Hoe een sensor van een paar millimeter kan voorkomen dat een windmolen knakt

Begin januari brak bij Zeewolde een windmolen door midden. En in Noorwegen stortte afgelopen zomer een brug in. Dit soort ongelukken met grote constructies kunnen worden voorkomen met predictive maintenance. Noorse onderzoekers komen nu met een Mems-sensor die alarm slaat door te trillen als een gitaarsnaar.

Sintef-onderzoeker Guido Sordo: “Terwijl de gitaarsnaar op een bepaalde frequentie moet trillen om precies de juiste toon te geven, variëren oscillaties in de sensor afhankelijk van het gedrag van de structuur waaraan hij is bevestigd. Deze variaties kunnen waarschuwingen geven dat er iets mis is. Op deze manier is het voor de sensor mogelijk om structurele overbelasting, materiaaldefecten en onderhoudsbehoeften te identificeren – voordat er grote storingen optreden.

“De meeste grote problemen beginnen als kleine”

Je ziet niet vaak bruggen en windturbines die zo zwaar beschadigd zijn dat ze instorten, maar de Badderen-brug in de provincie Nord-Troms deed dat afgelopen zomer wel. “Het is een goed voorbeeld van een constructie die baat had kunnen hebben bij het gebruik van een sensor die kan monitoren hoe een constructie zich gedraagt. De sensoren die we ontwikkelen zijn in de eerste plaats ontworpen om onderhoudsroutines te optimaliseren en onderhoudskosten te verlagen. Problemen worden in een vroeg stadium gesignaleerd en dit maakt het veel gemakkelijker om te voorspellen wat er gedaan moet worden en wanneer je het moet doen”, zegt hij. Hierdoor kunnen operators voorspellend onderhoud uitvoeren.

Goedkoop maar nauwkeurig

Er is al een grote verscheidenheid aan sensoren die voor bewakingsdoeleinden aan constructies kunnen worden bevestigd. “Er zijn veel goedkope sensoren op de markt, maar het is gemakkelijk om goedkoop te zijn ten koste van nauwkeurigheid en stabiliteit in de loop van de tijd”, zegt Sordo. “Sommige presteren uitstekend, maar deze kunnen extreem gecompliceerd en duur zijn om te produceren. Ons doel is om een sensor te ontwikkelen die vergelijkbaar is met de best beschikbare, maar tegen veel lagere kosten. Onze focus ligt daarbij op de monitoring van mechanische stress. De oscillatie van de sensor varieert als reactie op kleine bewegingen van de structuur, wat precies aangeeft wat er waarschijnlijk gaat gebeuren.”

Vacuüm

De Mems-sensor bevat een filament van slechts 1 millimeter lang. De afmetingen van de gehele sensor zijn slechts 3 bij 3 millimeter en een kwart millimeter dik. “Tot nu toe waren er grotere sensoren op de markt met vergelijkbare oscillerende filamenten”, zegt Sordo. “We hebben technologie gebruikt die eerder bij Sintef is ontwikkeld om de sensorafmetingen te verkleinen en de prestaties te verbeteren. Wanneer de sensor vacuüm wordt verpakt, wordt hij stabiel, nauwkeurig en gebruikt hij heel weinig energie.”

Van onderzoek tot product

Bewijs dat de sensor werkt, werd vorig jaar verzameld, slechts een jaar nadat Sordo het project lanceerde. Maar er moet nog veel worden getest en ontwikkeld. De onderzoekers zijn nu van plan om de sensor onder zwaardere omstandigheden buiten het laboratorium te testen, hoogstwaarschijnlijk in een maritieme omgeving.