Inhalt - PermaSense

Permafrost Messungen in den Alpen

Kunde: ETH Zürich [TIK]

Permafrost ist ein thermisches Untergrundphänomen bestehend aus Gestein, Erde und Schutt, die das ganze Jahr über im steilen Felsuntergrund eingefroren sind. Nicht sichtbar an der Oberfläche, taut Permafrost in den Sommermonaten, was die Hangstabilität ernsthaft beeinträchtigen und zu Naturgefahren führen kann, die den sicheren Betrieb der Infrastruktur in der Umgebung gefährden könnten.

Herausforderung

PermaSense-Geräte werden in grosser Höhe in den Bergregionen mit Permafrost-Umgebung installiert und betrieben. Als solches muss das System und alle seine Komponenten bei niedrigen Temperaturen zuverlässig laufen und in der Lage sein, grossen täglichen Temperaturschwankungen (über 40°C), je nach Sonneneinstrahlung, Wind und Schnee, zu widerstehen. Aufgrund der Tatsache, dass die PermaSense-Geräte nur im Sommer mit Hubschrauber erreichbar sind, macht einen für 2 - 3 Jahre wartungsfreien Betrieb zwingend erforderlich. Um einen langfristigen Betrieb zu gewährleisten, musste die Gestaltung des Systems Folgendes ebenfalls berücksichtigen:

  • extreme tägliche Wetterveränderungen
  • Gefahr durch Blitzschlag, Lawinen, Steinschlag, Frost, Eis und Schnee
  • begrenzte Batterieleistung verfügbar
  • eingeschränktes Platzangebot für die Elektronik (und Batterie)
  • niedrige Produktionsvolumen
  • kurzer Zeitrahmen

Lösung

Die Daten werden über ein flexibles, verteiltes drahtloses Sensornetzwerk (WSN) gesammelt, das speziell auf die geophysikalischen Sensoren angepasst ist, wodurch zuverlässige und hochwertige Messungen in extremen Umgebungsbedingungen ermöglicht werden. Zusätzlich zum im Mast integrierten GPS-Empfänger und einer Antenne, einem 2-Achsen-Neigungssensor, der gesamten Elektronik und Kabel und einer 12V-Photovoltaikanlage, umfasst das entwickelte System Folgendes:

  • Drahtlos-System mit geringer latenter Datenübertragung
  • Temperaturmessungen mit Sensor Bars und Thermistor-Ketten
  • Sensorknoten mit 'Riss-Meter'
  • 2-dimensionale Messung der Spaltbewegung
Unser Beitrag: miniaturisierte Funksensoren
  • Design und Industrialisierung auf Basis funktioneller Modelle (HW)
  • Entwicklung eines Wireless-GPS-Systems (HW)
  • spezialisierte Sensorik und Elektronik in einem robusten Paket
  • niedrige Abtastraten (1-60 Min.)
  • Batteriebetrieb (3 Jahre Lebensdauer)
  • vernetzte Geräte mit drahtloser Datenübertragung
  • Produktion von Kleinserien aller Produktvarianten
  • vom Konzept bis zur ersten Produktionscharge (in nur 6 Monaten)