Sensor für die Inspektion von Stahlbetontragwerken
Für die Potentialfeldmessung im Bauwesen werden üblicherweise Kupfer/Kupfersulfat-Referenzelektroden (CSE) verwendet. Dieser Type von Referenzelektrode beseht aus einem reinen Kupferbauteil und einer gesättigen Kupfer-Kupfersulphat-Lösung.
Entwicklung eins Sensors für den Flugroboter
Gebräuliche können nicht mit dem Flugroboter werden, da diese den Anforderungen bezüglich der Grösse und des Gewichts nicht erfüllten. Daher musste unter Berücksichtigung dieser Aspekte eine Modifizerung vorgenommen werden und eine massgeschneiderte Referenzelektrode wurde entwickelt.
Für die Potentialfeldmessung im Bauwesen werden üblicherweise Kupfer/Kupfersulfat-Referenzelektroden (CSE) verwendet. Für den Einsatz auf dem Flugroboter wurde eine massgeschneiderte Referenzelektrode entwickelt. Hauptmerkmale dieser Entwicklung waren einerseits die geringe Grösse und Gewicht, andererseits ein Messverfahren, dass die technische Umsetzung es erlaubt, die Funktionsfähigkeit der Elektrode während den Messungen zu überwachen. Der Sensor, hergestellt mit minimalem Gewicht auf Grund des Hebelarms am Ende des Arms und kleiner Grösse, ist in Abbildung unten dargestellt. Die Elektrode besteht aus einem Kupferröhrchen mit einem Aussendurchmesser von 15 mm bei einer totalen Länge von 54 mm. Ein Plastikkopf mit einem zentrischen Loch von 5 mm wird über ein Gewinde in der Kupferröhrchen geschraubt. Das zentrische Loch wird mit einem Holzdübel geschlossen, welcher als Diaphragma dient. Zusätzlich befindet sich am Elektrodenkopf ein zusätzlicher rostfreier Stahl für die Bestimmung des Innenwiderstandes der Referenzelektrode. Die Messung des elektrischen Widerstands ermöglicht während dem Flug eine Kontrolle des Funktionszustandes der Elektrode und zeigt an, ob zusätzliches Wasser für das Benetzen des Betons beim nächsten Punkt notwendig ist. Das Wasser für die Benetzung wird über einen weiteren Schlauch seitlich im Elektrodenkopf zugeführt, angetrieben von einer peristaltischen Pumpe. Die Elektrode hat im einsatzfähigem Zustand ein Gewicht von rund 30 g. Die Messung der Potentiale erfolgt über Keithley Multimeter mit bis zu 20 Messungen pro Sekunde.
Punktelektrode
3D-Darstellung des Elektrodenkopfes mit den Löchern für den rostfreien Draht und den Anschluss des Schlauchs für das Trinkwasser zur Benetzung der Betonoberfläche.
Neben der Potentialfeldmessung können ebenfalls elektrische Betonwiderstände mit einer 2-Punktemessung mit einem LCR-Meter (Wechselstrommessungen) aufgenommen werden und um den Innenwiderstand der Referenzelektrode korrigiert werden. Der elektrische Widerstand lässt Rückschlüsse über Feuchteunterschiede auf der Betonoberfläche zu und stellt eine weitere zerstörungsfreie Prüfmethode dar, welche mit minimalen Aufwand einen weiteren Indikator für die Zustandserfassung liefert.
Radelektrode
Für grössere Flächen wird im Bauwesen nicht auf die vorgestellte Punktelektrode zurückgegriffen sondern auf Radelektroden. Radelektroden haben den Vorteil, dass in kürzer Zeit deutlich mehr Daten aufgezeichnet werden können. Im Rahmen einer Masterarbeit wurde eine Radelektrode für den Einsatz mit dem Flugroboter designt, entwickelt und getestet. Die Abbildung links zeigt die letzte Version des Prototyps der Radelektrode als CAD Zeichnung, daneben befindet sich der 3D-gedruckte Prototyp. Fortschritte am Flugroboter ermöglichten es im Verlauf des Projektes grössere Lasten am Arm zu kontrollieren.
Die finale Version des Prototyps hatte ein Gewicht von 207 g. Die äusseren 4 Räder ermöglichen eine 4-Punkt-Messung des elektrischen Betonwiderstandes ähnlichem dem bekannten Wenner-Setup. Das mittlere Rad ist die eigentliche Radelektrode und ist gefüllt mir der blauen Kupfersulphatlösung. Die einzelnen Räder sind mittels Feder gedämpft und können, wie bei der Punktelektrode, mit Trinkwasser benetzt werden.
