollten MEMS-basierte Erschütterungsmessgeräte eingesetzt werden?

MEMS-basierte Sensoren eignen sich für Bauarbeiten und Lärmbelästigung, für die Überwachung des baulichen Zustands und für die Verkehrsüberwachung. Sie funktionieren besonders gut in Projekten, bei denen:  

  • Sie von der Fernüberwachung profitieren möchten
  • Weniger erfahrene Personen ein Erschütterungsmessgerät installieren 

  • Echtzeiteinblicke und Fernzugriff entscheidend sind

"Mit der gleichen Anzahl von Mitarbeitern und in der gleichen Zeit können wir jetzt drei- oder viermal so viele Messgeräte installieren wie mit den älteren Systemen." 

- Tom Smits, Quattro Expertise 

Benötigen Sie Erschütterungsmessgeräte für Ihr nächstes Projekt? Wir beantworten gerne alle Fragen, die Sie zu diesem Thema haben.

Beitragende:

Martijn van Delft

Martijn van Delft

Monitoring-Spezialist
Allnamics Pile Testing Experts BV

Quellen:

1)  Der Markt für Erschütterungsmessung ist in Bewegung [Niederländisch] von Martijn van Delft & Carel Ostendorf.
 
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