Hin zu berührungsloser, ferngesteuerter Messung von Baudynamik und SHM im großen Maßstab
Eine genaue Überwachung der Brückenverformung und -vibration ist unerlässlich, um die strukturelle Leistung, das Ermüdungsverhalten und die langfristige Sicherheit zu verstehen. Herkömmliche Methoden – wie Dehnungsmessstreifen, Beschleunigungsmesser und Wegaufnehmer – liefern lokale Informationen, erfordern jedoch eine Kontaktinstallation, Oberflächenvorbereitung und stören oft den Verkehr.
Bei Ommatidia LiDAR entwickeln wir die berührungslose Brückenüberwachung durch unser Q-Series Laser Doppler Vibrometer weiter. Dieses System kombiniert mehrkanalige kohärente Sensorik und fortschrittliche photonische Integration und ermöglicht die gleichzeitige 3D-Messung von Vibrationen und Verschiebungen über ganze Brückenspannweiten hinweg – von einem sicheren, entfernten Standort aus.
Durch die Überwachung der Brückendurchbiegung mit dem Q-Series Laser Doppler Vibrometer von Ommatidia können Ingenieure jetzt präzise interferometrische Messungen im Feldmaßstab durchführen, ohne den Betrieb zu unterbrechen.
Technische Einblicke: von optischer Kohärenz bis zur Baudynamik
Das Herzstück des Systems ist die Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) Interferometrie, eine laserbasierte Technik, die absolute Entfernungen und Doppler-Geschwindigkeiten durch frequenzmodulierte Quellen misst.
Mithilfe von massiv parallelen photonischen integrierten Schaltkreisen (PICs) analysiert der Q-Series Sensor 128 optische Kanäle in Echtzeit. Jeder Kanal führt gleichzeitig interferometrische Entfernungsmessung und Vibrometrie durch.
Diese Architektur ermöglicht dem System, Folgendes zu bieten:
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Submillimeter-Verschiebungsauflösung bei Reichweiten von über 50 Metern
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Gleichzeitige Messung Hunderter von Punkten mit kohärenter Phasenstabilität
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Multi-Kilohertz-Abtastraten, geeignet für Modalanalyse und Analyse transienter Reaktionen
Diese Eigenschaften machen das Q-Serie Laser-Doppler-Vibrometer ideal für die kontinuierliche oder Lasttest-Brückenverformungsüberwachung.
Erfahren Sie mehr über das Q2-Laser-Radar →
Feldtest: Messung der Verformung an einer mehrfeldrigen Straßenbrücke
In einem kürzlichen Feldversuch setzten wir ein Q1s FMCW Laser Doppler Vibrometer unter einer mehrspannigen Straßenbrücke in der Calle de la Hierbabuena, Tres Cantos, Spanien, ein (Abbildung 1).
Der Aufbau wurde innerhalb von Minuten mit nur einem stativmontierten Sensorkopf, Computer und Batterien abgeschlossen. Die 128 Laserkanäle wurden entlang der Achse des Brückendecks ausgerichtet, um das Durchbiegungsprofil während des laufenden Verkehrs aufzuzeichnen.
Google Maps Ansicht (links) und Bild der Brücke (rechts). Einrichtung zur Brückenverformungsüberwachung mit Ommatidias Q-Serie Laser-Doppler-Vibrometer.
Zur Optimierung der Datenerfassung entwickelte Ommatidia Deflection Guard™, eine Softwaresuite, die für die Echtzeit-Brückenverformungsüberwachung konzipiert ist. Sie kombiniert Laser-Radar (Entfernung) und Laser-Doppler-Velocimetrie (Geschwindigkeit) Modi für maximale Genauigkeit. So funktioniert Deflection Guard™: Der Benutzer gibt die Entfernungen von der Q1s-Einheit zu den Brückenpfeilern und die Stativhöhe ein. Messungen werden alle 50 ms durchgeführt, was eine vollständige Daten- oder Videorekonstruktion später ermöglicht. Der erste Scan definiert eine Basislinie für absolute Entfernung und Höhe an jedem Messpunkt. Das System wechselt dann in den Velocimetrie-Modus, der Geschwindigkeiten bis zu 10 nm/s und Verschiebungen im Pikometerbereich erfassen kann. Die Brückendurchbiegung kann innerhalb von Minuten sicher und aus der Ferne gemessen werden, ohne einen Arbeiter in Gefahr zu bringen.Deflection Guard™ Software für Echtzeit-Überwachung
Konfiguration der Messungen. Die gestrichelte grüne Linie dient als Orientierungshilfe. Einrichtung zur Brückenverformungsüberwachung mit Ommatidias Q-Serie Laser-Doppler-Vibrometer.
Ergebnisse: Echtzeit-Brückenverformungs- und Vibrationsdaten
Während der Live-Verkehrstests erfasste Deflection Guard™ das Durchbiegungsprofil der Brücke, als ein Lastwagen darüber fuhr.
Die maximal aufgezeichnete vertikale Durchbiegung betrug ungefähr 0,3 mm.
Die dynamischen Daten, die mit 40 kHz erfasst wurden, ermöglichen auch eine detaillierte modale und transiente Schwingungsanalyse.
Deflection Guard™-Schnittstelle, die unbelastete und belastete Brückenzustände anzeigt.
Software-Schnittstelle, die die Brückendurchbiegung vor und nach der LKW-Durchfahrt anzeigt.
Vom Lasttest zur Entwicklung digitaler Zwillinge
Die gesammelten Datensätze bilden die Grundlage für einen digitalen Zwilling der Brücke.
Durch die Verarbeitung dieser Daten können Ingenieure modale Parameter, Frequenzgangfunktionen und Indikatoren für Dämpfung oder Steifigkeit extrahieren. Im Laufe der Zeit ermöglicht diese Information die Visualisierung von strukturellen Veränderungen und die frühzeitige Erkennung von Schäden, lange bevor sichtbare Schäden auftreten.
Jüngste Entwicklungen umfassen:
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Mehrgeräte-Synchronisation für große oder mehrfeldrige Brücken
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Kontinuierliche unbeaufsichtigte Überwachung für langfristige SHM
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Automatisierte Datenfusion und Dashboard-Integration für Echtzeit-Einblicke
Hin zu skalierbarer Bauwerkszustandsüberwachung
Diese Studie zeigt, wie berührungslose optische Vibrometrie traditionelle Brückeninstrumentierung ergänzen oder ersetzen kann.
Durch den Wegfall der Sensorinstallation ermöglicht das Q-Series Laser Doppler Vibrometer eine schnelle Bereitstellung, minimalen Wartungsaufwand und kontinuierliche Abdeckung – ideal für modernes Infrastrukturmanagement.
Für Forscher im Bereich der Strukturdynamik bietet es eine neue Methode zur Validierung von Modellen und zur Analyse modaler Interaktionen.
Für Bau- und Brückenbauingenieure bietet es ein effizientes, feldbereites Werkzeug für die Wartungsplanung, die Analyse der Lebensverlängerung und die Bewertung nach Ereignissen.
Während Ommatidia LiDAR in die Eisenbahn- und Autobahnüberwachung expandiert, definiert die Q-Serie die optische Bauwerkszustandsüberwachung (SHM) weiterhin neu – mit früherer Anomalieerkennung, sichereren Inspektionen und intelligenterem Asset Management.
Über Ommatidia LiDAR
Ommatidia LiDAR S.L. entwickelt und fertigt fortschrittliche FMCW LiDAR-Systeme, die von photonischen integrierten Schaltkreisen angetrieben werden.
Ihre Q-Series Laser RADAR-Plattform bietet hochpräzise Messtechnik und skalierbare Architektur für industrielle Inspektion, Luft- und Raumfahrtinstrumentierung und Überwachung der zivilen Infrastruktur.
