Diese Sensoren verraten Einbrecher und melden Schäden an Brücken
Nicht mit Kameras, sondern mit Sensorkabeln wollen Ingenieure aus Saarbrücken Einbrechern auf die Spur kommen. Die Sensoren sind so empfindlich, dass sie sogar Drohnen erfassen, die über sie hinweg fliegen. Oder Autos, die über sie hinweg fahren – inklusive Fahrtrichtung. Wie das funktioniert?
Das Sensorkabel, das die Forschergruppe von Professor Uwe Hartmann entwickelt hat, erfasst einige Meter um sich herum alles, was das Erdmagnetfeld ändert. Der Sensor liegt normalerweise flach auf dem Kabel.
Foto: Oliver Dietze
Das Sensorkabel erfasst kleinste Veränderungen des Magnetfeldes, kann diese lokalisieren und weitermelden. So registriert das Sensorkabel einige Meter um sich herum alles, was das Erdmagnetfeld in irgendeiner Weise beeinflusst. An Zäunen angebracht kann es erkennen, ob nur der Wind an den Maschen rüttelt oder ein Bolzenschneider eingesetzt wird.
Im Straßenbelag verlegt nimmt das Sensorkabel wahr, in welche Richtung Autos fahren und unterscheidet sie von Lastwagen. Sogar Drohnen, die in mehreren Metern Höhe das Kabel überfliegen, bemerkt es – ebenso wie den Reißverschluss oder das Handy eines Passanten.
Messwerte werden an Mikrocontroller weitergegeben
Bis aus dem Sensorkabel ein so feinfühliges Gerät geworden ist, hat es einige Zeit gedauert. Projektleiter Professor Uwe Hartmann: „Wir haben die Magnetfeld-Sensoren in den vergangenen Jahren kontinuierlich weiterentwickelt und immer sensibler und selektiver gemacht.“
Das dünne Kabel mit Magnetfeldsensoren kann leicht an Zaunanlagen installiert werden. Es meldet nicht nur, wenn ein Zaun überstiegen oder beschädigt wird. Sogar darüber fliegende Drohnen kann das Kabel entdecken und melden. Im Bild auf dem Saarbrücker Campus führten (v.l.) Professor Uwe Hartmann, Dr. Uwe Schmitt und Dr. Haibin Gao Langzeitmessungen durch.
Quelle: Oliver Dietze/Universität des Saarlandes
Die kleinen Messfühler, die die Forscher wie Perlen an einer Schnur in einem dünnen Kabel miteinander verbinden, sind untereinander vernetzt. Ihre Messwerte melden sie an einen Mikrocontroller, also an ein Ein-Chip-Computersystem, der die Daten weiterverarbeitet. Dabei unterscheiden sich die Signalmuster je nach Art der Störung. Und die haben die Sensoren in zahlreichen Versuchsreihen kennen- und unterscheiden gelernt.
Fehlalarme werden aussortiert
So wurden verschiedene Arten von Änderungen des Magnetfelds und von Erschütterungen simuliert und den jeweiligen Ursachen zugeordnet. Mit diesen Informationen wurde das System gefüttert. Die Physiker haben hierzu Datenmuster mathematisch modelliert und die Auswerteeinheit wie die Sensoren immer detailreicher programmiert und verfeinert. „Jetzt erkennt das System typische Muster, ordnet sie selbstständig Störungen zu und sortiert Fehlalarme aus“, erklärt Hartmann.
Industriepartner gesucht
Hartmann und seine Forschergruppe sehen viele Anwendungsmöglichkeiten für das von ihnen entwickelte Kabel: An Flughäfen, U-Bahnen, Bahnhöfen oder Parkhäusern ermöglicht es neue Verkehrsleitsysteme. Dort wird das Sensorkabel auch schon eingesetzt.
Dass es den Ort der Störung genau anzeigt, macht es aber auch für große zu überwachende Gelände wie Privatgrundstücke, Kernkraftwerke oder Industrieanlangen interessant. „Wir können es sehr flexibel an verschiedenste Anforderungen anpassen“, erklärt der promovierte Physiker Haibin Gao, der in Hartmanns Team an der neuen Sensortechnik forscht. Für entsprechende Serienanfertigungen suchen die Wissenschaftler der Universität des Saarlands noch Industriepartner, die diese übernehmen.
Daten werden nicht gespeichert, sondern weitergeleitet
Nach Angaben der Forscher benötigt das Sensorkabel nicht viel Strom und könnte auch mit Solarenergie betrieben werden. Zudem sollen die Sensoren nahezu verschleißfrei und witterungsbeständig sein. Regen, Nebel oder Schnee kann ihnen nichts anhaben.
Auch gegen Hacker ist das System gefeit, betonen die Entwickler. Denn es speichert keine Daten oder sonstige Informationen. Nachrichten können etwa via Bluetooth aufs Smartphone oder Tablet geschickt werden. An derEntwicklung beteiligte Partner waren die Firma Sensitec mit Sitz in Mainz und Lahnau, das Unternehmen Listec mit Sitz in Isen und GBA-Panek aus Kahla.
Auf der Hannover Messe vom 24. bis 28. April demonstriert das Team von Professor Uwe Hartmann sein Verfahren.
RFID-Sensoren für sichere Brücken und Bauwerke
Dort zeigt auch die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), wie so genannte RFID-Sensoren (Radio Frequency Identification ) die kontinuierliche Zustandsüberwachung von Brücken und anderen Bauwerken in Zukunft entscheidend verbessern können.
RFID-Sensoren lassen sich drahtlos auslesen, wie dieser Prototyp in einer Stahlbetonschalung zeigt.
Quelle: BAM
Beim Projekt KonSens geht es um einbetonierte Sensoren, die messen, welche Feuchtigkeit im Stahlbetonbauteil herrscht, welche Temperatur und auch, wie stark der Sanierungsbedarf durch Korrosionsschäden ist.
Keine Batterien dank RFID
Das Besondere: Die RFID-Technologie kann nicht nur Daten übertragen, sondern auch Energie. Das Messen und Auslesen des Sensors wird ausschließlich mit der Energie des vom Handlesegerät des Kontrolleurs erzeugten elektromagnetischen Feldes durchgeführt. Nur so macht die Technik auch Sinn, da sich eine einbetonierte Batterie nach Entladung nicht einfach austauschen lässt. „Solche dauerhaft eingebettete Sensorik kann über die gesamte Lebensdauer eines Bauwerks in der Bausubstanz bleiben“, so Projektleiter Dr. Matthias Bartholmai.
Mit vorbeifahrenden Autos die Messdaten leichter auslesen
Erste Sensoren wurden innerhalb des KonSens-Projektes bereits in einer Testbrücke eingebaut. In einem Szenario prüft die BAM, ob an vorbeifahrenden Autos angebrachte Messgeräte die Sensoren auslesen können. So könnten Kontrolleure möglicherweise die Arbeit ohne Einschränkungen des Straßenverkehrs ausführen.
Lawinenabgang am Galtiberg in der Schweiz: Bochumer Ingenieure der Ruhr-Universität haben einen Sensor entwickelt, der detaillierte Daten aus dem Inneren einer zu Tal donnernden Lawine liefern kann.
Quelle: B. Barmettler/WSL-Institut für Schnee- und Lawinenforschung SLF
Ingenieure am Institut für Integrierte Produktion in Hannover (IPH) entwickeln Sensoren, die mitten in riesige Schiffsgetriebe eingesetzt werden sollen und dort deren Verschleiß und Belastung messen.
Und Ingenieure der Uni Bochum können mit Hilfe von Sensoren ins Innere von Lawinen schauen.
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