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Machbarkeitsstudie zur Entwicklung von Sensoren zur Erfassung des strukturellen Straßenzustands : Abschlussbericht FE 06.0095/2011/FRB

Schumacher, Ina ; Wöllenstein, Jürgen

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Freie Schlagwörter (Deutsch): Ausdehnung (mater) , Beschleunigung , Dauerhaftigkeit , Deutschland , Druck , Einbau , Forschungsbericht , Frequenz , Mikro , Oberbau , Piezoelektrizität , Sensor , Straße , Telekommunikation , Temperatur , Wassergehalt
Freie Schlagwörter (Englisch): Acceleration , Durability , Expansion , Frequency , Germany , Highway , Laying , Micro , Moisture content , Pavement , Piezoelectricity , Pressure , Research report , Sensor , Telecommunication , Temperature
Collection 1: BASt-Beiträge / ITRD Sachgebiete / 22 Entwurf von Verkehrsinfrastruktur
Collection 2: BASt-Beiträge / ITRD Sachgebiete / 61 Unterhaltung und Instandsetzung
Collection 3: BASt-Beiträge / FE-Projekte
Institut: Sonstige
DDC-Sachgruppe: Ingenieurwissenschaften
Sonstige beteiligte Institution: Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik
Dokumentart: ResearchPaper
Sprache: Deutsch
Erstellungsjahr: 2012
Publikationsdatum: 10.10.2013
Kurzfassung auf Deutsch: Ziel der Studie ist eine Untersuchung extrem miniaturisierter autarker Mikrosysteme mit Sensoren, die, eingebaut in der Straße, Daten empfangen, verarbeiten, speichern und senden können. Der strukturelle Straßenzustand soll mit solchen Systemen erfasst werden. Die Kommunikation mit den Mikrosensorsystemen muss drahtlos und bidirektional über RFID-Technologie erfolgen. Da die Sensorgröße der Korngröße des Bodens entsprechen soll, ist im Vergleich zu heutigen Systemen eine völlig neue Dimensionierung der Miniaturisierung notwendig. Wichtige Parameter bei der Bewertung der Straße sind Empfindlichkeit, Langzeitstabilität, Selektivität, Einbaugröße, Schnittstelle und die Energieaufnahme. Die in diesem Bericht erwähnten Sensoren erfassen die physikalischen Parameter Temperatur, Bodenfeuchte und Salinität sowie Dehnung, Druck und Beschleunigung. Sie eignen sich aufgrund ihres geringen Energieverbrauchs, oder durch äusserste Robustheit für ein solches Mikrosystem. Aus dem Messen der physikalischen Größen und der Umweltparameter soll eine Bewertung des strukturellen Straßenzustandes entstehen. Die Energieversorgung des Sensorsystems ist ein wichtiger Teil der Studie. Dabei wird die Möglichkeit beschrieben, unter Verwendung von Piezogeneratoren, das Überfahren der eingebetteten Generatoren durch Fahrzeuge als Energielieferant zu nutzen und somit die Gesamtlaufzeit zu verlängern. Des Weiteren werden die verschiedenen Frequenzbereiche der RFID-Technologie und unterschiedliche Techniken von RFID-Transpondern sowie RF-Transceivern erläutert. In diesem Zusammenhang werden die Ergebnisse eines Reichweitentests von in einer Teststrasse eingebrachten Temperaturtranspondern gezeigt. Abschließend werden die Ergebnisse zur Integration der Systembestandteile und das Einbringen des Systems in den Straßenbau aufgezeigt. Ein keramisches Gehäuse bietet ein hohes Potential und erweist sich für diese Anwendung durch seine große Robustheit gegen thermischen und mechanischen Stress am geeignetsten.