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.

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.

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.

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.

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: