Magnetfeldmonitoring von Bahnanlagen
- Degree programme: BSc in Elektrotechnik und Informationstechnologie
- Authors: Christian Armin Schmid, Tri Bao Nguyen
- Thesis advisor: Prof. Dr. Kurt Lehmann
- Expert: René Vollenwyder
- Year: 2020
Aufgrund der stetig steigenden Bedürfnisse im öffentlichen Verkehr planen Verkehrsbetriebe wie die SBB den Fahrplan auszubauen. Dadurch erhöhen sich die Anzahl Zugdurchfahrten auf einem Streckenabschnitt sowie die damit verbundenen Magnetfeld-Emissionen. In der NISV sind hierfür die zulässigen Grenzwerte geregelt. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Magnetfeldmesssystem entwickelt, das mit einer Langzeitmessung die Einhaltung der gesetzlichen Grenzwerte belegt.
Ausgangslage und Ziel
Die Bedürfnisse im öffentlichen Verkehr nehmen kontinuierlich zu. Um dem höheren Bedarf zu decken, werden die Fahrpläne z.B. von einem Halb- auf einen Viertelstundentakt erweitert. Damit erhöht sich die Anzahl Zugdurchfahrten auf den Strecken und folglich steigt die Belastung der magnetischen Flussdichte in Gleisnähe. Laut Verordnung über den Schutz vor nichtionisierender Strahlung NISV ist maximal 1 Mikrotesla Effektivwert im 24h-Mittel erlaubt. Eine Überprüfung erfordert eine Langzeitmessung der Magnetfeld-Emissionen im Frequenzbereich des Bahnstroms. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Messgerät entwickelt, welches über einen längeren Zeitraum von beispielsweise ein bis zwei Wochen Daten erfassen kann.
Konzept
Im erstellten Konzept besteht das Messsystem aus zwei Bereichen. Zuerst werden die magnetischen Felder mit dem entwickelten Messgerät (siehe Abbildung 1) erfasst. Anschliessend werden die gespeicherten Rohdaten auf einen Rechner übertragen und es erfolgt eine digitale Datenverarbeitung. Die Absicht hinter der Aufteilung ist, ein schnelles Logging ohne Datenverluste zu gewährleisten, um fehlerhafte Datensätze zu vermeiden.
Realisierung
Ein Mikrocontroller von ST Microelectronics bildet das Herzstück des Datenerfassungssystems. Ein darauf in C implementiertes Echtzeitbetriebssystem von FreeRTOS steuert den AMR-Sensor zur Detektierung der magnetischen Flussdichte sowie den Speichervorgang auf eine MicroSD-Karte. Mit einer Abtastrate von 1000 Samples pro Sekunde werden die Magnetfelder aufgezeichnet und mittels Pingpong-Buffer auf den Massenspeicher geschrieben. Die Rohdaten werden über ein MATLAB-Script eingelesen und mit einem Bandpassfilter im Bereich von 16⅔Hz gefiltert. Abschliessend wird der Effektivwert berechnet und in einem zeitlichen Verlauf dargestellt. Die Mittelung des Effektivwerts über 24h liefert die Grundlage für einen Vergleich mit den erlaubten Grenzwerten.
Ausblick
Das entwickelte Messgerät wird vom Auftraggeber zur Unterstützung von Modellrechnungen verwendet. Mit Magnetfeld-Messungen können an Orten mit empfindlicher Nutzung die Einhaltung der NISV nicht nur im Modell berechnet, sondern auch messtechnisch nachgewiesen werden.
