DE102016109432B4 - Procedure for compensating for long-term drifts and creep phenomena on bolt sensors in earthquake-prone areas - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Kompensation von Langzeitdriften an Bolzensensoren umfassend:Periodisches Durchführen der folgenden Schritte mit einer vorgegebenen Messperiodendauer in einer Auswertungsroutine,Erfassen eines aktuellen Bolzensensorsignals,Überprüfen ob das erfasste Bolzensensorsignal in einem vorgegebenen Erfassungsbereich liegt,Ausgeben eines Alarmsignals, wenn das Bolzensensorsignal nicht in dem Erfassungsbereich liegt und Abbrechen der Auswertungsroutine,Abspeichern des erfassten Bolzensensorsignals in einem Speicher, wenn das Bolzensensorsignal in dem Erfassungsbereich liegt und Fortfahren mit der Auswertungsroutine,Vergleichen des erfassten Bolzensensorsignals mit mindestens einem letzten vorangegangenen Bolzensensorsignals ,Bestimmen, ob sich das erfasste Bolzensensorsignal von dem mindestens letzten vorangegangenen Bolzensensorsignal um mehr als einen vorgegeben Schwellwert unterscheidet, und Ausgeben eines Alarmsignals, wenn der Schwellwert überschritten ist.Method for compensating for long-term drifts in bolt sensors, comprising:Periodic implementation of the following steps with a predetermined measurement period in an evaluation routine,detecting a current bolt sensor signal,checking whether the detected bolt sensor signal is in a predetermined detection range,outputting an alarm signal if the bolt sensor signal is not in the detection range and aborting the evaluation routine,storing the detected bolt sensor signal in a memory if the bolt sensor signal is within the detection range and continuing with the evaluation routine,comparing the detected bolt sensor signal with at least one most recent previous bolt sensor signal,determining whether the detected bolt sensor signal differs from the at least most recent previous bolt sensor signal differs by more than a predetermined threshold, and issuing an alarm signal when the threshold is exceeded.
Description
GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation von Langzeitdriften und Kriecherscheinungen an Bolzensensoren in erdbebengefährdeten Gebieten und ein System mit einem Bolzensensor und einer Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens.The invention relates to a method for compensating for long-term drifts and creep phenomena in bolt sensors in areas at risk of earthquakes and a system with a bolt sensor and a device for carrying out the method.
TECHNISCHER HINTERGRUNDTECHNICAL BACKGROUND
Bolzenverbindungen, wie bspw. Schraubenverbindungen können durch Erdbeben nicht nur zerstört werden, sie können sich dabei auch lösen und so Unfälle als Spätfolgen eines Erdbebens hervorrufen. So gibt es beispielsweise in Japan Vorschriften, die die Überprüfung von kritischen Schraubenverbindungen fordern. In vielen Fällen wird dies immer noch mit Hilfe eines Drehmomentschlüssels gemacht. Alternativ können aber auch Bolzensensoren eingesetzt werden, die die Schraubenvorspannung überwachen. Da die Schraubenspannung eine statische Messgröße ist, können Signaldrifte bzw. Kriecheffekte, wie sie beispielsweise in Dehnungsmessstreifen (DMS) basierten Bolzensensoren auftreten können, das Messsignal verfälschen.Bolted connections, such as screw connections, can not only be destroyed by earthquakes, they can also become loose and thus cause accidents as the long-term consequences of an earthquake. In Japan, for example, there are regulations that require critical screw connections to be checked. In many cases this is still done using a torque wrench. Alternatively, however, bolt sensors can also be used to monitor the bolt preload. Since the bolt tension is a static measured variable, signal drifts or creep effects, such as those that can occur in strain gauge (DMS)-based bolt sensors, can falsify the measurement signal.
BESCHREIBUNGDESCRIPTION
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik auszuräumen oder zumindest zu verringern. Insbesondere ist es eine Aufgabe, ein Verfahren und ein System bereitzustellen, welche eine bessere Aussage bezüglich der Bolzenvorspannungsveränderung, insbesondere bei Erdbeben ermöglichen und Signaldrifte kompensieren können.It is an object of the invention to eliminate or at least reduce the disadvantages of the prior art. In particular, it is an object to provide a method and a system that enable better statements to be made regarding the change in bolt preload, in particular in the event of earthquakes, and can compensate for signal drifts.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Kompensation von Langzeitdriften an Bolzensensoren in erdbebengefährdeten Gebieten bereitgestellt. Allgemein wird das Verfahren (Auswerteroutine) nach Ablauf einer vorbestimmten Messperiodendauer immer wieder periodisch gestartet, soweit es nicht aufgrund bestimmter nachfolgend erläuterter Bedingungen vollständig beendet wird.According to one aspect of the invention, a method for compensating for long-term drifts on bolt sensors in earthquake-prone areas is provided. In general, the method (evaluation routine) is periodically started again and again after a predetermined measurement period has elapsed, unless it is completely terminated due to certain conditions explained below.
Zunächst kann im Rahmen der Durchführung des Verfahrens jeweils ein aktuelles Bolzensensorsignal erfasst werden.A current bolt sensor signal can first be detected as part of the implementation of the method.
Ein Bolzensensorsignal ist dabei ein Signal, dass darüber Auskunft gibt, wie fest eine Bolzenverbindung ist. Dabei kommen vorteilhaft Bolzensensoren zum Einsatz, die bspw. in Form einer Unterlegscheibe zwischen einem Kopf des Bolzen und einem Gegenstück liegen. Der Bolzensensor ist eingerichtet um die Kräfte zwischen dem Bolzenkopf und dem Gegenstück zu erfassen und ein entsprechendes Signal auszugeben, dass ein Funktion der Kräfte ist. Es sind eine Vielzahl von verschiedenen Bolzensensoren bekannt, die auf Dehnungsmessstreifen, oder vorteilhafter auf piezoelektrischen bzw. piezoresistiven Effekten basieren. Der Begriff Bolzen umfasst im vorliegenden Kontext insbesondere Schrauben und bezeichnet allgemein ein längliches Objekt, das zum Befestigen geeignet ist.A bolt sensor signal is a signal that provides information about how tight a bolt connection is. Bolt sensors are advantageously used here, which are located, for example, in the form of a washer between a head of the bolt and a counterpart. The bolt sensor is set up to detect the forces between the bolt head and the counterpart and to output a corresponding signal that is a function of the forces. A large number of different bolt sensors are known which are based on strain gauges or, more advantageously, on piezoelectric or piezoresistive effects. The term bolt in the present context includes in particular screws and generally denotes an elongate object that is suitable for fastening.
Im Rahmen des Verfahrens bzw. der Auswerteroutine kann bestimmt werden, ob das aktuelle Bolzensensorsignal in einem zulässigen Erfassungsbereich liegt, d.h., ob es beispielsweise innerhalb eines oberen und unteren Grenzwertes liegt. Sollte sich das aktuelle Bolzensensorsignal außerhalb des zulässigen Erfassungsbereichs befinden, wird ein entsprechendes Alarmsignal ausgegeben, das angibt, dass ein aktuelles Bolzensensorsignal nicht erfasst werden konnte (Alarmsignal: „Messwert nicht im Erfassungsbereich“). Die Auswertungsroutine kann danach abgebrochen werden.As part of the method or the evaluation routine, it can be determined whether the current bolt sensor signal is within a permissible detection range, ie whether it is, for example, within an upper and lower limit value. If the current bolt sensor signal is outside of the permissible detection range, a corresponding alarm signal is output which indicates that a current bolt sensor signal could not be detected (alarm signal: "measured value not in the detection range"). The evaluation routine can then be aborted.
Befindet sich das aktuelle Bolzensensorsignal in einem zulässigen Erfassungsbereich, wird das aktuelle Bolzensensorsignal abgespeichert. Dies erfolgt vorzugsweise in einem rollierenden Speicher. Das bedeutet, dass das älteste zuvor gespeicherte Bolzensensorsignal mit dem aktuellen Bolzensensorsignal überschrieben wird. Mindestens das letzte vorangegangene Bolzensensorsignal wird vorteilhaft für weitere Berechnungen im Speicher behalten. Vorteilhaft ist der Speicher also ausgestaltet um mindestens zwei Bolzensensorsignale zu speichern, das aktuelle und das vorangegangene.If the current bolt sensor signal is within a permissible detection range, the current bolt sensor signal is saved. This is preferably done in a rolling memory. This means that the oldest previously stored bolt sensor signal will be overwritten with the current bolt sensor signal. At least the last previous bolt sensor signal is advantageously kept in memory for further calculations. The memory is therefore advantageously designed to store at least two stud sensor signals, the current one and the previous one.
Durch die fortwährende, periodische oder regelmäßige Erfassung von aktuellen Bolzensensorsignalen und das zyklische Ersetzen der gespeicherten Werte werden langsame Driftvorgänge an dem Bolzen bereits kompensiert.Slow drift processes on the bolt are already compensated for by the continuous, periodic or regular detection of current bolt sensor signals and the cyclical replacement of the stored values.
Nach dem Erfassen und Speichern des aktuellen Bolzensensorsignals wird ein Signal (Erdbebenanzeiger) ausgewertet, das angibt, ob ein Erdbeben vorliegt bzw. zwischen dem letzten Erfassungszeitpunkt und dem aktuellen Erfassungszeitpunkt vorlag.After the current bolt sensor signal has been recorded and stored, a signal (earthquake indicator) is evaluated which indicates whether an earthquake is present or whether it was present between the last recording time and the current recording time.
Ist ein solcher Erdbebenanzeiger aktiviert, d.h. liegt ein Erdbeben vor oder lag es innerhalb der letzten Messperiode vor, wird das aktuelle Bolzensensorsignal mit mindestens einem zuvor (vorteilhaft zuletzt) abgespeicherten Bolzensensorsignal verglichen. Weichen das aktuelle Bolzensensorsignal und das zuvor abgespeicherte Bolzensensorsignal mehr als um einen definierten Schwellenwert voneinander ab, wird ein Alarmsignal ausgegeben, dass angibt dass die Bolzenverbindung defekt ist (Alarmsignal: „Bolzenverbindung defekt“). Das Verfahren wird beendet.If such an earthquake indicator is activated, i.e. if an earthquake is present or was present within the last measurement period, the current bolt sensor signal is compared with at least one previously (advantageously last) stored bolt sensor signal. If the current bolt sensor signal and the previously saved bolt sensor signal deviate from one another by more than a defined threshold value, an alarm signal is output that indicates that the bolt connection is defective (alarm signal: "Bolt connection defective"). The procedure ends.
Sollte im vorherigen Schritt beim Auswerten des Erdbebenanzeigers festgestellt werden, dass der Erdbebenanzeiger nicht aktiviert ist, also kein Erdbeben vorliegt, kann die Auswertungsroutine an dieser Stelle zunächst beendet werden. Zu einem späteren Zeitpunkt, bspw. nach Ablauf einer Messperiodendauer kann mit der Erfassung eines weiteren Bolzensensorsignals fortgefahren werden.If it is determined in the previous step when evaluating the earthquake indicator that the earthquake indicator is not activated, i.e. there is no earthquake, the evaluation routine can be terminated at this point. At a later point in time, for example after a measurement period has elapsed, the acquisition of a further bolt sensor signal can be continued.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann innerhalb des Verfahrens eine Beschleunigung am Bolzensensor, bspw. in Form eines Beschleunigungswertes bzw. Beschleunigungsvektors erfasst werden. Der Erdbebenanzeiger kann vorteilhaft dann aktiviert werden, wenn ein Beschleunigungswert oder eine Amplitude des Beschleunigungsvektors einen definierten Grenzwert überschreitet. Der Bolzensensor kann somit autonom entscheiden, ob ein Erdbeben vorliegt.According to a further aspect, an acceleration at the bolt sensor, for example in the form of an acceleration value or acceleration vector, can be detected within the method. The earthquake indicator can advantageously be activated when an acceleration value or an amplitude of the acceleration vector exceeds a defined limit value. The bolt sensor can thus decide autonomously whether there is an earthquake.
Gemäß einem anderen Aspekt kann das Erdbebensignal auch von einem externen Signalgeber empfangen werden. Die Übertragung kann dann mittels Datenbussen oder mittels eines Netzwerks, insbesondere eines drahtlosen Netzwerks (auch Internet oder Mobilfunkt etc.) erfolgen. Wird ein entsprechendes Erdbebensignal empfangen, dann kann der Erdbebenanzeiger aktiviert werden.According to another aspect, the earthquake signal can also be received from an external signal transmitter. The transmission can then take place by means of data buses or by means of a network, in particular a wireless network (also the Internet or mobile communications, etc.). If a corresponding earthquake signal is received, then the earthquake indicator can be activated.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann eine Differenz zwischen dem aktuellen Bolzensensorsignal und dem zuletzt (zuvor) abgespeicherten Bolzensensorsignal gebildet werden. Ist diese Differenz größer als ein definierter Schwellenwert, wird ein Alarmsignal ausgegeben. Entsprechend kann ein erstes Alarmsignals („Bolzenverbindung defekt“) ausgegeben werden, wenn das Überprüfen, ob ein Erdbeben vorliegt ergeben hat, dass ein Erdbeben vorliegt. Zusätzlich oder alternativ kann ein zweites Alarmsignals („Bolzenverbindung gelockert“) ausgegeben werden, auch dann wenn das Überprüfen, ob ein Erdbeben vorliegt ergeben hat, dass kein Erdbeben vorliegt.According to a further aspect, a difference can be formed between the current bolt sensor signal and the last (previously) stored bolt sensor signal. If this difference is greater than a defined threshold value, an alarm signal is issued. Correspondingly, a first alarm signal ("faulty bolt connection") can be issued when checking whether an earthquake is present has revealed that an earthquake is present. In addition or as an alternative, a second alarm signal (“loosened bolt connection”) can be issued even if checking whether an earthquake is present has shown that no earthquake is present.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann die Differenz vorteilhaft durch die Messperiodendauer geteilt werden. Der Quotient aus der Differenz und der Messperiodendauer kann dann ausgewertet oder ausgegeben werden. Hierdurch wird die Änderung (Differenz) des Bolzensensorsignals zeitlich normiert. So kann eine zusätzliche Aussage über die Geschwindigkeit der Änderung und das damit verbundene Risiko vorgenommen werden. Die ermittelten Werte können ein Indiz für einen Frühausfall sein, so dass eine vorsorgliche Wartung erfolgen kann.According to a further aspect, the difference can advantageously be divided by the measurement period duration. The quotient of the difference and the length of the measurement period can then be evaluated or output. This normalizes the change (difference) in the bolt sensor signal over time. In this way, an additional statement can be made about the speed of the change and the associated risk. The determined values can be an indication of an early failure, so that preventive maintenance can be carried out.
Die Bildung der Differenz aus mindestens zwei Bolzensensorsignalen und ggf. das Teilen durch die Messperiodendauer kann natürlich auch vorteilhaft dann vorgenommen werden, wenn ein Erdbeben detektiert wurde und bestimmt werden soll, ob und ggf. in welchem Umfang sich die erfassten zeitlich versetzten Bolzensensorsignale voneinander unterscheiden.The formation of the difference between at least two bolt sensor signals and, if necessary, dividing by the measurement period can of course also be carried out advantageously when an earthquake has been detected and it is to be determined whether and, if so, to what extent the detected temporally offset bolt sensor signals differ from one another.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann die Messperiodendauer zur Erhöhung einer Überwachungsdichte, zum Beispiel nach festgestellten Erdbeben, verkürzt werden.According to a further aspect, the duration of the measurement period can be shortened in order to increase a monitoring density, for example after earthquakes have been detected.
Ferner kann die Messperiodendauer verlängert werden, um eine Verringerung des Energieverbrauchs zu erreichen.Furthermore, the measurement period can be lengthened to achieve a reduction in power consumption.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann eine Nachricht mittels einer Netzwerkinfrastruktur und/oder eines Nachrichtenbusses versendet werden, die eines der Alarmsignale umfasst.According to a further aspect, a message can be sent using a network infrastructure and/or a message bus, which message comprises one of the alarm signals.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein System bereitgestellt, welches mindestens einen Bolzensensor und eine Auswerteelektronik umfasst. Das System ist dann vorteilhaft ausgestaltet, um das hierin beschriebene Verfahren gemäß den unterschiedlichen Aspekten und Ausführungsbeispielen durchzuführen.According to a further aspect, a system is provided which includes at least one bolt sensor and evaluation electronics. The system is then advantageously designed to carry out the method described herein according to the different aspects and exemplary embodiments.
Das System kann vorteilhaft einen Beschleunigungssensor umfassen, der mit der Auswerteelektronik gekoppelt ist und zur Bereitstellung eines Beschleunigungswertes in Reaktion auf ein Erdbeben eingerichtet istThe system can advantageously include an acceleration sensor which is coupled to the evaluation electronics and is set up to provide an acceleration value in response to an earthquake
Ferner kann das System einen Energiespeicher umfassen, wobei die Auswerteelektronik mit in dem Energiespeicher gespeicherte Energie autark betrieben werden kann.Furthermore, the system can include an energy store, with the evaluation electronics being able to be operated autonomously with energy stored in the energy store.
Die Auswerteelektronik kann außerdem eingerichtet sein, um den Energiespeicher mit frei verfügbarer Energie, beispielsweise aus Solarenergie, Windenergie oder Energy-Harvesting zu laden.The evaluation electronics can also be set up to charge the energy store with freely available energy, for example from solar energy, wind energy or energy harvesting.
Figurenlistecharacter list
Im Folgenden werden die Merkmale und Aspekte der Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert, dabei zeigt:
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1 ein vereinfachtes schematisches Flussdiagramm gemäß einem Ausführungsbeispiel, - -
2 eine vereinfachtes Diagramm zur Erläuterung der Driftkompensation, und - -
3 eine vereinfachte Darstellung eines Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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1 a simplified schematic flowchart according to an embodiment, - -
2 a simplified diagram to explain drift compensation, and - -
3 a simplified representation of a system according to an embodiment.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELENDETAILED DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS
Das Verfahren bzw. die Auswerteroutine gemäß einem Ausführungsbeispiel wird anhand des Flussdiagrams in
Das Verfahren beginnt in Schritt S1, in dem das System entweder initialisiert wird oder nach vorangegangener Durchführung des Verfahrens wieder zu Schritt S1 zurückkehrt. Die geschieht durch eine der Abbruchbedingungen, die nachfolgend erläutert werden und vorteilhaft zeitlich nach einer voreingestellten Messperiodendauer T0.The method begins in step S1, in which the system is either initialized or, after the method has been carried out, returns to step S1. This occurs as a result of one of the termination conditions that are explained below and advantageously after a preset measurement period T0.
In Schritt S2 wird das Bolzensensorsignal erfasst.In step S2, the bolt sensor signal is detected.
Insgesamt wird die im Flussdiagramm gemäß
Ist das aktuelle Bolzensensorsignal in Schritt S2 erfasst, wird in Schritt S5 bestimmt, ob das Bolzensensorsignal in einem vorgegebenen Erfassungsbereich liegt. Liegt das Bolzensensorsignal nicht im Erfassungsbereich, wird in Schritt S3 ein Alarm ausgelöst. Danach wird in Schritt S4 die Auswertung abgebrochen.If the current bolt sensor signal is detected in step S2, it is determined in step S5 whether the bolt sensor signal is within a predetermined detection range. If the bolt sensor signal is not within the detection range, an alarm is triggered in step S3. The evaluation is then terminated in step S4.
Liegt das Bolzensensorsignal im Erfassungsbereich, wird in Schritt S6 das aktuelle Bolzensensorsignal abgespeichert. Dies kann beispielsweise in einem rollierenden bzw. umlaufenden Speicher erfolgen. Dass heißt, der Speicher kann so konfiguriert sein, dass eine begrenzte Anzahl (bspw. zwei oder mehr) von Bolzensensorsignalen gespeichert werden kann. Ist die maximale Anzahl erreicht, wird der Speicher wieder von vorne überschrieben.If the bolt sensor signal is in the detection range, the current bolt sensor signal is stored in step S6. This can be done, for example, in a rolling or circulating memory. That is, the memory may be configured to store a limited number (e.g., two or more) of stud sensor signals. If the maximum number is reached, the memory is overwritten again from the beginning.
Danach folgt Schritt S7, in dem generell festgestellt wird, ob ein Erdbeben vorliegt. Ist ein solches Signal, also ein Erdbebenanzeiger, nicht aktiviert, so wird zu Schritt S1 zurückgekehrt, also die Auswertungsroutine in Schritt S7 abgebrochen und mit Schritt S1 fortgefahren. Mit Schritt S1 oder S2 wird vorteilhaft erst nach Ablauf einer vollen vorbestimmten Messperiodendauer T0 fortgefahren. Ist der Erdbebenanzeiger aktiviert, liegt also ein Indikator für ein Erdbeben vor, so wird in Schritt S8 festgestellt, ob sich das Bolzensensorsignal verändert hat. Hat sich das Bolzensensorsignal nicht verändert, wird wieder zu Schritt S1 zurückgekehrt, also die Auswertungsroutine an dieser Stelle abgebrochen. Auch wird vorteilhaft der Ablauf einer Messperiodendauer abgewartet, bevor die Auswerteroutine von vorn beginnt.This is followed by step S7, in which it is generally determined whether an earthquake is present. If such a signal, ie an earthquake indicator, is not activated, the process returns to step S1, ie the evaluation routine is aborted in step S7 and continued with step S1. Step S1 or S2 is advantageously continued only after a full predetermined measurement period duration T0 has elapsed. If the earthquake indicator is activated, ie if there is an indicator of an earthquake, it is determined in step S8 whether the bolt sensor signal has changed. If the stud sensor signal has not changed, the process returns to step S1, ie the evaluation routine is aborted at this point. It is also advantageous to wait for a measurement period to expire before the evaluation routine starts over.
Wenn sich das Bolzensensorsignal nach Auftreten eines Erdbebens zu stark verändert hat, wird in Schritt S9 ein Alarm ausgelöst, der anzeigt, dass der Bolzen defekt ist („Bolzenverbindung defekt“). Das Verfahren wird dann in Schritt S10 beendet.If the bolt sensor signal has changed too much after an earthquake has occurred, an alarm indicating that the bolt is defective ("bolt connection defective") is triggered in step S9. The method is then ended in step S10.
Die Überprüfung des Bolzensensorsignals in Schritt S8 aber auch in einem separaten optionalen Schritt S11 kann derart ausgestaltet sein, dass eine Differenz zwischen dem aktuellen Bolzensensorsignal und dem oder einem zuletzt bzw. zuvor abgespeicherten Bolzensensorsignal bezüglich eines definierten Schwellwertes überprüft wird. Solange die Differenz kleiner als der festgelegter Schwellwert ist, wird die Routine in Schritt S8 abgebrochen und zu Schritt S1 zurückgekehrt. Sollte sich die Differenz außerhalb der festgelegten Grenzen durch den Schwellenwert befinden, wird in Schritt S9 ein Alarm ausgelöst („Bolzenverbindung defekt“). Das Verfahren wird dann in Schritt S10 beendet. Ähnlich kann auch in Schritt S11 verfahren werden.The verification of the bolt sensor signal in step S8 but also in a separate optional step S11 can be designed such that a difference between the current bolt sensor signal and the last or previously stored bolt sensor signal is checked with respect to a defined threshold value. As long as the difference is less than the specified threshold value, the routine is terminated in step S8 and a return is made to step S1. If the difference is outside the limits set by the threshold value, in step S9 a Alarm triggered ("bolt connection defective"). The method is then ended in step S10. A similar procedure can also be used in step S11.
Neben der Differenzbildung aus vorangegangenem und aktuellem Bolzensensorsignal kann die Differenz auch noch durch die jeweilige Messperiodendauer T0 geteilt werden.In addition to forming the difference between the previous and the current bolt sensor signal, the difference can also be divided by the respective measurement period duration T0.
Wie insbesondere durch Schritt S11 illustriert kann Innerhalb des Verfahrens fortwährend kontrolliert werden, wie sich die jeweils erfassten Bolzensensorsignale entwickeln. Wird dabei festgestellt, dass eine Differenz zwischen dem aktuellen Bolzensensorsignal und einem oder mehreren zuletzt abgespeicherten Bolzensensorsignalen (also zeitlich frühere Bolzensensorsignale) zu sehr verändert haben, kann ein Alarm „Bolzenverbindung gelockert“ ausgelöst werden. Diese Überprüfung kann vorzugweise darin bestehen, dass Differenzen zwischen zuvor abgespeicherten Bolzensensorsignalen und aktuellen Bolzensensorsignalen bestimmt werden. Weiter wird überprüft, ob diese Differenz oder Differenzen einen Schwellenwert überschreitet bzw. überschreiten. Die Differenz kann grundsätzlich durch die Messperiodendauer geteilt werden, um eine qualitative und quantitative Aussage über die zeitliche Veränderung zu erhalten. Dieser Quotient aus Differenz und Messperiodendauer kann zusätzlich ausgegeben bzw. ausgewertet werden. Hierdurch können akute Veränderungen an der Bolzenverbindung von „normalen“ Langzeitveränderungen (Drift) unterschieden werden. Insbesondere können die Bolzensensorsignale über einen längeren Zeitraum auf einen „normalen“ Drift hin ausgewertet werden, der in regelmäßigen Abständen kompensiert wird.As illustrated in particular by step S11, it can be continuously monitored within the method how the respectively detected bolt sensor signals develop. If it is determined that a difference between the current bolt sensor signal and one or more bolt sensor signals last saved (i.e. earlier bolt sensor signals) has changed too much, an alarm "bolt connection loosened" can be triggered. This check can preferably consist in determining differences between previously stored bolt sensor signals and current bolt sensor signals. It is also checked whether this difference or differences exceeds or exceeds a threshold value. In principle, the difference can be divided by the length of the measurement period in order to obtain a qualitative and quantitative statement about the change over time. This quotient of the difference and the length of the measurement period can also be output or evaluated. This allows acute changes in the bolt connection to be distinguished from "normal" long-term changes (drift). In particular, the bolt sensor signals can be evaluated over a longer period of time for a "normal" drift, which is compensated for at regular intervals.
Beispielhaft werden die Bolzensensorsignale BSi bis BSi+4 zu Zeitpunkten 0, T0, 2T0, 3T0 und 4T0 erfasst. Dabei ist T0 die Messperiodendauer. Diese kann, wie zuvor beschrieben angepasst werden. Aufgrund von Driften oder Kriecheffekten erhöhen sich die Werte langsam innerhalb der Messperiodendauer T0. Zunächst wird davon ausgegangen, dass der jeweils letzte Wert immer wieder der Nulllinie (Amplitude BS) entspricht. Der jeweils vorangegangene Wert BSi dient damit als Referenz für den darauf folgenden Wert BSi+1. Dadurch wird bereits eine Kompensation von Kriecheffekten und Driften erzielt. Ferner können aufgrund des Verhaltens der Bolzensensorsignale über einen gewissen Zeitraum auch Vorhersagen über ein normales Driftverhalten gemacht werden. Dieses Verhalten kann dann der Auswertung bezüglich eines Erdbebens zugrundegelegt werden. Insbesondere kann durch die Teilung der Differenz (BSi+1 - BSi) mit der Messperiodendauer T0 (wobei T0 generell variable sein kann) zeitlich normiert werden. So kann ein auffälliges Verhalten auch bei variabler Messperiode besser bewertet werden.For example, the bolt sensor signals BS i to BS i+4 are recorded at
Generell kann der Erdbebenanzeiger auf einem Beschleunigungssensor basieren, der beispielsweise am oder im Bolzensensor angeordnet ist. Dieser Beschleunigungssensor kann eine Beschleunigung in eine, zwei oder drei vorzugsweise zueinander orthogonalen Richtungen messen. Entsprechend ergibt sich ein Beschleunigungsvektor. Wenn einer, mehrere oder alle Werte dieses Beschleunigungsvektors einen definierten Grenzwert, bspw. in Form einer Amplitude des Beschleunigungsvektors überschreiten, wird dadurch ein Erdbeben als äußerst wahrscheinlich bzw. gegeben erkannt und entsprechend wird der Erdbebenanzeiger aktiviert (Schritt S7). Es ist ebenfalls möglich, dass in Schritt S7 ein Erdbebenanzeiger von einem externen Signalgeber bereitgestellt wird. Das Erdbebensignal kann dann mittels eines Datenbusses oder mittels eines Netzwerkes, insbesondere eines mobilen Netzwerkes, an die Auswertungsschaltung übermittelt werden. Sobald ein solches Signal empfangen wird, kann der Erdbebenanzeiger aktiviert werden und die Routine kann mit Schritt S8 fortgesetzt werden.In general, the earthquake indicator can be based on an acceleration sensor, which is arranged, for example, on or in the bolt sensor. This acceleration sensor can measure an acceleration in one, two or three directions that are preferably orthogonal to one another. An acceleration vector results accordingly. If one, several or all values of this acceleration vector exceed a defined limit value, for example in the form of an amplitude of the acceleration vector, an earthquake is recognized as extremely likely or given and the earthquake indicator is activated accordingly (step S7). It is also possible that in step S7 an earthquake indicator is provided by an external signal generator. The earthquake signal can then be transmitted to the evaluation circuit by means of a data bus or by means of a network, in particular a mobile network. Once such a signal is received, the earthquake indicator can be activated and the routine can continue with step S8.
Das Überprüfen, ob ein Erdbeben eingetreten ist, kann auch beide beschriebenen Alternativen kombinieren. Der Erdbebenanzeiger kann dabei dann aktiviert werden, wenn zumindest eines der Verfahren bzw. eine der Vorrichtungen, also die Erfassung und Auswertung eines Beschleunigungswertes oder die Auswertung eines Signals eines externen Signalgebers, ein Erdbeben erkennt. Auch möglich ist, dass der Erdbebenanzeiger nur dann aktiviert wird, wenn beide Verfahren ein Erdbeben erkennen.Checking whether an earthquake has occurred can also combine both alternatives described. The earthquake indicator can then be activated when at least one of the methods or one of the devices, ie the detection and evaluation of an acceleration value or the evaluation of a signal from an external signal transmitter, detects an earthquake. It is also possible that the earthquake indicator is only activated if both methods detect an earthquake.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist außerdem ein Beschleunigungssensor 5 vorgesehen, der beispielhaft im Bolzensensor 1 angeordnet ist. Alternativ könnte dieser Beschleunigungssensor 5 auch am Bolzensensor angeordnet sein. Der Beschleunigungsensor 5 liefert einen Beschleunigungsvektor (elektrisches Signal) an die Auswerteelektronik 2. Anhand des Beschleunigungsvektors kann detektiert werden, ob ein Erdbeben aufgetreten ist.In the present exemplary embodiment, an
Ferner kann die Auswerteelektronik 2 ausgestaltet sein, eine Nachricht, die einen der Alarme umfasst, beispielsweise mittels Netzwerkinfrastruktur und/oder Nachrichtenbus an einen Nachrichtenempfänger zu versenden. Außerdem könnte über ein Netzwerk oder einen Bus auch ein Erdbebenindikator von einem Signalgeber 7 an die Auswertelektronik 2 übermittelt werden.Furthermore, the
Die Auswerteelektronik 2 oder der Bolzensensor 1 kann vorteilhaft einen Energiespeicher 4 umfassen, wobei die Auswerteelektronik 2 mit der im Energiespeicher 4 gespeicherte Energie autark betrieben werden kann.The
Die Auswerteelektronik 2 kann ferner geeignet sein, den Energiespeicher 4 mit frei verfügbarer Energie, beispielsweise aus Solarenergie, Windenergie oder durch Energy-Harvesting zu laden.The
Das Verfahren bzw. das System kann ferner um einen absoluten Alarmschwellenwert ergänzt werden, der dafür sorgt, dass auch ein langsames Losrütteln einer Schrauben- bzw. Bolzenverbindung detektiert werden kann bzw. für einen Alarm sorgen, bevor das Messsignal die Grenzen des Messbereichs der nachfolgenden Elektronik erreicht bzw. verlässt.The method or the system can also be supplemented with an absolute alarm threshold value, which ensures that a slow shaking loose of a screw or bolt connection can be detected or an alarm can be triggered before the measurement signal exceeds the limits of the measurement range of the downstream electronics reached or left.
Ferner kann insbesondere zur Driftprognose die Differenz zwischen gespeichertem und aktuellem Signal ausgewertet werden, die dann durch die Messperiode geteilt wird. Diese Werte geben ein Indiz für einen Frühausfall, so dass eine vorsorgliche Wartung erfolgen kann. Durch eine variable Periode im Auswertealgorithmus kann beispielsweise der Energieverbrauch des Systems reduziert werden. Andererseits kann der Informationsgehalt erhöht werden, wenn beispielsweise bei leichten Erdstößen die Messfrequenz erhöht wird.Furthermore, the difference between the stored and the current signal can be evaluated, in particular for drift prognosis, which is then divided by the measurement period. These values give an indication of an early failure, so that preventive maintenance can be carried out. A variable period in the evaluation algorithm can, for example, reduce the energy consumption of the system. On the other hand, the information content can be increased if, for example, the measuring frequency is increased in the case of light earthquakes.
BezugszeichenlisteReference List
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- Bolzensensorbolt sensor
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