DynScan

Erzeugung eines strukturdynamischen digitalen Zwillings

Zielstellung des Projektes

Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Gesamtsystems bestehend aus Software- und Hardware-Komponenten zur Erzeugung eines strukturdynamischen Zwillings mittels kabelloser WIFI Smart Sensoren. Dieser digitale Zwilling kann dann sowohl zur Modalanalyse als auch zum Structural Health bzw. Online Condition Monitoring eingesetzt werden. Durch den erzeugten digitalen Zwilling sind auch Simulationen von Modifikationen an der Struktur und unter verschiedenen Betriebsbedingungen möglich.

grafische Darstellung der Wirkungen zwischen der Datenerfassung und die Weiterverteilung der Daten
Blockschaltbild über alle Komponenten der Datenerfassung und deren Kommunikationskanälen

Projektergebnisse

Es wurden Teile des Messdatensystems zur Erfassung und Übertragung von Positions- und Schwingungsmess- daten umgesetzt. Kennzeichnend für das System sind der modulare Aufbau und die quasi vollständig draht- lose Kommunikation zwischen den Sensormodulen und der zentralen Komponente zur Datenaufzeichnung. Das Gesamtsystem besteht aus Sensormodulen, Infrarot(IR)-Synchronisationseinheiten und einer Zentraleinheit mit Datenrekorder und Kommunikationsgateway und wird durch folgende Eigenschaften gekennzeichnet:

  • Abmessungen eines Sensormoduls: 25 x 25 x 25 mm
  • Bandbreite der Beschleunigungssensoren in allen drei Raumachsen minimal 6 kHz
  • Messbetrieb mit einer Akkuladung: mindestens zwei Stunden

(WLAN) Funkstrecke an den Datenrekorder übertragen. Zur Messung enthält das Sensormodul einen triaxialen analogen Beschleunigungsaufnehmer und einen IMU-Sensor.

Durch die Verwendung mehrerer Sensormodule ist die Synchronisation der Messdatenerfassung eine zentrale Voraussetzung für die spätere Weiterverarbeitung der gewonnenen Messdaten. Die Idee zur Lösung dieses Problems besteht in der Verteilung eines zentralen Systemtakts an die einzelnen Sensormodule. IEEE 802.11- Schnittstellen scheiden aufgrund der paketorientierten, zeitlich nicht deterministischen Datenübertragung dieser Schnittstelle aus. Stattdessen erfolgt die Verteilung des Systemtakts optisch im Infrarot-Bereich. Durch die Verwendung mehrerer IR-Synchronisationseinheiten wird der jeweilige Messaufbau in seiner gesamten Ausdehnung so ausgeleuchtet, dass alle Sensormodule das Taktsignal empfangen können.