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Bundesadler



Spektrale Induzierte Polarisation (SIP)

Das Verfahren der "Spektralen Induzierten Polarisation (SIP)" ist eine Erweiterung elektrischer Widerstandsmessungen. Die Methode wird in der Geophysik zur Erkundung und Charakterisierung von Böden eingesetzt und ergibt neben Hinweisen auf den Materialtyp auch Indikationen zu Porosität, Permeabilität und Salzgehalt. Im Fachbereich 8.2 werden primär Baustoffe (FB 7.1) und Holz (FB 4.1) untersucht, um beispielsweise Porenstrukturen oder Feuchtigkeits- und Salzverteilungen zu erfassen.


Der elektrische Widerstand wird anders als bei konventionellen Messungen nicht mit Gleichstrom, sondern frequenzabhängig mit sinusförmiger Anregung zwischen 1 mHz und 10 kHz gemessen. Aus den Werten von Strom und Spannung wird die Impedanz Z und deren Phase φ ermittelt. Mit Hilfe eines von Elektrodenanordnung und Probengeometrie abhängigen Konfigurationsfaktors wird daraus der komplexe elektrische Widerstand bzw. die komplexe elektrische Leitfähigkeit berechnet.


Die Untersuchung von Proben erfolgt im Labor mit Hilfe an der BAM konstruierter und hergestellter, inzwischen auch an anderen Institutionen (Deutschland, Frankreich, USA) eingesetzter Messzellen. Die von uns primär im Labor eingesetzte Messapparatur (SIP ZEL; Forschungszentrum Jülich) verfügt über zwei Messkanäle.

Die Messungen finden in Klimaschränken (Kontrolle von Temperatur, Luftfeuchte, CO2) statt. Die Auswertung der gemessenen Spektren erfolgt mit verschiedenen Modellen, vorwiegend durch das generalisierte Cole-Cole Modell mittels eigener oder über Forschungskooperationen akquirierter Software. Die daraus ermittelten Charakteristika, beispielsweise die das Frequenzverhalten steuernde Zeitkonstante τ, werden mit Materialeigenschaften wie der Porengröße korreliert.


Für Messungen im Gelände (z. B. Böden, Mauerwerk, Bäume) verfügen wir über eine Sonderversion der SIP 256C (Radic Research), die nicht nur an mehreren Elektrodenpaaren gleichzeitig Spannungswerte messen kann, sondern auch über eine Multifrequenz- und Doppelquellenoption verfügt, um so die Messungen zu beschleunigen. Die Ankopplung an das Untersuchungsmedium erfolgt beispielsweise über Stahlspieße (Böden), Nägel (Bäume) oder EKG-Elektroden (Mauerwerk).


Bei Messungen am inhomogenen Objekt ist ein zusätzlicher Auswertungsschritt erforderlich. Eine einzelne Messung ergibt einen integrativen Wert über ein gewisses Volumen. Aus zahlreichen Messungen mit unterschiedlichen Elektrodenanordnungen und –distanzen lassen sich aber in Grenzen mittels Inversion die Strukturen im Material rekonstruieren. Hierzu verfügen wir über das kommerzielle Programm RES2DINV sowie die in Kooperation mit Dr. Thomas Günther (LIAG) entstandenen Programme Wallbert (Mauerwerk) und DC2dTree (Bäume).

Forschungsschwerpunkte

Abgeschlossene Forschungsvorhaben

Forschungskooperation

Die beteiligten Wissenschaftler(innen) der BAM haben den Arbeitskreis IP der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft (DGG) mit gegründet und beteiligen sich aktiv durch Entwicklung eines Referenzmaterials und Organisation von Ringversuchen. Der Arbeitskreis veranstaltet nationale und internationale Workshops.

Service

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2015-09-03  

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Fachbereich 8.2

Dr. rer. nat.
Herbert Wiggenhauser
Unter den Eichen 87
12205 Berlin
Telefon:
+49 30 8104-1440
E-Mail:
Herbert.Wiggenhauser@bam.de

Dr. rer. nat.
Ernst Niederleithinger
Unter den Eichen 87
12205 Berlin
Telefon:
+49 30 8104-1443
E-Mail:
Ernst.Niederleithinger@bam.de

Dr. rer. nat.
Sabine Kruschwitz
Unter den Eichen 87
12205 Berlin
Telefon:
+49 30 8104-4234
E-Mail:
Sabine.Kruschwitz@bam.de

 

 

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