Selbstheilende Sensoren als besserer Gebäudeschutz
Design für ausfallsichere Strukturüberwachung auch in Flugzeugen
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Tragfläche: Bald sicherer Sensor-überwacht (Foto: aboutpixel.com, Katrin Scholz) |
Raleigh (pte029/16.06.2011/13:50) Die richtigen Sensoren erlauben Ingenieuren, Gebäude oder Flugzeuge zu überwachen und strukturelle Schäden zu bemerken, bevor es zu einer Katastrophe kommt. Allerdings kann solch ein System versagen, wenn die Sensoren selbst aufgrund von Schäden ausfallen. Forscher an der North Carolina State University (NC State) http://www.ncsu.edu haben daher einen Sensor entwickelt, der nicht nur strukturelle Belastungen misst, sondern sich bei Bedarf selbst heilen kann. Das soll sicherstellen, dass beispielsweise die Überwachung eines Gebäudes nach einem kleineren Erdbeben immer noch zuverlässig funktioniert.
Gefährdete Sicherung
Sensoren zur strukturellen Überwachung kommen in Bauwerken wie der südkoreanischen Jindo-Brücke (pressetext berichtete: http://pressetext.com/news/110314001/) ebenso wie in der Luftfahrt schon relativ oft als Sicherheitsvorkehrung zum Einsatz. "Derart Daten zu sammeln hilft dabei, informierte Entscheidungen zu treffen, was sicher ist und was nicht", sagt Kara Peters, Professor für Maschinenbau, Luft- und Raumfahrttechnik an der NC State. Das kann beispielsweise bei Gebäuden, die nach Erdbeben einsturzgefährdet sind, oder unsichtbaren Schäden in einer Flugzeugtragfläche letztlich Leben retten.
Doch bei aktuellen Systemen ist ein Problem verbreitet. "Wenn die Sensoren kaputt sind, stehen solche Daten nicht zur Verfügung", so Peters. Dabei kann die Kollision eines Vogels mit einer Tragfläche oder ein schwächeres Erdbeben wichtige Sensoren zerstören, ohne die umliegende Struktur nennenswert zu beschädigen. Ein Austausch ist dann meist schwer oder gar nicht möglich. Aus diesem Grund haben die Forscher an der NC State einen optischen Sensor entwickelt, der sich im Ernstfall mithilfe von Kunstharz selbst reparieren kann.
Lichtsensor mit Lichtheilung
Die Neuentwicklung nutzt zwei Glasfasern, die in einen Behälter mit flüssigem Kunstharz eingebettet sind. Der Sensor kann sich dabei grundsätzlich mit dem umgebenden Material dehnen und nutzt durch den Wellenleiter laufendes Infrarot-Licht (IR), um diese Verformung zu messen. Das liefert die nötigen Informationen darüber, welchen Belastungen die Struktur ausgesetzt ist.
Neben dem IR-Signal läuft aber auch UV-Licht durch die Glasfasern. Das ermöglicht die Selbstheilung. Denn falls eine der Fasern reißt, strömt Flüssigharz in die Bruchstelle. Dieses verhärtet sich unter der UV-Strahlung und repariert den Schaden somit automatisch. In Laborexperimenten hat sich gezeigt, dass der Sensor danach vergleichbare Messergebnisse liefert wie vor der Selbstreparatur. Noch ist allerdings offen, ob und wann das neue Sensordesign den Sprung in praktische Anwendungen schaffen wird.
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