CH313592A - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Querschnittabmessungen von langgestreckten Räumen, insbesondere von Eisenbahntunneln - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Querschnittsabmessungen von lang gestreckten Räumen, insbesondere von Eisenbahntunneln    Es ist bekannt, die : Meerestiefe durch      Echoloftmg    zu bestimmen und dabei den vom Schiff überfahrenen Grund als Profillinie aufzuzeichnen. Die vorliegende Erfindung betrifft die Vermessung von lufterfüllten langgestreckten Räumen, wie Rohren   irnd    Tun  neln,    insbesondere Eisenbahntunneln, ebenfalls durch   Echolotung.    Zur Aufnahme der Querprofile von Eisenbahntunneln hat man bisher nur mechanische Verfahren angewandt, weil man glaubte, mit andern Entfernungsmessgeräten die hohen Anforderungen an die   Messgenauigkeit    nicht erfüllen zu können.

   Wie Versuche der Anmelderin gezeigt haben; ist es jedoch möglich, die Entfernung der   Tlm-      neiwandung    von einem fahrenden Messwagen aus mit genügender Genauigkeit durch ein  fache    Echolotung zu messen, wenn mit gerichteten Ultraschallimpulsen mit einer Frequenz    von : 100000 Hz gearbeitet wird.

   Während bei    der Ausmessung eines   Flussprofils    durch   Echolotung    in Wasser der Weg des lotenden Schiffes durch ständige Messungen nach festen Punkten an Land bestimmt werden muss, wobei gewisse Fehler, insbesondere durch die Wasserströmung, unvermeidlich sind, liegen bei der Vermessung zum Beispiel eines Eisenbahntunnels weit günstigere Ver  hältnisse    vor, insofern als hierbei der Schienenweg als Bezugssystem zur   Verfügung    steht, Das neue Verfahren ermöglicht insbesondere, von einem den Tunnel durchfahrenden Fahrzeug aus Längsprofillinien im Fahren   aufzlmehmen.    Wegen des geringen Zeitaufwandes können derartige Messungen häufig wiederholt werden,

   so dass gefahrdrohende Verlagerungen der Tunnelwand durch Ge  birgsdruck    rechtzeitig erkannt werden können.



   Das Wesen der vorliegenden Erfindung besteht darin, in langgestreckten   lufterfüllten    Räumen Querabstände der Wandung von einer axialen Bezugslinie aus in bestimmter   Richtig    durch Echolotung mittels von einem Fahrzeug aus ausgesandter Ultraschallwellenimpulse zu messen, insbesondere bei Eisen  bahntlmneln    die Lage der Wände in bezug auf die Geleise zu ermitteln   nnd    dabei verschiedene Profillinien nacheinander oder gleichzeitig aufzuzeichnen.



   Bei der Auslotung von Eisenbahntunneln erzielt man trotz der kleinen Entfernungen eine ausreichende Genauigkeit, da bei Echolotung mit Luftschall die Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Schalles etwa fünfmal geringer als im Wasser ist, so dass man also einen   Eisenbahntlmnel    mit Luftschall ebenso genau vermessen kann wie einen Schiffahrtskanal mit Unterwasserschall.



   Die Erfindung sei an Hand eines Aus führungsbeispiels der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens näher erläutert.  



   Fig. 1 zeigt im Aufriss die auf einem Messwagen angeordneten Sende- und Empfangseinrichtungen zum Vermessen von Eisenbahntunneln.



   Fig. 2 ist eine Draufsicht auf den Messwagen.



   Fig. 3 zeigt die Schaltung der Empfangsund Anzeigevorrichtung.



   Gemäss Fig. 1 läuft in dem von der Wand 1 umschlossenen Tunnel auf Schienen 2 ein Messwagen 3, auf dem an einem gewölbten Aufbau 4, der mit einem schallabsorbierenden Stoff 5 überzogen ist, beispielsweise vier Paare zusammengehörige; magnetostriktive Ultraschallsender und -empfänger 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 befestigt sind, die eine Richtcharakteristik haben, deren   llauptmaximum    annähernd   senlireeht    zur Tunnelwand 1 liegt.



  Zwischen jedem Sender und Empfänger sind Schallschirme 14 angeordnet, um die unmittelbare Erregung der Empfänger durch die Sender zu vermeiden. Um ferner gegenseitige Störungen der verschiedenen   Sender- und    Empfängerpaare zu vermeiden, sind die Sen  der und      Empfängerpaare    gegeneinander versetzt angeordnet, wie in Fig. 2 erkennbar ist.



   Ein Schreibgerät 15 ist mit einem Impulsgenerator 16 für die Sender 6, 8, 10, 12 und vier Verstärkern 17 für die von den Empfängern 7, 9, 11, 13 aufgenommenen Impulse elektrisch verbunden. Über Zahnradgetriebe 18, 19 wird von einer Radachse des Messwagens 3 eine den Papiervorschub bestimmende Welle 20 angetrieben.



   In Fig. 3 treibt ein Motor 21 mit gleichmässiger   Gesehwindigkeit    über eine Welle 22 eine Rolle 23 mit Spitzen 24, die in Löcher 26 eines endlosen Bandes 25 eingreifen, das von einer weiteren Rolle 27 geführt wird. An der   äussern    Seite des Bandes 25 ist ein Nocken 28 angeordnet, der beim Umlauf des Bandes 25 einen Kontakt 29 betätigt und dadurch die Aussendung von Ultraschallimpulsen durch den Impulsgenerator 16 veranlasst. Das endlose Band 25 trägt ferner beispielsweise vier Schreibstifte 30, die mit   Ctleitkontakten    31 verbunden sind. Diese laufen über feste Kontaktschienen 32, die eine Länge von 1/4 der Papierbreite haben und über die Verstärker 17 mit den Empfängern 7, 9, 11, 13 verbunden sind.

   Die Bahnen der Gleitkontakte 31 liegen nebeneinander, und die festen Kontaktschienen 32 sind entsprechend senkrecht zur   B ewegungsrichtung    der   Gieitkontakte    versetzt, so dass jeder Gleitkontakt und der damit   verbundene    Schreibstift nur mit einer der festen   Kontaktschienen    32 in Berührung kommen kann. Die Sehreibstifte 30 laufen über elektrisch empfindliches Registrierpapier 33, das von einer Rolle 34 abläuft und auf eine Rolle 35 aufgewickelt wird und das von einer Platte 36 gestützt wird, die ebenso wie ein Pol der Verstärkerausgänge an Erde liegt. Die Rolle 35 wird über eine Welle 20 von einer Radachse des   Wresswagens    angetrieben.



   Beim Schliessen des Kontaktes 29 durch den Nocken 28 senden alle Sender 6, 8, 10, 12 gleichzeitig gerichtete Ultraschallimpulse einer Frequenz von   100000 dz    aus, die nach Reflexion von verschiedenen Abschnitten der Wand von den Empfängern aufgenommen und von den Schreibstiften 30 auf dem Papier registriert werden. Die Lage der   Aufzeich-    nungen auf dem Papier zeigt die gemessenen Abstände an.



   Die Abstände der Sender- und Empfängerpaare von der Wand sind ungefähr gleich und die relative Anordnung des Nockens 28 und der   Schreibstifte    30 am Band ist so, dass im Durchschnitt die Impulse in der Mitte des   Aufzeichnungsbereiches    jedes Schreibstiftes eintreffen. Die Aufzeichnungen können mit Bezugslinien auf dem Registrierpapier, die dem Standardtunnelprofil entsprechen, ver  glichen    werden. Es ist auch möglich, Registrierungen, die zu verschiedenen Zeiten auf verschiedenen Streifen aufgenommen sind,   op-    tisch zu überlagern und zu vergleichen, um Veränderungen der   Tunnelwand    festzustellen.



   Der Messwagen kann mit einer   Geschwin-    digkeit bis zu 16 km/Std. den zu vermessenden Tunnel durchfahren. Dabei werden in kurzen Zeitabständen von zum Beispiel   t/1O    Sek. Lotungen durchgeführt, so dass die   Tlmnelwan-    dung nahezu kontinuierlich abgetastet wird.  



  Die Vorschubgeschwindigkeit des   Schreibstrei-    fens ist dabei so gewählt, dass die einzelnen   Eehoaufzeichnungen    noch erkennbar voneinander getrennt werden.



   Die Echolotvorrichtung kann auch so ausgebildet sein, dass bei jedesmaligem Durchfahren des Tunnels nur eine oder zwei   Längspro-    fillinien aufgenommen werden, so dass, um eine genügende Anzahl von Längsprofillinien zu erhaIten, ein mehrmaliges Durchfahren des Tunnels bei jedesmal geänderter   Lotrichtung    erforderlich ist.



   Ferner können durch Abtastung der Wand mittels eines in einer Querebene geschwenkten Strahlenbündels auch Querprofile aufgenommen und unmittelbar aufgezeichnet werden, wobei der Messwagen stillsteht und nach der Aufzeichnung eines Querprofils jedesmal ein Stück weitergeschoben wird. Hierbei ergibt sich jedoch ein grösserer Papierverbrauch, wenn diese Querprofillinien in der natürlichen Form aufgezeichnet werden. Um den Papierverbrauch zu verringern, könnte man die Querprofillinien statt in   Polarkoordinateu       auch in cartesischen li : koordinaten aufzeichnen,    so dass sie als fast gerade, über den Schreibstreifen quer   hinweglauf ende    Linien erscheinen.

   Will man Querprofillinien aufzeichnen, so kann der Wagen auch bei jeder Messung stillgesetzt und immer ein kurzes Stück zwischen den Messungen vorgeschoben werden.



   Wird die Echoloteinrichtung so ausgebildet, dass die Aussendung der   Lotimpulse    nach den verschiedenen Richtungen nicht   gleichzei    tig, sondern nacheinander und sich zyklisch wiederholend erfolgt, wobei jeder Sender durch einen besonderen   Kontakt    gesteuert wird, so genügt ein einzelner, parallel mit den   Verstärkerausgängen    verbundener Schreibstift zur Aufzeichnung.

   Bei in Fahrtrichtung gegeneinander versetzt angeordneten Senderempfänger-Paaren lässt es sich in jedem Palle durch geeignete Wahl der Zeitabstände zwischen den Lotungen nach verschiedenen Richtungen erreichen, dass bei einer bestimmten Fahrtgeschwindigkeit des   Messwagens    jeweils für einen Zyklus von Lotungen nach verschiedenen Richtungen die   Lotrichtungen    in einer gemeinsamen Ebene quer zur Tunnelachse liegen und auf diese Weise ein Querprofil bestimmen.



   Für   Iiotungen    in verschiedenen Richtungen können getrennte Lot einrichtungen verwendet werden, wobei das Schreibgerät und der Papiervorschub durch eine gemeinsame mechanische Vorrichtung synchron angetrieben werden.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zur Bestimmung der Quer schnittsabmessungen von langgestreckten Räumen, insbesondere von Eisenbahntunneln, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung von Raumprofilen Abstände der Raumwan- dung in verschiedenen Richtungen in Ebenen quer zur Längsachse des Raumes von einem Messfahrzeug aus durch akustische Echolotung mittels gerichteter Uliraschallwellenimpulse gemessen und aufgezeichnet werden.

   II. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch ein Fahrzeug mit eingebautem schreibendem Echolotgerät mit quer zur Fahrtrichtung gegen die Raumwaudung gerichteten Ultraschallschwingern.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Profillinien zeitlich nacheinander aufgenommen werden.

   2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Profillinien gleichzeitig aufgenommen werden.

   3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass in Fahrtrichtung des Messwagens verlaufende Längsprofillinien aufgenommen werden.

   4. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass nacheinander mehrere senkrecht zur Fahrtrichtung des Messwagens verlaufende Querprofillinien aufgenommen werden.

   5. Verfahren nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsprofil linien auf einem gemeinsamen Schreibstreifen nebeneinander aufgezeichnet werden.

   6. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussendung der Lotimpulse nach den verschiedenen Richtungen zeitlich nacheinander erfolgt.

   7. Verfahren nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschub des Schreibstreifens proportional der vom Messwagen zurückgelegten Pahrtstreeke erfolgt.

   8. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Messwagen mehrere, nach verschiedenen Richtungen quer zur Fahrtbewegimg strahlende Ultraschallschwinger angebracht sind.

   9. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwinger mit einer Einrichtung zur gleichzeitigen Auf zeichninig mehrerer Längsprofillinien verbunden sind.

   10. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeiehnet, dass sie zur Aufnahme von Querprofillinien eingerichtet ist.

   11. Vorrichtung nach Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere gegeneinander akustisch abgeschirmte Ultraschallsender nnd -empfänger vorgesehen sind, und dass jeweils gleichzeitig nach den versehiede. nen Richtungen gelotet wird.

   12. Vorrichtung nach Unteranspruch 10, dadurch gekennzeiehnet, dass Paare von Ultra sehailsendern und -empfängern in Fahrtrichtung gegeneinander versetzt auf dem Messwagen angeordnet- sind und die Ultraschallimpulse derart zeitlich gestaffelt ausgesandt werden, dass bei einer vorgegebenen Fahrtgeschwindigkeit jeweils für eine Gruppe von Echolotungen nach verschiedenen Richtungen die Lotrichtungen in einer gemeinsamen Querschnittsebene liegen.

   13. Vorrichtung nach Patentanspruch II, gekennzeichnet durch eine in verschiedene Richtungen einstellbare Sender-Empfänger Einheit.

   14. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallschwinger mit gegen die Raumwandung gerichteten Sehallführungsrohren verbunden sind.

   15. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass ein gemeinsames Schaltgerät, von dem mehrere Sehallsender betrieben werden, vorgesehen ist.