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Bachelorarbeit: Steuerung für eine Autonome Seismometer-Feldmessstation

Unsichtbare Messstationen überwachen

Seismometer überwachen flächendeckend die geologischen Bewegungen in der Schweiz. Damit sie arbeiten können, müssen sie mit ausreichend Strom versorgt und vor Ausfällen geschützt werden. Die Systemtechnik-Absolventen Simon Aeschlimann und Claudio Citterio haben dafür ein Überwachungssystem samt App entwickelt.

Die Schweiz ist in Bewegung – wortwörtlich. Denn die Berge der Alpen sind keineswegs statisch, sondern wachsen und arbeiten kaum spürbar, aber unaufhörlich. Nachweisen lässt sich das mit Messgeräten, wie sie die Streckeisen GmbH herstellt. Die Firma entwickelt Oberflächen- und Bohrloch-Seismometer für permanente und immer häufiger auch für temporäre Stationen. Sie machen Aufzeichnungen von einigen Monaten bis zu mehreren Jahren. Der Bau dieser Messstationen ist aufwendig. Diverse Komponenten, wie beispielsweise die Stromversorgung, sind jedoch oberirdisch sichtbar und locken so neugierige Passanten und Tiere an, die das Messsignal stören. Daher hat die Streckeisen GmbH das ZHAW-Institute of Signal Processing and Wireless Communications (ISC) beauftragt, eine Steuer- und Überwachungseinheit für im Boden versenkbare Messstationen zu entwickeln.

Das Rundum-Paket

Für Simon Aeschlimann und Claudio Citterio ergab sich somit eine Möglichkeit für ihre Systemtechnik-Bachelorarbeit. «Uns bot sich hier eine grosse Bandbreite an Aufgaben – von der Konzeptionierung, über die Hardware-Entwicklung bis hin zum App-Programmieren», erläutert Simon Aeschlimann. Damit das Seismometer unterirdisch mehrere Monate autonom arbeiten kann, mussten die Absolventen eine Stromversorgung mittels Akkus einplanen. Die neue Überwachungseinheit misst Temperatur, Luftdruck und Feuchtigkeit an verschiedenen Positionen im vergrabenen Messsystem. Diese Daten sendet sie zusammen mit den Akkuzuständen und dem Seismometer-Zustand via Bluethooth an die eigens entwickelte App. Somit kann der Anwender den Gesamtzustand der Messstation benutzerfreundlich abfragen. Ausserdem empfängt die App ein Alarmsignal, sobald beispielsweise Wasser in das Messsystem eindringt und es gefährdet.

«Uns war wichtig, dass unser System möglichst offen und flexibel ist.»

Simon Aeschlimann

Der eigene Anspruch als Ansporn

Die Steuer- und Überwachungseinheiten SeismoBoard und AkkuBoard mussten die Absolventen händisch bestücken – eine filigrane und sehr komplexe Arbeit. «Das dauert schon mal einen ganzen Tag», sagt Claudio Citterio. «Bei der ersten Inbetriebnahme hat ein Kurzschluss den kompletten Print zerstört. Die Fehlersuche und das erneute Löten haben uns einiges an Zeit gekostet.» Ein Grund für die Komplexität war auch der eigene Anspruch der Absolventen. «Uns war wichtig, dass unser System möglichst offen und flexibel ist», sagt Simon Aeschlimann. «Das war in der Entwicklung zwar komplexer, aber lässt dem Kunden später mehr Möglichkeiten offen. So könnte sich die Stromversorgung optional auch über Solarpanels realisieren lassen.» 

Neues gewagt

Ist die Hardware-Entwicklung noch eine klassische Ingenieursdisziplin, ist dagegen die App-Programmierung eine neue Herausforderung. «Für uns war es das erste Mal, dass wir eine mobile Applikation entwickelt haben», so Simon Aeschlimann. Und dennoch funktioniert die App wie geplant. Sie zeigt zuverlässig die Pendelposition des Seismometers und den Zustand der Akkus an. Das entwickelte Überwachungs- und Powermanagementsystem dient der Streckeisen GmbH als Grundlage für die Entwicklung einer kompakten, autonomen und benutzerfreundlichen Feldmessstation. Getestet haben die Absolventen die Funktionen der Steuer- und Überwachungseinheit bisher einzeln. «Das gesamte System ist sehr komplex, daher hatten wir bisher noch nicht die Möglichkeit, einen Feldtest durchzuführen», so Claudio Citterio. Erste Feldversuche mit dem neuen System will die Streckeisen GmbH im Spätsommer 2019 realisieren.

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