Research Directory of the Brandenburg University of Applied Sciences
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Entwicklung einer synchronen Regelung zweier magnetostriktiver<br />
Aktuatoren zur Erzeugung von Scherwellen<br />
Pr<strong>of</strong>. Dr.-Ing. Nassih Zughaibi<br />
Zur Vorhersage und Erkennung von Rissen beim Tunnelbau<br />
sowie bei Deichen werden Schallwellen angewandt.<br />
Das Prinzip ist in der Abb. 3.1 dargestellt. Die<br />
vom Aktuator erzeugten Schwingungen werden von<br />
den Gesteinmassen reflektiert und von Geophonen<br />
aufgenommen und weiter ausgewertet. Die magnetostriktiven<br />
Aktuatoren kommen bevorzugt als seismische<br />
Quellen zum Einsatz. Diese wurde speziell für den<br />
Tunnelbau im Festgestein entwickelt und ermöglichen<br />
sichere Vorhersage und genauere Erkenntnisse von<br />
geologischen Eigenschaften vor und während der<br />
Bauphase (Abb. 3.1).<br />
Der Kern des Aktuators besteht aus Terfenol-D (Terbium,<br />
Ferrum, Naval Ordnnace Laboratora, Dysprosium).<br />
Beim Anlegen einer Sinusspannung wird ein zeitveränderliches<br />
Magnetfeld in der Spule erzeugt und der<br />
Magnetkern schwingt in achsealer Richtung (Abb 3.2<br />
und 3.3).<br />
Die Aktuatoren sind ursprünglich für Frequenzen<br />
bis 2.000 Hz konzipiert. Für schärfere Diagnose<br />
sind höhere Frequenzen bis 6.100 Hz vorteilhaft.<br />
Bei höheren Frequenzen treten aber starke Resonanzerscheinungen<br />
auf, welche die Vorhersage<br />
stark beeinträchtigen. Zur Verringerung der Resonanzen<br />
wurden verschiedene Regelstrategien<br />
untersucht.<br />
Das Ziel der Untersuchungsarbeiten war es<br />
hauptsächlich, Resonanzstellen zu dämpfen und<br />
Abb. 3.2: Kern des Aktuators<br />
den besonders für die Auswertung kritischen<br />
Phasengang zu glätten. Die sehr geringe Dämpfung<br />
des Aktuators machte sich besonders beim Einsatz<br />
konventioneller Regelverfahren bemerkbar. Daher<br />
haben sich im Laufe der Entwicklungsarbeiten nur<br />
adaptive Regelverfahren nach der LMS- (Least-Mean-<br />
Squares) bzw. RLS- (Recursive Least Squares) Methode<br />
effektiv bewährt.<br />
Der adaptive Regler (Abb. 3.4) besteht aus einem<br />
Finite-Impulse-Response-basierten Filter (FIR). Die Ko-<br />
Abb. 3.1: Prinzip der Schallwellenanwendung<br />
Abb. 3.3<br />
Wissenschaftliche Beiträge – Fachbereich Technik<br />
Scientific Articles – Department <strong>of</strong> Engineering<br />
Forschungsbericht <strong>Research</strong> Report 2007 – 2010 73
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