Klassische Sensoren messen punktuell – faseroptisches SHM misst das Bauwerk als Ganzes. Mit Rayleigh-basierter faseroptischer Sensorik erfassen wir Dehnungen und Rissentwicklungen kontinuierlich über ganze Bauwerke, mit millimetergenauer Auflösung und hoher zeitlicher Dynamik. So entstehen vollständige Riss- und Spannungsbilder statt einzelner Messpunkte. Frühzeitige Schadenserkennung, belastbare Trendanalysen und zustandsbasierte Instandhaltung verlängern die Lebensdauer von Bauwerken deutlich und senken die Kosten pro Nutzungsjahr nachhaltig – bei Systemkosten von unter 0,5 % der Baukosten.
Klassische elektrische Sensoren wie Dehnmessstreifen (DMS) haben sich seit Jahrzehnten bewährt. Sie sind zuverlässig, normiert und in vielen Anwendungen nach wie vor die richtige Wahl – auch wir setzen sie gezielt ein. Ihr prinzipbedingter Nachteil liegt jedoch in der Punktmessung: Ein Bauwerk mit 30 relevanten Stellen benötigt 30 einzelne Sensoren, 30 Verkabelungen und bringt entsprechend viele potenzielle Fehler- und Ausfallstellen mit sich. Und trotzdem ist nicht gewährt, dass man den relevanten Punkt getroffen hat.
Um ein Bauwerk wirklich zu verstehen, reichen einzelne Messpunkte nicht mehr aus. Der Trend geht klar zu hochaufgelösten, kontinuierlichen Messstrategien – und genau hier setzt die verteilte faseroptische Sensorik an. Statt vieler einzelner Sensoren wird eine einzige Glasfaser zum durchgehenden Messorgan. Unsere moderne Systeme ermöglichen bis zu 1.500 Messpunkte pro Meter Faserlänge. Die Messung basiert auf der optischen Streuung innerhalb der Faser, sodass jeder Punkt entlang der Faser ohne zusätzliche Sensorhardware erfasst werden kann.
Konkret bedeutet das: Eine 100 Meter lange Faser liefert bis zu 35.000 kontinuierliche Messwerte mit Auflösungen im Millimeterbereich. Diese bisher unerreichte Datendichte macht es erstmals möglich, Spannungsverteilungen, lokale Schädigungen und das reale Tragwerksverhalten ganzheitlich und in hoher räumlicher Auflösung zu erfassen. Mit der Faseroptik schaut man nicht nur durch das Schlüsselloch, sondern öffnet die ganze Tür.
Verteilte faseroptische Sensorsysteme basieren auf unterschiedlichen Mechanismen der optischen Rückstreuung, die jeweils spezifische Stärken besitzen. Im Wesentlichen lassen sich drei Klassen unterscheiden: Rayleigh Strain Sensing (RSS) für hochauflösende Dehnungs- und Schwingungsmessungen, Brillouin Strain Sensing (BSS) für Dehnung und Temperatur über große Distanzen sowie Distributed Acoustic Sensing (DAS) für rein dynamische, akustische Ereignisse. Für anspruchsvolles Bauwerksmonitoring mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung setzt sich zunehmend RSS als führende Technologie durch.
RSS nutzt die Rayleigh-Rückstreuung der Glasfaser und erlaubt extrem feine Messpunktabstände bei gleichzeitig hoher Messfrequenz. Typische Systeme erfassen bis zu 100 Meter Faserlänge pro Kanal mit Abtastraten von bis zu 10 Hz – ohne aufwendige Mittelungen oder lange Messzeiten. Damit eignet sich RSS ideal für die Analyse realer Lastpfade, lokaler Dehnungsgradienten und dynamischer Effekte. Die räumliche Auflösung liegt im Millimeterbereich und bleibt auch bei höheren Wiederholraten stabil.
Im Vergleich dazu bietet BSS (Brillouin Strain Sensing) deutlich größere Reichweiten von mehreren Kilometern, erkauft sich dies jedoch durch eine geringere räumliche Auflösung und niedrige Messfrequenzen. Für langsam veränderliche Prozesse über große Distanzen ist BSS weiterhin sinnvoll, für detailliertes strukturelles Verständnis jedoch oft zu träge. DAS-Systeme wiederum sind hochsensitiv für akustische Signale, liefern jedoch keine quantitativen Dehnungswerte und sind daher für statische oder quasistatische Bauwerksanalysen nur eingeschränkt geeignet.
RSS schließt damit die entscheidende Lücke: quantitative Dehnungsmessung, hohe räumliche Auflösung und ausreichend hohe Messfrequenzen in einem System. Diese Kombination macht Rayleigh Strain Sensing heute zur leistungsfähigsten DFOS-Technologie für präzises, datenreiches und wirklich interpretierbares Bauwerksmonitoring.
Unsere Projekterfahrung zeigt: Besonders im Betonbau eröffnet faseroptisches Monitoring neue Möglichkeiten im Umgang mit Rissen. Glasfasern werden in präzise gefräste Nuten eingelegt und mit geeignetem Mörtel dauerhaft in den Beton eingebunden. Dadurch entsteht ein exzellenter Verbund und ein zuverlässiger Schutz vor Umwelteinflüssen. Der entscheidende Vorteil liegt jedoch in der Datenqualität: Statt einzelne Risssensoren zu platzieren, erstellen wir eine durchgehende Risskarte über das gesamte Bauwerk. Jeder Riss wird erkannt, lokalisiert und kontinuierlich überwacht.
Risse entstehen nicht abrupt, sondern kündigen sich durch lokale Dehnungsspitzen an. Diese Entwicklung lässt sich mit faseroptischer Sensorik frühzeitig abbilden. In mehreren Projekten konnten wir Rissöffnungsänderungen von unter 0,01 mm erfassen. Dadurch wird es möglich, unter Last zu analysieren, wie stark sich ein Riss öffnet, und über längere Zeiträume zu beobachten, ob sich diese Öffnung vergrößert oder stabil bleibt. Solche Trends sind entscheidend für eine zustandsbasierte Bewertung und ermöglichen gezielte, präventive Eingriffe – lange bevor kritische Schäden sichtbar werden.
Auch im Stahlbau hat sich dieser Ansatz als äußerst wertvoll erwiesen. Auf Stahloberflächen applizierte Glasfasern erlauben die kontinuierliche Erfassung der realen Spannungsverteilung entlang des gesamten Bauteils. Unsere Messungen zeigen dabei immer wieder: Mit einzelnen Punktsensoren wird der tatsächlich relevante Ort häufig verfehlt. Maximale Spannungen treten nicht dort auf, wo sie rechnerisch erwartet oder sensorisch vermutet werden, sondern an unerwarteten Stellen entlang des Bauteils. Erst die flächige, hochaufgelöste Messung macht diese Effekte sichtbar.
Faseroptische Sensorik ersetzt damit nicht nur einzelne Messpunkte, sondern verändert den Blick auf das Bauwerk grundlegend: weg von Annahmen und Stichproben, hin zu einem vollständigen, datenbasierten Verständnis des realen Trag- und Rissverhaltens.
Unter kontrollierten Laborbedingungen haben wir die relevanten Applikationsmechanismen systematisch untersucht und optimiert. Insbesondere bei der Montage auf Stahl hat sich gezeigt, dass die Klebstoffauswahl entscheidend für die Langzeitstabilität ist. Durch Versuche unter dynamischer Belastung und Temperaturwechseln konnten wir geeignete Systeme identifizieren, die auch unter Vibrationen zuverlässig funktionieren. Diese Erkenntnisse fließen direkt in unsere Projektpraxis ein.
Ein wesentlicher Bestandteil unserer Arbeit ist die enge Zusammenarbeit mit lokalen Hochschulen. Dadurch sind wir in der Lage, bei neuen oder besonders anspruchsvollen Projekten vorab gezielte Untersuchungen durchzuführen und Applikationskonzepte projektspezifisch zu validieren. So stellen wir sicher, dass die eingesetzte Sensorik nicht nur messtechnisch, sondern auch konstruktiv optimal an das jeweilige Bauwerk angepasst ist.
Die Installation faseroptischer Sensoren ist dabei auch im Bestand und unter laufendem Betrieb möglich. Die Eingriffe bleiben lokal begrenzt und erfordern keine wesentlichen Einschränkungen der Nutzung – ein entscheidender Vorteil für kritische Infrastruktur und bestehende Bauwerke.
Die Wirtschaftlichkeit von Monitoring-Systemen lässt sich nicht über Anschaffungskosten bewerten, sondern ausschließlich über den Lebenszyklus eines Bauwerks. Internationale Studien und unsere Projekterfahrung zeigen: Zu den reinen Baukosten kommen über die Nutzungsdauer eines Bauwerks typischerweise weitere 80–150 % für Wartung, Instandsetzung und Sanierung hinzu. Entscheidend ist daher nicht, wie viel ein System heute kostet, sondern wie stark es die Kosten pro Nutzungsjahr beeinflusst.
Structual Health Monitoring (SHM) ermöglicht genau hier einen Paradigmenwechsel. Durch die kontinuierliche Erfassung von Rissentwicklung, Dehnungen und Lastzuständen lassen sich Schäden frühzeitig erkennen, korrekt bewerten und gezielt sanieren. Das verhindert unnötige Eingriffe, reduziert Sicherheitszuschläge und verlängert die effektive Lebensdauer von Bauwerken. Statt reaktiver Notfallmaßnahmen wird eine zustandsbasierte Instandhaltungsstrategie möglich.
Faseroptische Sensorik ist für diesen Ansatz besonders geeignet, da sie dauerhaft installiert wird und großflächige, hochaufgelöste Informationen liefert. Ideal ist die Integration ab Tag 0, also bereits während der Bauphase. Die Kosten für ein System zur regelmäßigen Riss- und Zustandsüberwachung liegen dabei typischerweise bei unter 0,5 % der Baukosten. Über die Lebensdauer betrachtet kann ein solches Monitoring jedoch die Gesamtkosten um mehr als 20 % reduzieren – durch verlängerte Nutzungsdauer, optimierte Sanierungszeitpunkte und eine deutlich bessere Entscheidungsgrundlage.
Damit wird faseroptisches SHM nicht zu einem zusätzlichen Kostenfaktor, sondern zu einem wirtschaftlichen Werkzeug, das Bauwerke sicherer, langlebiger und langfristig deutlich günstiger macht.