DE102014019232A1

DE102014019232A1 - Elektro- Optisches Meßsystem zur Bewegungsmessung in Bauwerken

Info

Publication number: DE102014019232A1
Application number: DE102014019232.6A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Gerner; Florian Rinke; Johann Gerner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-12-19
Filing date: 2014-12-19
Publication date: 2016-06-23

Abstract

Das Messsystem zur Bewegungsmessung in Bauwerken, z. B. Erd-Dämmen, ist dadurch gekennzeichnet, dass durch Verwendung preisgünstiger elektronische Bauteile ein Messsensor zu bauen ist (siehe Skizze) welche eine Aussage über die Deformation des Verformungskörpers im folgenden Mess-Rohr genannt, qualitativ als auch quantitativ ermöglicht. Eine Lichtquelle, hier eine oder mehrere LEDs bzw. Halbleiterlaser senden zur Messung fokussierte Lichtstrahlen auf einen, am Mess-Rohr Ende angebrachten Reflektor. Gemessen wird die Menge des reflektierten Lichtes die sich durch eine Deformation, z. B. Verbiegung durch Dammbewegung, verändert. Dieses Messergebnis wird aufbereitet und an ein Auswertesystem übertragen.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Messsystem zur Bewegungsmessung in Bauwerken, Erd-Dämmen oder ähnlichen Situationen. Dabei wird mittels eines, in ein Bauwerk eingebrachtes Rohr welches sich bei einer Bauwerksbewegung deformiert eine elektronisch auswertbare Messgröße ermittelt. Die Erfindung wird exemplarisch für einen Dammbauwerk beschrieben. Sie ist nicht jedoch nicht auf Erd-Dämme oder andere Dammbauwerke beschränkt.
Stand der Technik
Nachteil beim bekannten Stand der Technik ist, dass bestehende Systeme nicht dafür ausgelegt sind in Erd-Dämmen, insbesondere in Hochwasserschutzdämmen zur permanenten Standsicherheitsüberprüfung eingesetzt zu werden. Nachteilig sind: hoher Einbauaufwand, hohe Sensorkosten, hoher Automatisierungsaufwand vor allem bei mechanischen Sensoren (Pendelsystem). Daher wird z. B. an Hochwasserschutzdämmen zur Standsicherheitsüberprüfung während eines Flutereignisses, eine Begehung durch geschultes Personal empfohlen. Das Ergebnis dieser Überprüfung hängt vor allem von der Erfahrung des Personals ab und ist im großen Maße subjektiv beeinflusst.
Bestehende Dammbauwerke zum Hochwasserschutz werden aus Kostengründen üblicherweise nicht mit Messsystemen zur Standsicherheitsüberwachung ausgestattet. Die derzeit eingesetzten Messsysteme sind vor allem für Großbauwerke (Staudämme) und risikobehaftete Bauwerke, z. B. Steilhänge konzipiert. Die Messmethoden, der Bedingungsaufwand und die Auswertetechniken sind in der Regel nicht für automatisierte Dauerüberwachung ausgelegt.
Derzeit werden zur Dammüberwachung bzw. Bauwerksüberwachung folgende Verfahren eingesetzt: Pendel, Neigungsmesser, Inklinometer, geodätische Verfahren (auch automatisiert), thermographische Verfahren, Glasfaser-Bragg-Gitter Dehnungsmessverfahren und Begehungen durch Personen.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist, durch Verwendung preisgünstiger elektro-optischer und elektronischer Bauteile ein Messsystem zu ermöglichen welches Aussagen über eine Deformation bzw. Bewegung des Messobjektes, z. B. Hochwasserschutzdamm ermöglicht.
Das Messsystem besteht aus einem Messkopf mit einer elektrooptischen Messeinrichtung, einem Verformungskörper, in diesem Fall ein Rohr, einem Reflektor mit Träger und einer Auswerteelektronik.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden weiter beschrieben.
Es zeigen
1 Messkopf im Querschnitt
2 Reflektorträger
3. Schematische Darstellung der Funktionsweise
Der Messkopf besteht aus einer elektrischen Lichtquelle, hier eine oder mehrere LEDs wahlweise mit fokussierbarer Optik oder Halbleiterlaser mit fokussierbarer Optik, Lichtsensoren, hier ein oder mehrere lichtempfindlicher Widerstände oder Phototransistoren bzw. Photodioden und einer Justiereinrichtung für die Lichtquellen. Im Messkopf befindet sich auch die Auswerteelektronik.
Der Verformungskörper besteht hier aus einem Rohr mit optisch wirksamer Innenbeschichtung, hier geschwärzte, mattierte Auskleidung. Die Innenbeschichtung kann sowohl reflexionshemmend, z. B. schwarz, reflexionsfördernd, z. B. verspiegelt oder weiß als auch verschiedenfarbig sein. Die Maße und die Innenbeschichtung des Verformungskörpers sind der Messaufgabe anzupassen.
Der Reflektor besteht hier aus einem Retroreflektor bzw. einer Tripelspiegelfolie sowie einer Trägerplatte. Der Reflektor kann zur Optimierung der Messauswertung teilweise abgedunkelt sein. Z. B. durch den Aufdruck konzentrischer Kreise oder einer Gitterstruktur.
Die Auswerteelektronik besteht aus einem Signalaufbereitungs- bzw. Signalverstärkungsteil, einem Digitalisierungsteil und dem datentechnischen Verarbeitungsteil z. B. Mikroprozessor. Der Signalaufbereitungsteil sorgt für einen entsprechenden Signalpegel zur Weiterverarbeitung. Die anschließende Digitalisierung der Signale ermöglicht eine datentechnische Verarbeitung. Dies kann z. B. die direkte Ausgabe eines Warnsignals sein oder die Weiterleitung der Messdaten an ein Verarbeitungszentrum.
Das Messprinzip: die Lichtquelle, hier eine LED bzw. ein Halbleiterlaser sendet zur Messung einen fokussierten Lichtstrahl auf einen, im Verformungskörper angebrachten Reflektor. Gemessen wird die Menge des reflektierten Lichtes an den Lichtsensoren, die sich durch die Deformation, bzw. Verbiegung des Verformungskörpers verändert. Dieses Messergebnis wird aufbereitet und an ein Auswertesystem übertragen.
Das Messsystem ermöglicht bei einer Deformation des Verformungskörpers und der damit einhergehenden veränderten reflektierten Lichtmenge an den Lichtsensoren eine qualitative und eine quantitative Aussage über die Verformungsvektoren zu ermitteln. Eine Normierung und Linearisierung der Messgrößen erfolgt durch den datentechnischen Verarbeitungsteil. Der gemessene Verformungsvektor kann z. B. durch eine Belastung eines Dammbauwerkes entstehen.
Ausführung der Erfindung
Vorzugsweise umfasst die Erfindung das Merkmal, dass durch den Einsatz unterschiedlicher Lichtquellen, unterschiedlicher Reflektoren und unterschiedlicher Sensoren der Einsatzbereich des beschriebenen Messsystems über ein weites Einsatzspektrum angepasst werden kann.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels weiter beschrieben. Dabei zeigt 1 das Messprinzip, und beispielhaft ein aufgebauter Messkopf im Verformungskörper bzw. Mess-Rohr und Reflektor.

Claims

Das Messsystem zur Bewegungsmessung in Bauwerken, z. B. Erd-Dämmen, ist dadurch gekennzeichnet, dass durch Verwendung preisgünstiger elektronische Bauteile ein Messsensor zu bauen ist (siehe Skizze) welche eine Aussage über die Deformation des Verformungskörpers im folgenden Mess-Rohr genannt, qualitativ als auch quantitativ ermöglicht. Eine Lichtquelle, hier eine oder mehrere LEDs bzw. Halbleiterlaser senden zur Messung fokussierte Lichtstrahlen auf einen, am Mess-Rohr Ende angebrachten Reflektor. Gemessen wird die Menge des reflektierten Lichtes die sich durch eine Deformation, z. B. Verbiegung durch Dammbewegung, verändert. Dieses Messergebnis wird aufbereitet und an ein Auswertesystem übertragen.
Das Messsystem zur Bewegungsmessung in Bauwerken, z. B. Erd-Dämmen, nach Anspruch 1, ist dadurch gekennzeichnet, dass durch den Einsatz unterschiedlicher Lichtquellen, unterschiedlicher Reflektoren und unterschiedlicher Sensoren der Einsatzbereich des beschriebenen Messsystems über ein weites Einsatzspektrum in anderen Bauwerken angepasst werden kann.