BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur in situ-Bestimmung des Durchmessers von Armierungsstäben in Bauten mittels einer induktiven Messsonde. Geräte zum Suchen von Armierungseisen in Bauten sind seit längerem im Handel erhältlich. Mittels einer Messsonde, die eine Spule enthält, welche ihrerseits Teil eines elektrischen Schwingkreises ist, können Armierungseisen geortet werden, indem der Einfluss des Eisens auf die Spule und damit auf den Schwingkreis beobachtet wird. Der Gütefaktor des Schwingkreises nimmt bei der Annäherung der Spule an ein Armierungseisen ab, was sich in erhöhter Dämpfung des Schwingkreises äussert. Bei festgestellter, grösster Dämpfung des Schwingkreises befindet sich der zu ortende Stab gerade unter der Messsonde.
Neben dieser blossen Lokalisierung von Armierungsstäben ist es ferner bekannt, deren Überdekkung im jeweiligen Bauwerk zu bestimmen, falls der Stabdurchmesser bekannt ist, indem die festgestellte maximale Dämpfung bei gegebenem Stabdurchmesser ein direktes Mass für diese Überdeckung bilden kann.
Ist jedoch der Stabdurchmesser nicht bekannt, so kann auch die Überdeckung nicht bestimmt werden. Es besteht deshalb insbesondere für Bauwerke, bei welchen die Baupläne nicht mehr zugänglich sind, sowie zu Kontrollzwecken das Bedürfnis, den Stabdurchmesser durch Messung von aussen exakt bestimmen zu können, wonach nach bekannter Methode auch die Überdeckung ermittelt werden kann. Bisherige Versuche mittels der genannten Sonden beruhten auf dem Vergleich zweier Messungen in unterschiedlichen Abständen über dem gefundenen Eisen. Dabei war die exakte Positionierung der Sonde ausschlaggebend. Mehr als eine grobe Abschätzung, die indessen für die nachfolgende Überdeckungsbestimmung eine unzureichende Grundlage bildete, konnte damit nicht erreicht werden. Für exakte Messungen musste deshalb auf Röntgenverfahren zurückgegriffen werden, die jedoch sehr kosten- und zeitaufwendig sind.
Es stellt sich deshalb die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mittels denen auf einfache Art eine exakte Messung des Durchmessers von Armierungsstäben in Bauten möglich ist.
Dies gelingt dadurch, dass längs einer Wegstrecke quer zur Stabrichtung Signalwerte aufgenommen werden und aus diesen bzw. den Signalwertänderungen ein Mass für die Stabdicke abgeleitet wird. Vorzugsweise verläuft der Weg im wesentlichen senkrecht zur Stabrichtung, und seine Endpunkte liegen auf entgegengesetzten Seiten der Stabachse, derart, dass irgendwo zwischen den Seitenpositionen ein Signalextremwert auftritt. Als Mass für die Stabdicke, das im Messbereich von der Betonüberdeckung unabhängig ist, kann daraus mindestens eine Kenngrösse der entsprechenden, wegabhängigen Signalwertkurve bestimmt werden, welche für die Stabdicke charakteristisch ist.
Die Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens besitzt eine induktive Messsonde, die zur Aufnahme von Signalwerten längs einer Wegstrecke zwischen zwei Endpunkten ausgestaltet ist, und eine mit der Sonde verbundene Auswertschaltung zur Abtastung und Speicherung der Signalwerte längs der Wegstrecke und zur Bestimmung des Stabdurchmessers aus den gespeicherten Werten. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist hierzu die Sonde in einem Gehäuse mittels einem motorischen Antrieb zwischen zwei seitlichen Endlagen verschiebbar angeordnet.
Nachfolgend wird anhand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht durch die erfindungsgemässe Sonde;
Fig. 2 eine entsprechende Aufsicht, mit weggebrochener Deckfläche;
Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III - III in Fig. 1;
Fig. 4a und b Diagramme mit schematischer Darstellung des Messsignals;
Fig. 5 ein Blockdiagramm der Auswertschaltung.
Zunächst wird anhand der Fig. 4 das allgemeine Messverfahren erläutert, wobei auf die Vorrichtung gemäss Fig. 1 und 2 nur soweit Bezug genommen wird, als dies zum Verständnis des Verfahrens nötig ist. Anschliessend soll dann die Vorrichtung im einzelnen erläutert werden,
Das Verfahren beruht darauf, dass mittels einer Sonde 10 an sich bekannter Bauart, wie sie z. B. unter dem Handelsnamen Profometer 2 bei der Fa. Proceq, Zürich, erhältlich ist, Messwerte längs einer Wegstrecke quer zur Richtung eines Armierungsstabs 2 aufgenommen werden. Die Sonde 10 enthält eine Spule 27, welche Teil eines Schwingkreises ist.
Die Dämpfung dieses Schwingkreises liefert das Messsignal.
In den Fig. 1 und 2 ist die Sonde 10 innerhalb eines Auf nahmegeräts 1 in einer der Endlagen mit durchgezogenen Linien und in der anderen Endlage gestrichelt gezeigt. Dazu korrespondieren die Fig. 4 a und b, worin die von der Sonde 10 aufgenommenen Messwerte f (X) in Abhängigkeit des Wegs x quer zum Armierungsstab 2 gezeigt sind.
Zur Positionierung des Aufnahmegeräts 1 über dem Armierungsstab 2 wird zunächst auf herkömmliche Weise die Lage und Richtung des betreffenden Armierungsstabs im Bauwerk bestimmt, wozu dieselbe Vorrichtung benutzt werden kann. Nach dem Anzeichnen des aufgefundenen ungefähren Verlaufs 2' des Armierungsstabs auf der Wandoberfläche kann das Gerät 1 mittels Markierungen 3 so über dem Armierungsstab positioniert werden, dass der Weg der Sonde quer und etwa rechtwinkelig dazu verläuft. Dabei kommt der exakten Positionierung keine wesentliche Bedeutung zu, indem das Messverfahren solche Ungenauigkeiten ausgleicht. Nach Auslösung des Messvorgangs bewegt sich die Sonde 10 ein oder mehrmals längs des Weges A. Dabei werden Messwerte längs dem durchgezogenen Teil der Kurve f (X) abgetastet.
Aus der Signalwertkurve f (X) lassen sich hierauf Kennwerte ermitteln, welche für die Stabdicke charakteristisch sind. Wie sich aus einem Vergleich der beiden Figuren 4 a and 4 b zeigt, ist z. B. die Kurvenbreite ein solcher Kennwert, indem bei kleinerem Stabdurchmesser d eine geringere Kurvenbreite resultiert. Wird nun ausgehend vom Maximalwert f (Xo) in Analogie zur Bandbreitenbestimmung bei einem Signalwert von z. B. 0,7 f (Xo) die Kurvenbreite X2- Xl = AX bestimmt, so lässt sich daraus auf die Stabdicke d schliessen. Die Bestimmung dieses Wertes hängt, wie man sogleich sieht, nicht von der genauen Positionierung des Aufnahmegeräts 1 ab. Die so ermittelte Kurvenbreite AX wird gemäss einer empirisch ermittelten Beziehung mit dem Signalextremwert f (Xo) in Zusammenhang gesetzt, woraus sich der Stabdurchmesser ableiten lässt.
Es sei hier darauf hingewiesen, dass auch andere Kenngrössen, welche für die Kurvenbreite charakteristisch sind, in entsprechender Weise als Grundlage für die Durchmesserbestimmung beigezogen werden können.
Das beschriebene Vorgehen der Messwertaufnahme und Auswertung längs eines Wegs quer zum Armierungseisen 2 erlaubt eine von der Exaktheit der Positionierung des Geräts sowie von der Überdeckung des Armierungseisens unabhängige Bestimmung des Durchmessers.
Auf der Grundlage des so bestimmten Durchmessers ist hernach eine Überdeckungsbestimmung ohne weitere Messungen möglich, indem aus dem ermittelten Extremwert f (Xo) und dem Durchmesser direkt auf die Überdeckung geschlossen werden kann.
Nachfolgend soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens erläutert werden. Die Vorrichtung weist im wesentlichen ein Aufnahmegerät 1 (Fig. 1-3) und eine damit verbundene Auswertschaltung 15 (Fig. 5) auf. Das Aufnahmegerät 1 besitzt ein Gehäuse 4, dessen Boden 5 aus einem für elektromagnetische Felder durchlässigen Material besteht. Auf diesem Boden 5 ist eine Tragplatte 6 für die induktive Sonde 10 verschiebbar angeordnet. Die Sonde 10 ist eine Punktsonde der genannten Bauart und enthält eine Induktionsspule 27, die Teil eines elektrischen Schwingkreises ist. Im Gehäuse ist ferner ein Motor 7 als Antrieb für die Verschiebung der Sonde längs eines Wegs A innerhalb des Aufnahmegeräts angeordnet, der mittels Batterien 8 angetrieben ist.
An der Motorwelle ist eine Antriebsscheibe 9 angeordnet mit einem Nocken 11, der in eine schlitzförmige Ausnehmung 12 der Tragplatte eingreift. Ferner besitzt die Antriebsscheibe an ihrer Peripherie eine Steuerfläche 14, welche mit einem Schalter 13 zusammenwirkt. Durch Rotation der Antriebsscheibe 9 um eine Umdrehung wird der Sensor einmal längs des Wegs A hinund herverschoben und nimmt dabei zweimal die Messkurve f (Xo) auf. In der Praxis werden beispielsweise zwei Umdrehungen ausgeführt, d. h. vier Messkurven aufgenommen, was eine Mittelung gestattet.
Die Länge des Verschiebungswegs A ist so gewählt, dass einerseits ein ausreichender Weg für die beschriebene Messung vorhanden ist und anderseits die Messung auch bei nahe voneinander liegenden Armierungseisen nicht gestört wird.
Über eine Leitung 17 und einen Stecker 16 ist die Auswertschaltung 15 an das Aufnahmegerät angeschlossen. Sie enthält einen Mikroprozessor 18, der sowohl Steuer- als auch Rechnerfunktion hat. Der Schwingkreis wird von einem Oszillator 20 und der Spule 10 gebildet. Über einen Vorverstärker 21 und einen Gleichrichter 22 wird das Messsignal einem Analog-Digital-Wandler 23 zugeführt, dessen digitaler Ausgang mit dem Mikroprozessor verbunden ist. Im Mikroprozessor wird das Messsignal abgetastet und in der eingangs erläuterten Weise verarbeitet. Schliesslich ist für die Ausgabe des Messergebnisses eine Digitalanzeige 24 vorgesehen.
Neben der erläuterten Durchmesserbestimmung kann die Vorrichtung, wie erwähnt, auch für die anfängliche Lageermittlung sowie für die Bestimmung der Überdeckung bei ermitteltem Durchmesser eingesetzt werden. Hierfür ist ein Betriebsartenschalter 25 vorgesehen, mittels welchem die einzelnen Betriebsarten einstellbar sind. Zur Lageermittlung wird jeweils direkt der aufgenommene Messwert f (X) angezeigt. Durch Verschieben des ganzen Aufnahmegeräts 1 kann durch visuelle Beobachtung des angezeigten Messwerts die Lage des Armierungseisens gefunden werden. Eine Wiederholung des Vorgangs an einer benachbarten Stelle ergibt den Richtungsverlauf. In der zweiten Betriebsart erfolgt die erläuterte Durchmesserbestimmung, während in der dritten Betriebsart die Überdeckung bestimmt und angezeigt wird.
Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt die Aufnahme der Signalwerte längs des Wegs A durch mechanische Verschiebung der Sonde 10. Eine entsprechende Messwertaufnahme ist auch auf rein elektrischer Basis möglich, wenn eine Mehrzahl von Spulen längs des Wegs A fest angeordnet und nacheinander an den Schwingkreis angeschaltet werden. Die so aufgenommenen, diskreten Messwerte entsprechen im wesentlichen den auf die beschriebene Weise ermittelten Abtastwerten und können auf analoge Weise verarbeitet werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren und die erläuterte Vorrichtung gestatten es, rasch und exakt den Durchmesser unbekannter Armierungseisen in Bauwerken festzustellen, sowie daraus deren Betonüberdeckung abzuleiten. Dabei ist der Messvorgang weitgehend automatisiert und berücksichtigt Fehler, welche in der Benutzerpraxis unvermeidbar sind.
Insbesondere erübrigt sich eine exakte Positionierung des Aufnahmegeräts.
DESCRIPTION
The invention relates to a method and a device for in-situ determination of the diameter of reinforcing bars in buildings by means of an inductive measuring probe. Devices for searching for reinforcement bars in buildings have been commercially available for a long time. Using a measuring probe that contains a coil, which in turn is part of an electrical resonant circuit, reinforcing irons can be located by observing the influence of the iron on the coil and thus on the resonant circuit. The quality factor of the resonant circuit decreases when the coil approaches a reinforcing iron, which manifests itself in increased damping of the resonant circuit. If the greatest damping of the resonant circuit is found, the rod to be located is just under the measuring probe.
In addition to this mere localization of reinforcing bars, it is also known to determine their covering in the respective building if the bar diameter is known, in that the maximum damping determined for a given bar diameter can form a direct measure of this coverage.
However, if the bar diameter is not known, the overlap cannot be determined. There is therefore in particular for buildings in which the construction plans are no longer accessible, and for control purposes there is a need to be able to determine the rod diameter precisely by measuring from the outside, after which the coverage can also be determined using a known method. Previous tests using the probes mentioned have been based on the comparison of two measurements at different distances above the iron found. The exact positioning of the probe was decisive. It was not possible to achieve more than a rough estimate, which, however, was an insufficient basis for the subsequent coverage determination. X-ray methods had to be used for exact measurements, but they are very costly and time-consuming.
It is therefore the task of creating a method and a device of the type mentioned at the outset, by means of which an exact measurement of the diameter of reinforcing bars in buildings is possible in a simple manner.
This is achieved by taking signal values along a path transverse to the direction of the bar and deriving a measure for the bar thickness from these or the signal value changes. Preferably, the path is substantially perpendicular to the direction of the bar and its end points are on opposite sides of the bar axis, such that an extreme signal value occurs somewhere between the side positions. As a measure of the bar thickness, which is independent of the concrete cover in the measuring range, at least one parameter of the corresponding, path-dependent signal value curve can be determined, which is characteristic of the bar thickness.
The device for carrying out the method has an inductive measuring probe which is designed to record signal values along a path between two end points, and an evaluation circuit connected to the probe for sampling and storage of the signal values along the path and for determining the rod diameter from the stored values . In a preferred embodiment of the invention, the probe is arranged displaceably in a housing between two lateral end positions by means of a motor drive.
An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawings. Show it:
1 shows a sectional view through the probe according to the invention;
2 shows a corresponding top view, with the top surface broken away;
3 shows a section along the line III - III in Fig. 1.
4a and b are diagrams with a schematic representation of the measurement signal;
Fig. 5 is a block diagram of the evaluation circuit.
First, the general measuring method is explained with reference to FIG. 4, reference being made to the device according to FIGS. 1 and 2 only to the extent necessary to understand the method. The device will then be explained in detail,
The method is based on the fact that, by means of a probe 10, a design known per se, as used, for. B. is available under the trade name Profometer 2 from Proceq, Zurich, measured values are recorded along a path transverse to the direction of a reinforcing bar 2. The probe 10 contains a coil 27, which is part of an oscillating circuit.
The damping of this resonant circuit provides the measurement signal.
1 and 2, the probe 10 is shown within a recording device 1 in one of the end positions with solid lines and in the other end position in dashed lines. FIGS. 4 a and b correspond to this, in which the measured values f (X) recorded by the probe 10 are shown as a function of the path x transverse to the reinforcing bar 2.
To position the recording device 1 above the reinforcing bar 2, the position and direction of the relevant reinforcing bar in the building is first determined in a conventional manner, for which purpose the same device can be used. After the approximate course 2 'of the reinforcing bar that has been found is marked on the wall surface, the device 1 can be positioned above the reinforcing bar by means of markings 3 such that the path of the probe is transverse and approximately at right angles thereto. The exact positioning is of no great importance, since the measuring method compensates for such inaccuracies. After the measurement process has been triggered, the probe 10 moves one or more times along the path A. Measured values are scanned along the solid part of the curve f (X).
From the signal value curve f (X), characteristic values can be determined which are characteristic of the bar thickness. As can be seen from a comparison of the two Figures 4 a and 4 b, z. B. the curve width is such a characteristic value, resulting in a smaller curve width d with a smaller rod diameter. Is now starting from the maximum value f (Xo) in analogy to the bandwidth determination with a signal value of z. B. 0.7 f (Xo) determines the curve width X2 - Xl = AX, then the rod thickness d can be deduced from this. As can be seen immediately, the determination of this value does not depend on the exact positioning of the recording device 1. The curve width AX determined in this way is related to the signal extreme value f (Xo) according to an empirically determined relationship, from which the rod diameter can be derived.
It should be pointed out here that other parameters which are characteristic of the curve width can also be used in a corresponding manner as the basis for determining the diameter.
The described procedure for taking measured values and evaluating them along a path transverse to the reinforcing iron 2 allows the diameter to be determined independently of the exactness of the positioning of the device and of the covering of the reinforcing iron.
On the basis of the diameter determined in this way, an overlap determination is possible without further measurements, since the overlap can be drawn directly from the extreme value f (Xo) and the diameter determined.
A device for executing the method will now be explained below using an exemplary embodiment. The device essentially has a recording device 1 (FIGS. 1-3) and an evaluation circuit 15 (FIG. 5) connected to it. The recording device 1 has a housing 4, the bottom 5 of which is made of a material permeable to electromagnetic fields. A support plate 6 for the inductive probe 10 is arranged displaceably on this base 5. The probe 10 is a point probe of the type mentioned and contains an induction coil 27 which is part of an electrical resonant circuit. A motor 7 is also arranged in the housing as a drive for the displacement of the probe along a path A within the recording device, which is driven by batteries 8.
A drive pulley 9 is arranged on the motor shaft with a cam 11 which engages in a slot-shaped recess 12 in the support plate. Furthermore, the drive disk has a control surface 14 on its periphery, which cooperates with a switch 13. By rotating the drive pulley 9 by one revolution, the sensor is pushed back and forth along the path A and takes up the measurement curve f (Xo) twice. In practice, two revolutions are carried out, for example. H. four measurement curves recorded, which allows averaging.
The length of the displacement path A is selected such that, on the one hand, there is a sufficient path for the measurement described and, on the other hand, the measurement is not disturbed even when reinforcing bars are located close to one another.
The evaluation circuit 15 is connected to the recording device via a line 17 and a plug 16. It contains a microprocessor 18, which has both control and computer functions. The resonant circuit is formed by an oscillator 20 and the coil 10. Via a preamplifier 21 and a rectifier 22, the measurement signal is fed to an analog-to-digital converter 23, the digital output of which is connected to the microprocessor. The measurement signal is sampled in the microprocessor and processed in the manner explained at the beginning. Finally, a digital display 24 is provided for the output of the measurement result.
In addition to the explained diameter determination, the device can, as mentioned, also be used for the initial position determination and for the determination of the overlap when the diameter is determined. For this purpose, an operating mode switch 25 is provided, by means of which the individual operating modes can be set. The recorded measured value f (X) is displayed directly to determine the position. By moving the entire recording device 1, the position of the reinforcing iron can be found by visual observation of the measured value displayed. A repetition of the process at an adjacent point gives the direction course. In the second operating mode, the explained diameter determination takes place, while in the third operating mode the overlap is determined and displayed.
In the exemplary embodiment of the invention described, the signal values are taken along path A by mechanical displacement of probe 10. A corresponding measurement value recording is also possible on a purely electrical basis if a plurality of coils are fixed along path A and connected to the resonant circuit one after the other . The discrete measurement values recorded in this way essentially correspond to the sample values determined in the manner described and can be processed in an analog manner.
The method according to the invention and the device explained allow the diameter of unknown reinforcing bars in buildings to be determined quickly and exactly, and the concrete cover to be derived therefrom. The measuring process is largely automated and takes into account errors that are unavoidable in user practice.
In particular, an exact positioning of the recording device is unnecessary.