Glasvezel sensoren geïnstalleerd op de Universiteit Twente


12 januari 2018

ASPARi ondersoekers hebben in december 2017 sensoren aangebracht in het wegdek op de campus van de Universiteit Twente. Deze sensoren hebben als doel om tijdens het verwerkingsproces de temperatuur van het asfalt te monitoren. Daarnaast zouden de sensoren op lange termijn rek kunnen detecteren wat het gevolg is van vervorming in het wegdek. Maar hoe werken die sensoren nou? En waarom leggen we sensoren in een asfaltweg?

De sensoren die zijn toegepast op de Boerdijweg van de Universiteit Twente zijn zogenaamde Fiber Bragg Grating (FBG) sensors. De werking van deze sensoren is gebaseerd op lichtstralen door een glasvezel kabel. ASPARi is sinds 2016 bezig, in laboratoria, om de werking en de geschiktheid van de sensoren in het asfaltverwerkingsproces te onderzoeken. FBG sensoren zijn een relatief nieuw in de asfaltbranche. Tot op heden zijn de sensoren vooral gebruikt bij het meten van druk in olie en gas bronnen. Sensoren van andere typen zijn vaak niet geschikt tegen de hoge temperaturen bij het asfaltverwerkingsproces. Echter worden FBG sensoren bij het boren naar olie en gas vaak blootgesteld aan temperaturen rond de 140-160 ⁰C, ongeveer dezelfde omstandigheden als bij het asfaltverwerkingsproces. Daarom lijken deze sensoren een geschikte match voor ons doel.

Werking

Zoals eerder vermeld is de werking van de sensoren gebaseerd op lichtstralen door een glasvezelkabel. In de glasvezel kabel zijn op een aantal, vooraf vastgestelde, plekken tralies (gratings) in de glasvezel kabel gemaakt. Met behulp van een kastje wordt licht door de glasvezel kabel geschoten. De tralie is er toe instaat om een bepaald spectrum van dit licht te filteren, het spectrum van het licht wat weer wordt gereflecteerd naar het kastje kan worden uitgelezen. Als er rek op de glasvezel komt veranderen de eigenschappen van de tralie en daarmee ook het spectrum aan licht wat wordt teruggeschoten naar het kastje. Het unieke van de tralies is dat zij allemaal een uniek spectrum aan licht filteren hiermee is het mogelijk om op verschillende plekken een verschil van rek waar te nemen.

Bij het meten van rek komt alleen ook direct een probleem om de hoek kijken: de sensoren zijn gevoelig voor zowel mechanische- als thermische rek. Kortom komt het erop neer dat, mocht zowel de temperatuur veranderen als mechanische rek worden toegebracht op de sensor, er niet kan worden achterhaald wat de temperatuur verandering of de rek verandering is. Dit probleem kan wel relatief simpel worden opgelost: tijdens het asfaltverwerkingsproces zijn de kabels die temperatuur moeten meten in een flexibele stalen buis gelegd die niet vervormd onder de druk van bijvoorbeeld de spreidmachine of walsen. Om de kabels extra te beschermen is er een sleuf gevreesd in de tussenlaag, hier is de sensor uiteindelijk ingelegd. De data die vervolgens met deze sensoren wordt vergaard laat alleen rekverandering door thermische rek zien. Voor vervolg metingen van rek zijn de sensoren in een omhulsel van plastic geplaatst. De theorie, en bewezen laboratorium metingen, hebben laten zien dat het plastic gedurende het spreiden van het asfalt smelt en zo samensmelt met de FBG sensoren. Mocht er op een later moment vervorming van het wegvak optreden dan wordt dit geregistreerd middels de FBG sensoren.  

Belang

Het vergaren van allerlei data is natuurlijk niet het doel van deze experimenten op zich. Data gaat pas iets betekenen als we er ook iets mee kunnen. ASPARi heeft onderzocht dat temperatuur een belangrijke parameter is bij het verwerkingsproces van asfaltwegen. Een asfalt laag kan alleen verdicht worden binnen een bepaalde range van temperaturen (ruwweg tussen 85 ⁰C en 150⁰C). Het huidige PQi proces van ASPARi is in staat om oppervlakte temperatuur te meten middels een laser line scanner en IR scanners en kern temperaturen met behulp van thermokoppels. Echter zijn we op zoek naar nieuwe methoden om de kern temperatuur te meten. Zo kunnen we gedetailleerder meten wat de exacte temperatuur is van een asfalt laag en waar nog verdicht kan worden en waar eigenlijk niet.

Daarnaast zorgt de veranderende markt binnen de civiele techniek ervoor dat aannemers een andere houding moeten aannemen bij het aangaan van contracten. Waar voorheen de opdrachtgever veelal verantwoordelijk was voor het onderhoud, zijn nu de aannemers middels DBFM(O) contracten dat zelf voor een bepaald aantal jaar. Om aan alle eisen in het PvE te blijven voldoen is het noodzaak om tijdig problemen in een wegvak op te sporen. FBG sensoren zouden in staat kunnen zijn om rek in het wegvak (wat kan duiden op scheuren of spoorvorming) te detecteren. Hiermee is een aannemer sneller in staat om gericht onderhoud te doen.

Mochten u meer info willen over de werking van FBG sensoren neem dan contact op met Seirgei Miller (s.r.miller@utwente.nl) of Daan Brinkerink (j.i.d.brinkerink@student.utwente.nl)

 

Daan Brinkerink aan het werk

Seirgei, Silu en Denis zijn heel gelukkig met de installatie

Aan de slag met data verzamelen

Sensoren in de laag en de verdichting van de SMA mengsel


Sitemap || © Copyright 2007-2015 - ASPARi