Präzise und schnell messen und regeln

Je genauer die Messungen, desto besser können geophysikalische Störungen auf der Erde analysiert und vorhergesagt werden. Auf dem jährlichen Statusmeeting zeigt die InnoProfile-Transfer-Initiative „Kraftmess- und Wägetechnik“, wie sie dazu beiträgt.

Die Ingenieure der Technischen Universität Ilmenau wollen Neigungen messen, die unter anderem auf geophysikalische Änderungen hinweisen. Dafür haben sie ein zweiachsiales Inklinometer aufgebaut. In diesem Instrument sind neuartige monolithische Neigungssensoren so integriert, dass Abweichungen exakter gemessen werden können. Erste Tests mit diesem Instrument konnten die Wissenschaftler in den letzten Monaten im Geodynamischen Observatorium Moxa bei Jena durchführen. Dort werden bereits seit über 100 Jahren Beschleunigungs- und Neigungseffekte der Erde gemessen. Selbst Erdbeben oder Atombombenversuche, die viele tausend Kilometer entfernt stattfinden, sind in Moxa auf dem Schirm. Präzise Messtechnik zeigt, dass der gesamte Erdkörper nach großen Erdbeben wie in Italien im Oktober dieses Jahres noch Wochen oder gar Monate nachschwingt. So genannte Strainmeter messen Deformationen der Erdkruste, die auch durch Gezeiten verursacht werden. Ohne dass wir es merken, hebt und senkt sich die Erdoberfläche jeden Tag um bis zu 40 Zentimeter.

Dieses hochpräzise zweiachsiale Neigungsmesssystem, das die Ilmenauer aufgebaut haben, wurde erstmals im Observatorium Moxa getestet.
(Foto: TU Ilmenau)
Dieses hochpräzise zweiachsiale Neigungsmesssystem, das die Ilmenauer aufgebaut haben, wurde erstmals im Observatorium Moxa getestet.
Foto: TU Ilmenau

 

Neigungen genau bestimmen

Auch Neigungsmesser werden in Moxa bereits genutzt. Die Ilmenauer wollen solche Instrumente verbessern. Ihre Messungen mit dem neuen Inklinometer zeigten eine sehr hohe Auflösung, aber auch einige Schwankungen. Sie wurden durch Temperatur- und Niederschlagsbedingte Verformungen des Untergrunds verursacht. Je weiter das Instrument von der Erdoberfläche entfernt ist und je stabiler die Umgebungstemperatur, desto präziser die Messungen. Möglich wäre, das Gerät in ein unterirdisches Bohrloch zu bringen, wo es von äußeren Einflüssen noch besser abgeschirmt ist.
 

Digital statt analog

Präzision und Schnelligkeit beim Messen und Wiegen wollen die Ilmenauer mit einer digitalen Regelungstechnik erreichen. Damit können zum Beispiel elektromagnetische Kompensationswaagen geregelt werden. Dort wird nach dem Auflegen des Gewichts durch einen Elektromagneten eine Gegenkraft erzeugt, die den Waagenteller mit Hilfe eines Positionssensors wieder in die Ausgangsposition bringt. Der dazu nötige Strom durch die Spule des Elektromagneten ist ein präzises Maß für die wirkende Kraft. Die Regelung der Waage in den Ausganszustand soll rasch und genau sein, der Messwert ohne große Verzögerung angezeigt werden. Dafür gibt es bereits analoge Technik, die zwar sehr präzise ist, aber auch langsam und verhältnismäßig teuer. Deshalb haben die Ilmenauer ein eigenes PC-basiertes Mess- und Regelsystem entwickelt. Es verbindet Schnelligkeit und Präzision und ist dazu noch preiswert. Kostet vergleichbare Technik locker fünfstellige Beträge, müssen für das System der Nachwuchswissenschaftler nur 2.000 Euro bezahlt werden. Neben der Regelung von Wägesystemen ist es auch für die präzise Neigungsregelung und aktive Dämpfung geeignet. Ein solches System, das auf der Basis von verfügbarer Hard- und Software arbeitet, ist bisher nicht auf dem Markt und bietet viele Anwendungsmöglichkeiten. Die Ilmenauer wollen es so bald wie möglich in die Praxis bringen.


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