OMMATIDIA
Mobile Brückenschwingungsüberwachung mit dem Ommatidia Q2 Mehrkanal-Laser-Doppler-Vibrometer
Übersicht
Brückenbetreiber benötigen Schwingungsdaten, die objektiv, wiederholbar und einfach zu erfassen sind, ohne Fahrspuren zu sperren, den Bahnverkehr zu unterbrechen oder Sensoren an jeder Struktur zu installieren. Das Ommatidia Q2 Mehrkanal-Laser-Doppler-Vibrometer ermöglicht mobile, berührungslose Brückenschwingungsmessungen von sicheren Beobachtungspunkten aus und erfasst dabei 65 gleichzeitige Geschwindigkeitssignale über die gesamte Struktur.
Diese Anwendungsbeschreibung fasst zwei Feldversuche an in Betrieb befindlichen Brücken zusammen: eine Straßenbrücke, die unter normalem Verkehr gemessen wurde, und eine Eisenbahnbrücke, die während einer Zugüberfahrt gemessen wurde. Ziel ist es zu zeigen, wie Q2 mobile Brückenüberwachungskampagnen, die Erstellung von Baselines und Folgeinspektionen unterstützen kann. Die Messungen werden nicht als strukturelle Diagnose oder zertifizierte Modalanalyse dargestellt.
Die Herausforderung: Skalierbare Brückenschwingungsüberwachung
Eine permanente Überwachung des Bauwerkszustands ist wertvoll, aber als erster Schritt für jede Brücke in einem Netzwerk nicht praktikabel. Zwischen periodischer Sichtprüfung und fester Instrumentierung benötigen Anlagenbetreiber eine mobile Messschicht, die schnell, sicher und wiederholbar ist.
Eine nützliche mobile Methode sollte von zugänglichen Positionen aus funktionieren, den Kontakt mit der Struktur vermeiden und genügend räumliche Informationen erfassen, um verschiedene Punkte des Assets während desselben Betriebsereignisses zu vergleichen.
Der Q2-Ansatz: 65 gleichzeitige berührungslose Messungen
Q2 wird dort positioniert, wo eine klare Sichtlinie zum Zielbereich besteht. Das Instrument projiziert eine Linie von Laserstrahlen auf die Struktur und zeichnet die Sichtlinien-Oberflächengeschwindigkeit an jedem Punkt auf.
Dieses Setup unterstützt mehrere Ausgaben aus derselben Erfassung:
- Zeitbereichsantwort während Verkehrs- oder Zugpassagen
- Verschätzung durch Integration von Geschwindigkeitssignalen
- Frequenzspektren und dominante Schwingungskomponenten
- Vergleich zwischen Messpunkten
- Qualitätsprüfungen mit dem internen Beschleunigungssensor des Instruments
Der interne Beschleunigungssensor misst die Brücke nicht direkt. Er zeichnet die Bewegung des Instruments und seiner unmittelbaren Umgebung auf und dient somit als nützliche Referenz für die Qualitätskontrolle vor Ort.
Feldversuche an Straßen- und Eisenbahnbrücken
Beide Demonstrationen wurden ferngesteuert durchgeführt, ohne Kontaktsensoren, Anlagenmodifikation oder Betriebsunterbrechung.
Mehrere 60-s-Aufnahmen wurden unter laufendem Verkehr aus einer Entfernung von etwa 10–17 m aufgezeichnet. Die Strahlen wurden hauptsächlich entlang eines zentralen Trägers positioniert, wobei eine zusätzliche Aufnahme zum Vergleich verschiedener sichtbarer Zonen verwendet wurde.
Eine gültige 80-s-Aufnahme erfasste die Reaktion vor, während und nach einer Zugüberfahrt. Der Zug fuhr etwa 30 s nach Beginn der Aufzeichnung auf die Brücke und benötigte etwa 10 s für die Überfahrt.
Die ausgewählten Abbildungen zeigen die Art von Nachweisen, die Q2 in einer kompakten mobilen Kampagne liefern kann: Strahlpositionen, Zeitbereichsantwort, Frequenzinhalt und Setup-Qualitätsprüfungen.
mm/s
0
30
60 s
mm
0
30
60 s
Abbildung 3. Beispiel Straßenbrücke: Oberflächengeschwindigkeit von einem Laserkanal und Verschiebung, geschätzt durch Integration des Geschwindigkeitssignals.
mm/s
Frequenz (Hz) →
mm/s
Vibrometrie
Beschleunigungssensor
Frequenz (Hz) →
Abbildung 4. Beispiel Straßenbrücke: Geschwindigkeitsspektrum aus Laservibrometrie und Vergleich mit dem internen Beschleunigungssensor, ausgedrückt als äquivalente Geschwindigkeit.
Beispiel Zugüberfahrt Eisenbahnbrücke
Der Fall der Eisenbahnbrücke zeigt die Reaktion auf eine einzelne betriebliche Zugüberfahrt. Das Schwingungsniveau steigt, wenn der Zug auf die Brücke fährt, bleibt während der Überfahrt erhöht und nimmt danach ab.
Die RGB-Aufnahme dokumentiert die ungefähren Positionen der 65 Laserstrahlen auf der Struktur. Dies ist wichtig für wiederholbare Kampagnen, da zukünftige Messungen nur dann vergleichbar sind, wenn die Instrumentenposition, die Sichtlinie und der beleuchtete Bereich gut dokumentiert sind.
mm/s
Zug fährt ein
0
30
60
80 s
mm
0
30
60
80 s
Abbildung 6. Beispiel Eisenbahnbrücke: Geschwindigkeitswellenform von einem Laserkanal während der Zugüberfahrt und Verschiebung, geschätzt aus derselben Aufzeichnung.
mm/s
Frequenz (Hz) →
mm/s
Vibrometrie
Beschleunigungssensor
Frequenz (Hz) →
Abbildung 7. Beispiel Eisenbahnbrücke: Spektrum der Zugüberfahrt und Vergleich zwischen Laservibrometrie und dem internen Beschleunigungssensor, ausgedrückt als äquivalente Geschwindigkeit.
Was die Messungen zeigten
Die Demonstrationen zeigen den Wert der Kombination von berührungslosem Zugang mit gleichzeitiger Mehrpunkt-Erfassung.
Q2 zeichnete Schwingungszunahmen auf, die mit normalem Straßenverkehr und mit der Zugüberfahrt verbunden waren.
Verschiedene Kanäle zeigten nicht immer identisches Verhalten. Diese räumlichen Informationen bieten mehr Kontext als eine Einzelpunktmessung und helfen, Folgemessungen zu leiten.
Die Straßenbrücke zeigte wiederkehrende niederfrequente Komponenten über wiederholte Messungen hinweg. Die Eisenbahnbrücke zeigte klare spektrale Inhalte vor, während und nach der Überfahrt – nützliche Kandidaten für zukünftiges Tracking.
In beiden Demonstrationen half der Vergleich von Vibrometriespektren mit dem Instrumentenbeschleunigungssensor zu beurteilen, ob spezifische Komponenten von der Brückenreaktion dominiert wurden oder durch die Bewegung des Setups beeinflusst werden konnten.
Wie Brückenbesitzer die Daten nutzen können
Q2 ersetzt weder die technische Bewertung noch die behördliche Inspektion. Sein Wert liegt darin, eine objektive, wiederholbare Messschicht hinzuzufügen, die schnell an ausgewählten Assets eingesetzt werden kann.
Für Brückenüberwachungsprogramme unterstützt dies:
Da Q2 viele Punkte gleichzeitig misst, kann jede Kampagne sowohl zeitliche als auch räumliche Informationen in einem einzigen Setup erfassen. Dies ist besonders nützlich, wenn der direkte Zugang zur Struktur begrenzt ist.
Von der Pilotkampagne zum Überwachungs-Workflow
Ein praktischer Q2-Workflow kann mit einfachen, wiederholbaren Messungen beginnen und sich erweitern, wenn Baselines aufgebaut werden.
Wählen Sie Brücken mit sicherem Zugang, klarer Sichtlinie und operativer Relevanz.
Erfassen Sie Instrumentenstandort, Entfernung, Ausrichtung, Zielzone, optische Konfiguration und Betriebsbedingungen.
Erfassen Sie mehrere Verkehrs- oder Zugpassagen, um die Wiederholbarkeit zu bewerten.
Überprüfen Sie den Q2-Beschleunigungssensor, um Intervalle zu identifizieren, die durch die Bewegung des Setups beeinflusst werden.
Verfolgen Sie dominante Frequenzen, relative Amplituden, Ereignisdauer und räumliche Reaktionsmuster über die Zeit.
Kombinieren Sie Q2-Daten bei Bedarf mit Inspektionshistorie, Wartungsaufzeichnungen, Modellen oder ergänzender Instrumentierung.
Eine praktische Schicht für die mobile Brückenüberwachung
Die Feldversuche zeigen, dass das Ommatidia Q2 Mehrkanal-Laser-Doppler-Vibrometer die mobile Brückenschwingungsüberwachung von sicheren, berührungslosen Messpositionen aus unterstützen kann. Das System erfasste betriebliche Schwingungsereignisse, maß mehrere Punkte gleichzeitig und lieferte Zeit- und Frequenzbereichsinformationen, die für die Erstellung von Baselines und Folgekampagnen geeignet sind.
Q2 bietet Brückenbesitzern eine praktische Möglichkeit, dynamische Messungen in Inspektionsprogramme zu integrieren, bevor sie sich für eine permanente Instrumentierung entscheiden. Ommatidia kann Brückenüberwachungsdemonstrationen, mobile Inspektionskampagnen, Pilotprojekte zur operativen Modalanalyse und Asset-Baseline-Programme unterstützen.
