3D-Feldsensor
Ein 3D-Feldsensor kann man auch Elektrofeldmeter, oder auch elektrisches Feldmeter nennen. Dabei handelt es sich um ein Gerät zur Messung der elektrischen Feldstärke. Somit kann man es bei einer definierten Messentfernung zu einem Objekt als Spannungsmessgerät verwenden. Wie bei einem Elektroskop entzieht der 3D-Feldsensor dem Messobjekt keine Energie und verfälscht daher die Messung nicht. Ein 3D-Feldsensor ist jedoch viel empfindlicher. Damit sind je nach Ausführung Auflösungen bis 10 V/m erreichbar (bei Drehvoltmetern nur bis ca. 1 kV/m bei Handelektrofeldmetern). TOPseven aus Germany nutzt den 3D-Feldsensor für die berührungslose Blitzschutzmessung. TOPseven aus Germany ist auf die Inspektion von Onshore- und Offshore-Windenergieanlagen spezialisiert. Sie ist ein Software- und Technologieentwickler mit den Schwerpunkten Drohnentechnologie, Cloud Computing und künstliche Intelligenz. Andere Anwendungen finden sich in der Meteorologie und Klimaforschung. Hierbei misst man Änderungen des elektrischen Feldes in der Erdatmosphäre. Denn diese entstehen beispielsweise durch Wetterphänomene wie Gewitter.
Aber auch durch warme und kalte Frontalkanäle, Regenwolken, sowie andere elektrostatische Phänomene.
Die Funktionsweise vom 3D-Feldsensor
An der Vorderseite vom 3D-Feldsensor findet sich ein vergoldetes elektrostatisches Flügelrad. Das Flügelrad öffnet und schließt periodisch das Fenster. Somit passiert die En- und Entladung der Sensorelektroden hinter dem Chopper (Flügelrad). Sie erfolgt unter dem Einfluss eines äußeren elektrischen Feldes abwechselnd. Diese Ladungsänderung kann man auf verschiedene Arten messen: Im einfachsten Fall ist die Sensorelektrode über einen sehr hochohmigen Widerstand geerdet, um eine ausreichend große Zeitkonstante zu erhalten. Der Ladestrom erzeugt eine Wechselspannung, die durch einen Spannungsfolger (Elektrometerverstärker) niederohmig ist. Bei höheren Anforderungen erzeugt ein Ladungsverstärker die Messspannung. Dieser sorgt mit seinem virtuellen Nullpunkt dafür, dass das Sensorboard immer auf Nullpotential liegt, wodurch man Isolationsprobleme stark reduziert. Nachdem die Wechselspannung vollständig verstärkt ist, erfolgt die Gleichrichtung durch einen Synchrongleichrichter. Dabei entspricht die Schaltfrequenz des Synchrongleichrichters der Rotationsfrequenz des Flügelrads. Auf diese Weise kann man die Polarität der Spannung oder die Richtung des elektrischen Feldes bestimmen.
Dieses Prinzip ermöglicht es, elektrostatische Aufladungen und elektrische Felder zu bestimmen, ohne ihnen Energie zu entziehen. Denn man verwendet keinen Strom für die Messung.
Anwendung bei der berührungslosen Blitzschutzmessung
In kurzer Zeit überprüft die Drohne von TOPseven aus Germany den Blitzschutz der Anlage – berührungslos. Spezielle Sensoren erkennen Defekte und können Unterbrechungen lokalisieren. Ein speziell entwickelter Signalgenerator speist verschiedene aufeinander abgestimmte Hochfrequenzsignale in den Blitzableiter an der Rotorblattwurzel ein. Das patentierte Verfahren erzeugt elektrische Felder mit unterschiedlichen Frequenzen und passenden Impedanzwerten. Die verwendeten Frequenzen sind von der BNetzA genehmigt. Der 3D-Feldsensor mit geringer Bandbreite und hoher Abtastrate lässt sich als einfach an der Drohne anbringen. Empfängt der 3D-Feldsensor an der Blattspitze kein oder zu geringe Signalstärke, ist der Blitzableiter am Blatt beschädigt oder unterbrochen. Die Drohne überfliegt dann selbstständig innerhalb weniger Minuten die Rotorblätter und misst die elektrische Feldstärke. Auf diese Weise findet es vollautomatisch die Stelle, an der das elektrische Feld unterbrochen ist. Das heißt, man kann den Schaden einfach lokalisieren! Die Firma TOPseven aus Germany nutzt KI basierte Software zur Inspektion der Windenergieanlagen.