Entwicklung und Erprobung eines multifunktionalen Geo ...
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GeoSN UniBwKapitel 3 Sensorkomponente eines GeoSNAbfragen der einzelnen angeschlossenen Sensoren. Die A/D-Wandlung definiert hierbeiden Genauigkeitsbereich des geotechnischen Sensors, da er festlegt, in wie viele diskreteMessstellungen eine Änderung des elektrischen Signals zerlegt werden kann [44]. Nebendieser Genauigkeitsdefinition besitzen einige Sensoren noch zusätzliche Möglichkeitender Genauigkeitssteigerung, indem die maximale Bandbreite des Ausgangsstromsignalsauf eine kleinere Bandbreite von Veränderungen der überwachten Größe eingestellt wird.Diese Form der Konfiguration ist in Anlage 7 am Beispiel der Schlauchwaagenkombinationeines Gloetzl Schlauchwaagenbehälters mit einem ABB-Drucksensor [67] und einerGloetzl MFF2-12 Loggingeinheit [43] erläutert.Gloetzl LoggingeinheitMFF2-12Gloetzl SchlauchwaageGHDGloetzlStangenextensometerGWW 30/401 x RS232D-Sub-9-SteckerRS232300 – 19200 Bps- Gloetzl BefehlssatzSiehe Tabelle 7Hardware-SchnittstellenNur analoge StromsignaleMehradrige Kabelleitungendrahtgebundene Übertragungsratevom A/D-Wandler der Loggingeinheit abhängigBefehlsstruktur- Konfiguration innerhalb der LoggingeinheitTabelle 5: Beispiele geotechnischer Sensoren und Loggingeinheit der Firma GloetzlAufgrund der notwendigen Drahtverbindung zwischen Sensor und Loggingeinheit zurÜbermittlung der analogen Stromsignale stellt die Loggingeinheit neben der Signalverarbeitungzumeist auch die Stromversorgung der Sensoren sicher. Dies hat den Vorteil, dassdie Art des Stromsignals des geotechnischen Sensors variieren kann. Es können sowohlVeränderungen der Spannung als auch der Stromstärke gemessen werden.Darüber hinaus können auch ein Datenspeicher und Steuerroutinen für angeschlosseneKommunikationsgeräte in der Einheit implementiert werden. Die notwendige Drahtverbindungzwischen Sensor und Loggingeinheit stellt ein besonderes Augenmerk auf dieAdaption am zu untersuchenden Objekt heraus. Dieser Aspekt muss wie die drahtgebundeneKommunikation betrachtet werden, die in Kapitel 4 behandelt wird.Loggingeinheiten besitzen in der Regel umfangreiche Anschlüsse für Sensoren. Die Kombinationvon Loggingeinheit und Sensoren stellt sich dann ähnlich wie bei Tachymeternals 1-Knoten-Netzwerk dar, da die Sensoren nicht alleine arbeitsfähig sind und die Loggingeinheitaufgrund von Umfang und Preis wiederum nicht als einfacher Sensorknotenbetrachtet und nur in Kombination mit einer großen Anzahl von Sensoren sinnvoll genutztwerden kann.- Seite 42 -
GeoSN UniBwKapitel 3 Sensorkomponente eines GeoSNDer Datenausgang aus dem Gerät ist wie bei Tachymetern und GPS Sensoren häufig eineserielle Schnittstelle, so dass auch hier die späteren Betrachtungen bezüglich der Datenabgabean eine Zentralstation bei einer seriellen Kommunikation ansetzen müssen.Meist können die unmittelbar an eine Loggingeinheit angeschlossenen Sensoren ähnlichwie Prismenmessungen bei den Tachymetern nur sukzessiv abgefragt werden 16 , und wiebeim Tachymeter begrenzt sich die Datenmenge pro abgefragten Sensor auf wenige Informationenin ASCII-Form bestehend aus dem Sensornamen (abgeleitet von der Sensorschnittstellennummerinnerhalb der Einheit), dem Messwert und dem Messzeitpunkt.Auch die möglichen Steuersignale an die Loggingeinheit zur Sensorabfrage sind wie beiTachymetern aufgrund der zumeist einfach gehaltenen vorhandenen On-Board-Interpreterauf ASCII-Signale ausgelegt und somit leicht zu realisieren (siehe Tabelle 7 in Kapitel4.2.2).Allerdings ist der Aspekt der automatischen Messwertgenerierung bei diesem 1-Knoten-Netzwerk anders zu betrachten als bei den Tachymetern. Eine Loggingeinheit für geotechnischeSensoren ist einfacher programmierbar als eine Messung beim Tachymeter, da nurdie einzelnen Stromanschlüsse abgefragt werden müssen und die Verbindung zum Sensorweniger störanfällig ist.Eine Loggingeinheit kann somit nach erfolgter Konfiguration aller angeschlossenen Sensorenund der Vorgabe eines zeitlich gesteuerten Abfragens als autark messende Stationangesehen werden, die keine weiteren Steuersignale mehr benötigt.3.4. GegenüberstellungWerden die betrachteten Sensoren einander gegenübergestellt, so ergibt sich folgendeSchlussfolgerung:Keiner der drei Sensortypen besitzt eine optimale Funktionalität für ein GeoSN, die ihnüber gegenüber den anderen beiden eindeutig in den Vordergrund stellt. Vielmehr musssich die Wahl der im Zuge der Überwachungsmessung genutzten Sensorik immer nachden Gegebenheiten des Objekts richten.Bei geotechnischen Sensoren müssen insbesondere folgende Faktoren betrachtet werden:1. hoher Installationsaufwand durch die zwingende Verkabelung zur Loggingeinheitund die Adaption am Messobjekt, z.B. Lotungsschächte oder Inklinometerrohre,2. nur lokale Verformungsmessungen.Ein Objekt, bei dem es vor allem um Verformungen geht, lässt sich etwa schon währendder Konstruktion mit geotechnischen Sensoren versehen. Das typische Beispiel hierfür isteine Staumauer.Bei optisch messenden Systemen ist zwar auch eine nachträgliche Installation leicht realisierbar,aber auch bei diesen Geräten sind einige Faktoren besonders zu beachten:16 Ein verbesserter Ansatz ist hier die Nutzung zusätzlicher Hardware in Form eines Bus-Systems, wie beimSOLEXPERTS GeoMonitor [38], wobei nur eine einzige Kabelleitung (bzw. eine von einem zentralen Kabelaufgebaute Baumstruktur) für die Sensoren genutzt wird.- Seite 43 -
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<strong>Geo</strong>SN UniBwKapitel 3 Sensorkomponente <strong>eines</strong> <strong>Geo</strong>SNDer Datenausgang aus dem Gerät ist wie bei Tachymetern <strong>und</strong> GPS Sensoren häufig <strong>eines</strong>erielle Schnittstelle, so dass auch hier die späteren Betrachtungen bezüglich der Datenabgabean eine Zentralstation bei einer seriellen Kommunikation ansetzen müssen.Meist können die unmittelbar an eine Loggingeinheit angeschlossenen Sensoren ähnlichwie Prismenmessungen bei den Tachymetern nur sukzessiv abgefragt werden 16 , <strong>und</strong> wiebeim Tachymeter begrenzt sich die Datenmenge pro abgefragten Sensor auf wenige Informationenin ASCII-Form bestehend aus dem Sensornamen (abgeleitet von der Sensorschnittstellennummerinnerhalb der Einheit), dem Messwert <strong>und</strong> dem Messzeitpunkt.Auch die möglichen Steuersignale an die Loggingeinheit zur Sensorabfrage sind wie beiTachymetern aufgr<strong>und</strong> der zumeist einfach gehaltenen vorhandenen On-Board-Interpreterauf ASCII-Signale ausgelegt <strong>und</strong> somit leicht zu realisieren (siehe Tabelle 7 in Kapitel4.2.2).Allerdings ist der Aspekt der automatischen Messwertgenerierung bei diesem 1-Knoten-Netzwerk anders zu betrachten als bei den Tachymetern. Eine Loggingeinheit für geotechnischeSensoren ist einfacher programmierbar als eine Messung beim Tachymeter, da nurdie einzelnen Stromanschlüsse abgefragt werden müssen <strong>und</strong> die Verbindung zum Sensorweniger störanfällig ist.Eine Loggingeinheit kann somit nach erfolgter Konfiguration aller angeschlossenen Sensoren<strong>und</strong> der Vorgabe <strong>eines</strong> zeitlich gesteuerten Abfragens als autark messende Stationangesehen werden, die keine weiteren Steuersignale mehr benötigt.3.4. GegenüberstellungWerden die betrachteten Sensoren einander gegenübergestellt, so ergibt sich folgendeSchlussfolgerung:Keiner der drei Sensortypen besitzt eine optimale Funktionalität für ein <strong>Geo</strong>SN, die ihnüber gegenüber den anderen beiden eindeutig in den Vordergr<strong>und</strong> stellt. Vielmehr musssich die Wahl der im Zuge der Überwachungsmessung genutzten Sensorik immer nachden Gegebenheiten des Objekts richten.Bei geotechnischen Sensoren müssen insbesondere folgende Faktoren betrachtet werden:1. hoher Installationsaufwand durch die zwingende Verkabelung zur Loggingeinheit<strong>und</strong> die Adaption am Messobjekt, z.B. Lotungsschächte oder Inklinometerrohre,2. nur lokale Verformungsmessungen.Ein Objekt, bei dem es vor allem um Verformungen geht, lässt sich etwa schon währendder Konstruktion mit geotechnischen Sensoren versehen. Das typische Beispiel hierfür isteine Staumauer.Bei optisch messenden Systemen ist zwar auch eine nachträgliche Installation leicht realisierbar,aber auch bei diesen Geräten sind einige Faktoren besonders zu beachten:16 Ein verbesserter Ansatz ist hier die Nutzung zusätzlicher Hardware in Form <strong>eines</strong> Bus-Systems, wie beimSOLEXPERTS <strong>Geo</strong>Monitor [38], wobei nur eine einzige Kabelleitung (bzw. eine von einem zentralen Kabelaufgebaute Baumstruktur) für die Sensoren genutzt wird.- Seite 43 -