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Präzise und zuverlässig bei Wind und Wetter: Physikalisch-Technische Bundesanstalt realisiert weltweit einmalige Kalibrierbasis mit MICROSENS -Switches

Erdrutsche zuverlässig zu prognostizieren, sichere Aussagen zu Erdverschiebungen treffen zu können oder auch gefragte Innenstadtlagen präzise zu vermessen – für all diese Anwendungsbereiche nutzen Spezialisten elektrooptische Distanzmesser, kurz EDM. Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt in Braunschweig entwickelte eine weltweit einmalige Kalibrierbasis, auf der die wichtigsten Korrekturfaktoren eines EDM mit höchster Präzision rückführbar auf die SI-Definition des Meters ermittelt werden können. Die dazu verwendete Pfeilerstrecke misst 600 Meter und verfügt über ein umfangreiches, kalibriertes Sensornetzwerk. Übertragen werden sämtliche Daten aus den Sensoren über Industrieswitches von MICROSENS. Die Anforderungen an die Netzwerk-Komponenten sind entsprechend hoch.

Messungen unter realen Bedingungen

Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt ist der Inbegriff an Präzision und Zuverlässigkeit, schließlich verantwortet das nationale Metrologie-Institut die gesetzliche Zeit in Deutschland. Mehrere Atomuhren sorgen in Braunschweig dafür, dass wir nicht aus dem Zeittakt kommen. Gemessen und geforscht wird aber in weitaus mehr Bereichen, dazu gehört auch die Geodätische Entfernungsmesstechnik. 2011 baute das Institut eine aus den siebziger Jahren stammende Pfeilerstrecke zu einer hochpräzisen Kalibrierstation aus. Elektrooptische Distanzmesser nutzen Laserstrahlen, um Entfernungen zu bestimmen. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts hängt allerdings von sehr vielen äußeren Einflüssen ab. Wird bei einer Messung eine hohe Genauigkeit gefordert, müssen Temperatur, Luftfeuchte und Luftdruck genauestens bekannt sein. Die PTB installierte aus diesem Grund neben den Zentrierstationen auf den Pfeilern 60 Temperatursensoren, sechs Feuchtesensoren und zwei Drucksensoren entlang der Strecke. Alle 30 Sekunden messen diese Sensoren die Umweltdaten entlang der Strecke. Die Messung alleine genügt natürlich nicht. Schnell und zuverlässig müssen die Daten an eine Zentraleinheit weitergeleitet werden. Dazu erhielt die IT-Abteilung der PTB um Holger Seifert die Aufgabe, ein leistungsfähiges Netzwerk entlang der Strecke aufzubauen. Die Anforderungen an die gesuchten Switching-Komponenten waren dabei sehr hoch:

  • Sie mussten im Außenbereich alle Temperaturschwankungen überstehen, da die Verteilerschränke zwar beheizt, aber nicht gekühlt werden können.
  • Sie sollten sehr kompakt gebaut sein und idealerweise auf der DIN-Schiene montiert werden können.
  • Mindestens über zwei optische Eingänge sollten sie verfügen, um die optische Busstruktur realisieren zu können.

Gigabit-Switching bei jedem Wetter

Auf der Suche nach einem geeigneten Produkt fiel die Wahl auf Gigabit Ethernet-Industrieswitches von MICROSENS. Holger Seifert, Mitarbeiter der Arbeitsgruppe Datennetze, erklärt dazu: „Diese Industrieswitches haben wir gewählt, da sie sehr robust und gleichzeitig kompakt sind. Sie arbeiten bei Temperaturen zwischen minus 40 Grad Celsius und plus 70 Grad Celsius reibungslos.“ Installiert wurden insgesamt sechs Switches in Verteilerkästen im Abstand von 100 Metern entlang der Messtrecke. Jeder Messverteiler beherbergt zusätzlich ein Temperaturmessgerät, das die Daten von elf Sensoren sammelt, und ein Feuchtemessgerät mit zwei Sensoren. Darüber hinaus wurden zwei Messverteiler mit jeweils einem Druckmessgerät ausgerüstet. Sämtliche Messgeräte werden über Patchkabel mit dem Switch verbunden, diese sind dann über Glasfaser miteinander gekoppelt. Zusammengeführt werden die Messdaten direkt an der Strecke in einem klimatisierten Laborcontainer, in dem sich die Zentraleinheit befindet. Seit ihrer Installation im Jahr 2011 arbeiten die Switches 365 Tage im Jahr und haben  schon zahlreiche extreme Witterungsbedingungen überstanden. Für Tobias Meyer, der die Kalibrierbasis technisch betreut, spielt das eine ganz wesentliche Rolle: „Wir vermieten die Kalibrierbasis regelmäßig an andere Behörden, Vermessungsingenieure und Forschungseinrichtungen. Sie nutzen die Strecke völlig selbstständig und erwarten, dass alle Daten präzise aufgezeichnet und reibungslos übertragen werden.“

Erfolgreiche Zusammenarbeit

Die Kalibrierbasis in Braunschweig erreicht unter günstigen Witterungsbedingungen mit diesem weltweit einmaligen Aufbau bei einer Messung über eine Strecke von 600 Metern eine erweiterte Messunsicherheit unter 0,8 Millimetern. Das gelingt nur, wenn die mittlere Temperatur entlang der gesamten Messtrecke, die geprüft werden soll, jederzeit bis auf 0,15 Kelvin bekannt ist. Datenverluste oder Ausfälle bei der Informationsübermittlung kann sich die PTB hier nicht leisten. Holger Seifert hebt hervor: „Unser erstes optisches Netzwerk im Endbereich haben wir 1997 mit MICROSENS Komponenten aufgebaut. Seitdem konnten wir uns in zahlreichen Projekten von der Zuverlässigkeit der Produkte überzeugen. Diese Erfahrungen haben sich auch im Bereich der Industrieswitche wieder bestätigt.“