Die vorliegende Erfindung betrifft ein Messgerät zum Bestimmen von Verschiebungen im Baugrund oder in Bauwerken gemäss Oberbegriff des Anspruches 1.
Aus der CH-PS 636 698 und der entsprechenden US-PS 4 327 590 ist ein Messgerät dieser Art bekannt, das ein Bestimmen von Geländeverschiebungen, die sich in einer Änderung der Relativlage der zwei Messkörper in einer quer zur Längsachse des Gerätes verlaufenden Richtung auswirken, erlaubt. Die hiefür eingesetzte Messanordnung weist ein induktives Längenmesssystem auf, mit dem bei einem Verschwenken eines Messkörpers aus der durch die fluchtenden Längsachsen der Messkörper festgelegten Bezugsrichtung die Grösse der Abweichung von dieser Bezugsrichtung bestimmt wird. Beim verwendeten Längenmesssystem macht sich als nachteilig bemerkbar, dass es zu Messfehlern neigt.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Messgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem ebenfalls eine berührungslos arbeitende Messanordnung verwendet wird, die jedoch genauere Ergebnisse liefert als das herkömmliche System.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 gelöst.
Nehmen infolge einer Verschiebung im zu untersuchenden Baugrund bzw. Bauwerk die Messkörper eine andere gegen seitige Lage ein, so hat dies auch eine Änderung des Auftreffpunktes des Lichtstrahles auf den Empfänger zur Folge. Aus dieser Lageänderung des Lichtstrahles bezüglich des Empfängers kann nun das Ausmass der im Baugrund bzw. Bauwerk erfolgten Verschiebung ermittelt werden, und zwar in zwei Richtungen und mit grosser Genauigkeit.
Bevorzugte Weiterausgestaltungen des erfindungsgemässen Messgerätes bilden Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Im folgenden werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes näher erläutert. Es zeigen rein schematisch:
Fig. 1 in Seitenansicht eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemässen Messgerätes,
Fig. 2 in einer gegenüber der Fig. 1 vereinfachten Darstellung das Messprinzip,
Fig. 3 teilweise im Schnitt das Messgerät gemäss den Fig. 1 und 2 in Messposition im Baugrund,
Fig. 4 und 5 teilweise im Schnitt eine Draufsicht auf den ersten Messkopf des Gerätes gemäss Fig. 3 in dessen Mess- bzw.
Verschiebestellung,
Fig. 6 ein elektrisches Blockschaltbild der im Gerät gemäss den Fig. 1 bis 3 verwendeten optischen Messanordnung,
Fig. 7 in einer der Fig. 3 entsprechenden Darstel lung eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemässen Messgerätes,
Fig. 8 einen Schnitt entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 7, und
Fig. 9 in einer gegenüber der Fig. 7 vereinfachter Darstellung das Messprinzip.
Die in den Figuren 1 - 3 rein schematisch dargestellte Messonde 1 weist zwei langgestreckte Messkörper 2 und 3 auf, die an ihrem einen Ende über eine Gelenkverbindung 4 miteinander verbunden sind. Diese Gelenkverbindung 4 ist vorzugsweise als Kardangelenk ausgebildet, kann jedoch z.B. auch ein Kugelgelenk sein. Jeder Messkörper 2, 3 weist ein Verbindungsrohr 5, 6 sowie Messköpfe 7 und 8 bzw. 9 auf. Die beiden an den freien Enden der Verbindungsrohre 5, 6 angeordneten Messköpfe 7 bzw. 9 sind drehfest mit dem zugeordneten Verbindungsrohr 5, 6, jedoch gegenüber diesem in Richtung der Längsachsen 2a, 3a der Messkörper 2, 3 verschiebbar verbunden. Zwischen letzterem und dem zugeordneten Messkopf 7, 9 ist eine Zugfeder 12 bzw. 13 angeordnet. Der Messkopf 8 ist fest mit dem Verbindungsrohr 5 verbunden. Am ersten Messkopf 7 des Gerätes 1 greift eine Zugstange 14 an.
Jeder Messkopf weist eine Abstützanordnung 15, 16 bzw. 17 auf, die jeweils von vier am Umfang des entsprechenden Messkopfes 15, 16, 17 verteilt angeordneten Anschlägen 18, 19 bzw. 20 gebildet ist. Diese Anschläge 18, 19, 20 liegen in einer Ebene, die etwa rechtwinklig zur Längsachse 2a bzw. 3a des entsprechenden Messkörpers 2, 3 verläuft. Wie insbesondere aus Fig. 1 hervorgeht, werden die Anschlagflächen 22 der Anschläge 18, 19, 20 durch Kugelmantelflächen gebildet. Wie die Figuren 4 und 5 anhand der Anschläge 18 zeigen, bilden jeweils benachbarte Anschläge 18 min , 18 min min , 18 min min min und 18 min min min min zwischen sich Zwischenräume 21.
Die Anschläge, 18, 19, 20 dienen dazu, mit Gegenanschlägen 23 zusammenzuwirken, welche auf der Innenseite eines Messrohres 24 angeordnet sind, welches in den zu untersuchenden Baugrund 25 eingebettet ist (Fig. 3). Jeder dieser Gegenanschläge 23 weist vier Abschnitte 23a, 23b, 23c und 23d auf, die am Innenumfang des Messrohres 24 in gleichmässigen Abständen verteilt angeordnet sind, wie das insbesondere aus den Fig. 4 und 5 hervorgeht. Die Anschlagflächen 26 der Gegenanschläge 23 sind als Kegelmantelflächen ausgebildet.
Wie die Fig. 4 zeigt, wird das Gerät 1 zum Einführen in das Messrohr 24 in eine Lage gebracht, in welcher die Anschläge 18, 19, 20 zwischen die Gegenanschlagabschnitte 23a, 23b, 23c und 23d zu liegen kommen. Letztere greifen somit in die Zwischenräume 21 ein. Durch Drehen der Messonde 1 um 45 DEG werden die Anschläge 18, 19, 20 unter die Gegenanschlagsabschnitte 23a - 23c gebracht (Fig. 5). Durch Ziehen an der Zugstange 14 werden dann die Anschläge 18, 19, 20 an die Gegenanschläge 23 angedrückt, wobei die Zugfedern 12 und 13 für den erforderlichen Anpressdruck sorgen.
Im Innern des Verbindungsrohres 5 des Messkörpers 2 ist ein Abstandsmesssystem 27 untergebracht, das beim vorliegenden Ausführungsbeispiel als Differentialtransformator ausgebildet ist. Dieser weist einen eine Transfor matorwicklung tragenden stationären Teil 28 auf, in welchem ein Tauchanker 29 angeordnet ist, der am Ende eines Stabes 30 befestigt ist. Dieser Stab 30 erstreckt sich in Richtung der Längsachse 2a des Messkörpers 2 und ist am ersten Messkopf 7 befestigt.
Bis hieher entspricht die Messonde 1 sowohl im Aufbau wie auch in der Wirkungsweise der Messsonde, die in der bereits erwähnten CH-PS 636 698 (und der entsprechenden US-PS 4 327 590) beschrieben ist.
Im Unterschied zum letztgenannten vorbekannten Messgerät besitzt das in den Fig. 1 - 3 gezeigte Messgerät eine optische Messanordnung 31 zum Messen einer Veränderung der gegenseitigen Lage der Messkörper 2, 3 in einer quer zu deren Längsachse 2a, 3a verlaufenden Richtung. Diese optische Messanordnung 31 besteht aus einem Lichtsender 32 und einem Empfänger 33. Der Lichtsender 32 ist ein Laser und ist im Bereich des Messkopfes 8 auf geeignete Weise im Messkörper 2 gelagert. Die Lagerung dieses Lasers 32 ist derart, dass seine Längsachse und somit der von ihm ausgesendete Lichtstrahl 32a mit der Längsachse 2a des Messkörpers 2 fluchtet. Der im andern Messkörper 3 im Bereich dessen Messkopfes 9 angeordnete Empfänger 33 weist eine Fotodetektoranordnung 34 auf, die aus einem oder mehreren lichtempfindlichen Elementen wie Fotodioden oder Fotoelementen gebildet wird.
Im Strahlengang zwischen dem Lichtsender 32 und dem Empfänger 33 ist ein Diffusor 35, vorzugsweise eine Mattscheibe, sowie ein optisches System 36 angeordnet. Der vom Laser 32 ausgesandte Laserstrahl 32a erscheint auf dem Diffusor 35 als Lichtfleck, der über das optische System 36 auf die Fotodetektoranordnung 34 abgebildet wird. Das opti sche System 36 dient dazu, den durch den Laserstrahl 32a bestrichenen Messbereich A auf dem Diffusor 35 (Fig. 1) verkleinert auf die Fotodetektoranordnung 34 abzubilden, was es erlaubt, letztere klein zu halten und trotzdem beträchtliche Relativverschiebungen erfassen zu können. Aus der Fig. 6 geht hervor, dass der Laser 32 aus einem Laserdriver 37 und dem mit diesem verbundenen, eigentlichen Laserstrahlerzeuger 38 besteht.
Der Laserdriver 37 ist über eine nicht dargestellte, im Innern des Messgerätes 1 verlaufenden Versorgungsleitung 39 mit einer ebenfalls nicht gezeigten Stromquelle verbunden. Der vom Laserstrahlerzeuger 38 ausgesandte Laserstrahl 32a erscheint wie bereits erwähnt auf dem Diffusor 35 als Lichtfleck, der über das optische System 36 auf die Fotodetektoranordnung 34 des Empfängers 33 als Lichtfleck P (Fig. 2) abgebildet wird. Dieser Empfänger 33 weist neben der Fotodetektoranordnung 34 einen Vorverstärker 40 sowie einen Endverstärker 41 auf, die beide von einem Speiseteil 42 mit elektrischer Energie versorgt werden. Der Speiseteil 42 ist an eine Stromquelle, z.B. an eine Batterie oder an das Netz, angeschlossen (Fig. 6).
Die Ausgänge 41a und 41b des Endverstärkers 41 sind über in den Fig. 1 und 3 ebenfalls nicht gezeigte im Innern des Messgerätes 1 verlaufende Verbindungsleitungen mit einer örtlichen Anzeigeeinrichtung 43 verbunden, welche eine Anzeige 43a für eine Positionsanzeige in X-Richtung und eine Anzeige 43b für eine Positionsanzeige in Y-Richtung aufweist.
Zur Bestimmung von Verschiebungen im zu untersuchenden Baugrund 25 wird die Messonde 1 in die in den Fig. 3 und 5 gezeigte Messposition gebracht, in der die Anschläge 18, 19, 20 an den zugeordneten Gegenanschlägen 23 anlie gen. Mittels des Abstandsmesssystems 27 werden Änderungen des Abstandes zwischen den zwei Gegenanschlägen 23, welche mit den Anschlägen 18 und 29 zusammenwirken, festgestellt. Auf diese Weise lassen sich Verschiebungen im Baugrund in Richtung der Längsachse des Messrohres 24 feststellen, wie das in der bereits genannten CH-PS 636 698 und der entsprechenden US-PS 4 327 590 näher erläutert ist.
Verschiebungen im Baugrund 25 quer zur Längsachse des Messrohres 24 lassen sich mittels der optischen Messanordnung 31 bestimmen. Zur entsprechenden Erläuterung sei angenommen, dass im Bereich des Gegenanschlages 23, an dem die Anschläge 22 des Messkopfes 9 anliegen, eine Querverschiebung stattgefunden hat. Eine solche Querverschiebung hat nun zur Folge, dass der Messkörper 3 um die Gelenkverbindung 4 gegenüber dem andern Messkörper 5 verschwenkt ist, so dass die Längsachsen 2a und 3a der Messkörper 2 und 3 nicht mehr miteinander fluchten. Dies bedeutet, dass der vom Laser 32 ausgesandte Lichtstrahl 32a, der ja wie bereits erwähnt mit der Längsachse 2a des Messkörpers 2 übereinstimmt, mit der Längsachse 3a des andern Messkörpers 3 einen Winkel alpha bildet.
Die Stelle P, an der der Laserstrahl 32a auf die Fotodetektoranordnung 34 auftrifft, ist gegenüber der Null-Lage O (Fig. 2) versetzt. Die Grösse dieser Versetzung kann nun durch den Empfänger 33 auf an sich bekannte Weise zweidimensional, d.h. in Richtung von zwei rechtwinklig zueinander stehenden Achsen X und Y ermittelt werden. An den Ausgängen 41a und 41b des Endverstärkers 41 (Fig. 6) erscheinen nun elektrische Signale, welche für die Position des Lichtfleckes P in X-Richtung und Y-Richtung kennzeichnend sind. Diese Signale werden den Anzeigen 43a und 43b zugeführt, an denen eine Positionsanzeige erfolgt. Es versteht sich, dass anstelle der oder zusätzlich zu den Anzeigen 43a und 43b eine geeignete Registriervorrichtung vorgesehen werden kann.
Wie in den CH-PS 636 698 und der entsprechenden US-PS 4 327 598 ausführlich erläutert wird zur Untersuchung des Baugrundes 25 die Messonde 1 in Längsrichtung des Messrohres 24 nacheinander in verschiedene Messpositionen gebracht, die jeweils durch die Gegenanschläge 23 festgelegt sind. In jeder Messposition erfolgen auf die beschriebene Weise die Messungen mittels des Abstandsmesssystemes 27 und der optischen Messanordnung 31.
In den Figuren 7 - 9 ist eine andere Ausführung einer Messonde 51 gezeigt, welche im Vergleich zur Messonde 1 gemäss den Figuren 1 - 3 einfacher ausgebildet ist, jedoch keine Messung von Verschiebungen im Baugrund 25 in Richtung der Längsachse des Messrohres ermöglicht.
Die Messonde 51 weist ebenfalls zwei Messkörper 52, 53 auf, die an ihren Enden über eine Gelenkverbindung 54, vorzugsweise ein Kardangelenk, miteinander verbunden sind. Die Messonde 51 ist ferner mit drei Abstützanordnungen 55, 56, 57 versehen, von denen sich die beiden Abstützanordnungen 55 und 56 im Bereich der Enden des Messkörpers 52 befinden, während die dritte Abstützanordnung 57 im Bereich des freien Endes des andern Messkörpers 53 angeordnet ist. Jede Abstützanordnung 55, 56, 57 wird durch ein Paar von Rollen 57, 58 gebildet, die sich bezüglich der Längsachse 52a bzw. 53a des entsprechenden Messkörpers 52 bzw. 53 gegenüberliegen. Wie Fig. 8 zeigt, laufen diese Rollen 57 und 58 in Rillen 60 und 61, die auf der Innenseite eines Messrohres 62 angeordnet sind, welches im Baugrund 25 eingebettet ist.
Die Längsrillen 60, 61 erstrecken sich in Richtung der Längsachse des Messrohres 62. Letzteres ist in regelmässigen Abständen mit Messmarken 63 in der Form von Permanentmagneten ausgerüstet. Diese Messmarken 63 bilden zusammen mit einem magnetischen Näherungsdetektor 64, der im Messkörper 52 untergebracht ist und einen Reed-Kontakt aufweist, ein berührungslos arbeitendes Lageidentifizierungssystem. Am freien Ende des Messkörpers 52 greift eine Zugstange 65 an, mittels welcher die Messonde 51 im Messrohr 62 verschoben werden kann.
Zum Bestimmen von Verschiebungen im Baugrund quer zur Längsachse des Messrohres 62 ist gleich wie bei der Messonde 1 gemäss den Fig. 1 - 3 eine optische Messanordnung 31 vorgesehen, die genau gleich aufgebaut ist wie die Messanordnung 31 der Messonde 1 gemäss den Fig. 1-3 und 6. D.h., dass die Messanordnung 31 ebenfalls einen Lichtsender 32 in der Form eines Lasers aufweist, der im Messkörper 52 derart gelagert ist, dass seine Längsachse und damit auch der von ihm ausgesandte Lichtstrahl 32a mit der Längsachse 52a des Messkörpers 52 fluchtet. Im Bereich des freien Endes des anderen Messkörpers 53 ist ein Empfänger 33 angeordnet, der eine Fotodetektoranordnung 34 aufweist. Im Strahlengang zwischen Lichtsender 32 und Empfänger 33 ist ein Diffusor 35 (Mattscheibe) und ein optisches System 36 angeordnet, wie das anhand der Fig. 1-6 bereits eingehend erläutert wurde.
Zur Bestimmung von allfälligen Verschiebungen im Baugrund wird die Messonde 51 in Längsrichtung des Mess rohres 62 verschoben. Jedesmal wenn der magnetische Näherungsdetektor 64 eine Messmarke 63 (Permanentmagnet) überfährt, wird der Reed-Kontakt geschlossen und dementsprechend ein elektrischer Impuls erzeugt, der einem Impulszähler zugeführt wird. Anhand der Anzahl erzeugter Impulse kann die Lage der Sonde 51 bestimmt werden. Hat im Baugrund 25 eine Verschiebung quer zur Längsachse des Messrohres 62 stattgefunden, so wird der eine Messkörper 52 oder 53 gegenüber dem anderen Messkörper um die Gelenkverbindung 54 ausgelenkt, was nun zur Folge hat, dass die Längsachsen 52a und 53a der Messkörper 52, 53 nicht mehr miteinander fluchten.
Dies bedeutet, dass der Laserstrahl 32a mit der Längsachse 53a des Messkörpers 53 einen Winkel alpha bildet und der auf der Fotodetektoranordnung 34 abgebildete Lichtpunkt P (Fig. 9) gegenüber der Null-Position O in X- und/oder Y-Richtung versetzt ist. Das Mass dieser Versetzung und somit der Geländeverschiebung wird wie anhand der Fig. 1-6 bereits erläutert an den Anzeigen 43a und 43b der Anzeigeeinrichtung 43 angezeigt.
Bei der in den Fig. 7-9 gezeigten Ausführungsform ist es auch denkbar, im Messrohr 62 zwei Paare von sich gegenüberliegenden Rillen 60, 61 vorzusehen, wobei diese Rillenpaare jeweils um 90 DEG versetzt sind. Diese Lösung erlaubt ein Einsetzen des Gerätes 51 in das Messrohr 62 in verschiedenen Lagen und damit ein Messen in zwei zueinander rechtwinklig stehenden Richtungen, was die Messgenauigkeit erhöht.
Die gezeigten Messgeräte 1, 51 lassen sich auf entsprechende Weise auch zum Bestimmen von Verschiebungen in Bauwerken verwenden.
The present invention relates to a measuring device for determining displacements in the subsoil or in structures according to the preamble of claim 1.
A measuring device of this type is known from CH-PS 636 698 and the corresponding US Pat. No. 4,327,590, which is used to determine displacements in the terrain which result in a change in the relative position of the two measuring bodies in a direction running transversely to the longitudinal axis of the device. allowed. The measuring arrangement used for this has an inductive length measuring system, with which the size of the deviation from this reference direction is determined when a measuring body is pivoted from the reference direction determined by the aligned longitudinal axes of the measuring bodies. The length measurement system used has the disadvantage that it tends to make measurement errors.
The present invention has for its object to provide a measuring device of the type mentioned, in which a non-contact measuring arrangement is also used, but which provides more accurate results than the conventional system.
According to the invention, this object is achieved by the features of the characterizing part of claim 1.
If, as a result of a shift in the building site or structure to be examined, the measuring bodies assume a different mutual position, this also results in a change in the point of incidence of the light beam on the receiver. From this change in the position of the light beam with respect to the receiver, the extent of the displacement that has taken place in the ground or structure can be determined, in two directions and with great accuracy.
Preferred further developments of the measuring device according to the invention form the subject of the dependent claims.
Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings. It shows purely schematically:
1 is a side view of a first embodiment of a measuring device according to the invention,
2 in a simplified representation compared to FIG. 1, the measuring principle,
3 partially in section the measuring device according to FIGS. 1 and 2 in the measuring position in the ground,
4 and 5, partly in section, a top view of the first measuring head of the device according to FIG. 3 in its measuring or
Shift position,
6 is an electrical block diagram of the optical measuring arrangement used in the device according to FIGS. 1 to 3,
7 in a representation corresponding to FIG. 3 shows a second embodiment of the measuring device according to the invention,
Fig. 8 is a section along the line VIII-VIII in Fig. 7, and
FIG. 9 shows the measuring principle in a simplified representation compared to FIG. 7.
The measuring probe 1 shown purely schematically in FIGS. 1-3 has two elongated measuring bodies 2 and 3, which are connected to one another at one end via an articulated connection 4. This joint 4 is preferably designed as a universal joint, but can e.g. also be a ball joint. Each measuring body 2, 3 has a connecting tube 5, 6 and measuring heads 7 and 8 or 9. The two measuring heads 7 and 9 arranged on the free ends of the connecting tubes 5, 6 are connected in a rotationally fixed manner to the associated connecting tube 5, 6, but are displaceable relative to the latter in the direction of the longitudinal axes 2a, 3a of the measuring bodies 2, 3. A tension spring 12 or 13 is arranged between the latter and the associated measuring head 7, 9. The measuring head 8 is firmly connected to the connecting tube 5. A pull rod 14 acts on the first measuring head 7 of the device 1.
Each measuring head has a support arrangement 15, 16 and 17, which is formed in each case by four stops 18, 19 and 20, which are distributed around the circumference of the corresponding measuring head 15, 16, 17. These stops 18, 19, 20 lie in a plane which is approximately at right angles to the longitudinal axis 2a or 3a of the corresponding measuring body 2, 3. 1, the stop surfaces 22 of the stops 18, 19, 20 are formed by spherical jacket surfaces. As FIGS. 4 and 5 show with reference to the stops 18, adjacent stops 18, 18 min, 18 min min and 18 min min min form gaps 21 between them.
The stops 16, 19, 20 serve to interact with counter-stops 23 which are arranged on the inside of a measuring tube 24 which is embedded in the subsoil 25 to be examined (FIG. 3). Each of these counter stops 23 has four sections 23a, 23b, 23c and 23d, which are arranged at uniform intervals on the inner circumference of the measuring tube 24, as can be seen in particular from FIGS. 4 and 5. The stop surfaces 26 of the counter stops 23 are designed as conical outer surfaces.
As FIG. 4 shows, the device 1 is brought into a position for insertion into the measuring tube 24, in which the stops 18, 19, 20 come to lie between the counter-stop sections 23a, 23b, 23c and 23d. The latter thus intervene in the spaces 21. By rotating the measuring probe 1 by 45 °, the stops 18, 19, 20 are brought under the counter-stop sections 23a-23c (FIG. 5). By pulling the pull rod 14, the stops 18, 19, 20 are then pressed against the counter-stops 23, the tension springs 12 and 13 providing the required contact pressure.
A distance measuring system 27 is accommodated in the interior of the connecting tube 5 of the measuring body 2, which is designed as a differential transformer in the present exemplary embodiment. This has a transformer part carrying a stationary part 28, in which a plunger 29 is arranged, which is attached to the end of a rod 30. This rod 30 extends in the direction of the longitudinal axis 2a of the measuring body 2 and is attached to the first measuring head 7.
Up to this point, the measuring probe 1 corresponds to both the structure and the mode of operation of the measuring probe, which is described in the previously mentioned CH-PS 636 698 (and the corresponding US Pat. No. 4,327,590).
In contrast to the last-mentioned known measuring device, the measuring device shown in FIGS. 1-3 has an optical measuring arrangement 31 for measuring a change in the mutual position of the measuring bodies 2, 3 in a direction running transverse to their longitudinal axis 2a, 3a. This optical measuring arrangement 31 consists of a light transmitter 32 and a receiver 33. The light transmitter 32 is a laser and is suitably mounted in the measuring body 2 in the area of the measuring head 8. The mounting of this laser 32 is such that its longitudinal axis and thus the light beam 32a it emits are aligned with the longitudinal axis 2a of the measuring body 2. The receiver 33 arranged in the other measuring body 3 in the area of the measuring head 9 thereof has a photodetector arrangement 34 which is formed from one or more light-sensitive elements such as photodiodes or photo elements.
A diffuser 35, preferably a matt screen, and an optical system 36 are arranged in the beam path between the light transmitter 32 and the receiver 33. The laser beam 32a emitted by the laser 32 appears on the diffuser 35 as a light spot which is imaged onto the photodetector arrangement 34 via the optical system 36. The optical system 36 is used to scale down the measuring area A swept by the laser beam 32a on the diffuser 35 (FIG. 1) onto the photodetector arrangement 34, which makes it possible to keep the latter small and still be able to detect considerable relative displacements. 6 shows that the laser 32 consists of a laser driver 37 and the actual laser beam generator 38 connected to it.
The laser driver 37 is connected to a power source (also not shown) via a supply line 39 (not shown) which runs inside the measuring device 1. As already mentioned, the laser beam 32a emitted by the laser beam generator 38 appears on the diffuser 35 as a light spot, which is imaged via the optical system 36 onto the photodetector arrangement 34 of the receiver 33 as a light spot P (FIG. 2). In addition to the photodetector arrangement 34, this receiver 33 has a preamplifier 40 and an output amplifier 41, both of which are supplied with electrical energy by a supply part 42. The feed part 42 is connected to a power source, e.g. connected to a battery or to the mains (Fig. 6).
The outputs 41a and 41b of the power amplifier 41 are connected to a local display device 43 via connecting lines, also not shown in FIGS. 1 and 3, in the interior of the measuring device 1, which display 43a for a position display in the X direction and a display 43b for has a position indicator in the Y direction.
To determine displacements in the subsoil 25 to be investigated, the measuring probe 1 is brought into the measuring position shown in FIGS. 3 and 5, in which the stops 18, 19, 20 abut against the associated counter-stops 23 Distance between the two counter-stops 23, which cooperate with the stops 18 and 29, determined. In this way, displacements in the subsoil in the direction of the longitudinal axis of the measuring tube 24 can be determined, as is explained in more detail in the previously mentioned CH-PS 636 698 and the corresponding US Pat. No. 4,327,590.
Displacements in the ground 25 transversely to the longitudinal axis of the measuring tube 24 can be determined by means of the optical measuring arrangement 31. For a corresponding explanation, it is assumed that a transverse displacement has taken place in the area of the counter-stop 23 against which the stops 22 of the measuring head 9 bear. Such a transverse displacement now has the consequence that the measuring body 3 is pivoted about the articulation 4 relative to the other measuring body 5, so that the longitudinal axes 2a and 3a of the measuring bodies 2 and 3 are no longer in alignment with one another. This means that the light beam 32a emitted by the laser 32, which, as already mentioned, coincides with the longitudinal axis 2a of the measuring body 2, forms an angle alpha with the longitudinal axis 3a of the other measuring body 3.
The point P at which the laser beam 32a strikes the photodetector arrangement 34 is offset from the zero position O (FIG. 2). The magnitude of this offset can now be two-dimensionally by the receiver 33 in a manner known per se, i.e. in the direction of two perpendicular axes X and Y are determined. Electrical signals now appear at the outputs 41a and 41b of the final amplifier 41 (FIG. 6), which are characteristic of the position of the light spot P in the X direction and Y direction. These signals are fed to the displays 43a and 43b, on which a position display takes place. It goes without saying that, instead of or in addition to the displays 43a and 43b, a suitable registration device can be provided.
As explained in detail in CH-PS 636 698 and the corresponding US Pat. No. 4,327,598, the probe 1 is brought one after the other into different measuring positions in the longitudinal direction of the measuring tube 24 in order to examine the subsoil 25, each of which is defined by the counter stops 23. The measurements are carried out in each measuring position in the manner described using the distance measuring system 27 and the optical measuring arrangement 31.
FIGS. 7-9 show another embodiment of a measuring probe 51 which, compared to measuring probe 1 according to FIGS. 1-3, is of a simpler design, but does not allow any measurements of displacements in the ground 25 in the direction of the longitudinal axis of the measuring tube.
The measuring probe 51 likewise has two measuring bodies 52, 53 which are connected to one another at their ends via an articulated connection 54, preferably a universal joint. The measuring probe 51 is also provided with three support arrangements 55, 56, 57, of which the two support arrangements 55 and 56 are located in the region of the ends of the measuring body 52, while the third support arrangement 57 is arranged in the region of the free end of the other measuring body 53. Each support arrangement 55, 56, 57 is formed by a pair of rollers 57, 58, which lie opposite one another with respect to the longitudinal axis 52a or 53a of the corresponding measuring body 52 or 53. 8 shows, these rollers 57 and 58 run in grooves 60 and 61, which are arranged on the inside of a measuring tube 62, which is embedded in the ground 25.
The longitudinal grooves 60, 61 extend in the direction of the longitudinal axis of the measuring tube 62. The latter is equipped at regular intervals with measuring marks 63 in the form of permanent magnets. Together with a magnetic proximity detector 64, which is accommodated in the measuring body 52 and has a reed contact, these measuring marks 63 form a contact-free position identification system. At the free end of the measuring body 52, a pull rod 65 engages, by means of which the measuring probe 51 can be moved in the measuring tube 62.
To determine displacements in the subsoil transverse to the longitudinal axis of the measuring tube 62, an optical measuring arrangement 31 is provided in the same way as for the measuring probe 1 according to FIGS. 1-3, which is constructed exactly the same as the measuring arrangement 31 of the measuring probe 1 according to FIGS. 1- 3 and 6. That is to say that the measuring arrangement 31 likewise has a light transmitter 32 in the form of a laser, which is mounted in the measuring body 52 such that its longitudinal axis and thus also the light beam 32a emitted by it are aligned with the longitudinal axis 52a of the measuring body 52. A receiver 33, which has a photodetector arrangement 34, is arranged in the region of the free end of the other measuring body 53. A diffuser 35 (focusing screen) and an optical system 36 are arranged in the beam path between light transmitter 32 and receiver 33, as has already been explained in detail with reference to FIGS. 1-6.
To determine any displacements in the ground, the measuring probe 51 is displaced in the longitudinal direction of the measuring tube 62. Each time the magnetic proximity detector 64 passes over a measurement mark 63 (permanent magnet), the reed contact is closed and an electrical pulse is accordingly generated, which is fed to a pulse counter. The position of the probe 51 can be determined on the basis of the number of pulses generated. If there has been a displacement in the ground 25 transversely to the longitudinal axis of the measuring tube 62, one measuring body 52 or 53 is deflected relative to the other measuring body around the articulated connection 54, which now has the consequence that the longitudinal axes 52a and 53a of the measuring bodies 52, 53 are not more cursed.
This means that the laser beam 32a forms an angle alpha with the longitudinal axis 53a of the measuring body 53 and the light point P (FIG. 9) imaged on the photodetector arrangement 34 is offset in relation to the zero position O in the X and / or Y direction. The extent of this offset and thus the displacement of the terrain is shown on the displays 43a and 43b of the display device 43, as already explained with reference to FIGS. 1-6.
In the embodiment shown in FIGS. 7-9, it is also conceivable to provide two pairs of opposing grooves 60, 61 in the measuring tube 62, these pairs of grooves being offset by 90 ° in each case. This solution allows the device 51 to be inserted into the measuring tube 62 in different positions and thus to be measured in two directions perpendicular to one another, which increases the measuring accuracy.
The measuring devices 1, 51 shown can also be used in a corresponding manner to determine displacements in buildings.