DE19600085A1 - Verfahren zur Detektion von Löchern in einem Rohr - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von Lö­ chern in einem Rohr gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solches Verfahren ist bereits aus der DE 43 28 031 A1 bekannt.

Verfahren dieser Art werden vor allem zur Untersuchung von Rohren eingesetzt, die aufgrund ihres geringen Durchmes­ sers vom Menschen nicht begehbar sind und die auf Schad­ stellen hin untersucht werden müssen oder in denen die genaue Position von Rohrabzweigungen festgestellt werden muß.

Besonders schwierig gestaltet sich letztere Aufgabe in sa­ nierungsbedürftigen Rohrsystemen, z. B. der Kanalisation, in denen nachträglich zur Reparatur von Schadstellen in­ wandig Kunststoffrohre eingezogen werden, die nach der Montage in den zu sanierenden Rohren an den Rohrabzwei­ gungen freizuschneiden sind, das heißt, in die genau am Ort der Einmündung der Abzweigung ein Loch einzubringen ist, das genau den Durchmesser des Abzweigungsrohres im Einmündungsbereich hat.

Herkömmliche Wegmeßverfahren, bei denen ein fahrbares Wegmeßgerät im Rohr eingesetzt wird und nach vorgegebenen Daten den Weg bis zur Abzweigung vermißt, sind u. a. infol­ ge des Schlupfes der Räder eines solchen Wegmeßgeräts im allgemeinen zu ungenau. Herkömmliche optische Verfahren, bei denen ein fahrbares Gerät mit einer Videokamera im Rohr entlangfährt, versagen hier vollkommen, da der Kunststoff der nachträglich eingezogenen Rohre in der Re­ gel undurchsichtig ist.

Abhilfe schafft hier das in der DE 43 28 031 A1 beschrie­ bene FMCW-Radarverfahren (FMCW = Frequency-Modulated- Continous-Wave), bei dem ein fahrbares Radargerät in das Rohr eingesetzt wird und im Rohr entlangfährt. Über eine Sendeantenne werden FMCW-Radarsignale (z. B. im Bereich von 1 bis 10 GHz) quer zur Bewegungsrichtung längs des Rohres ausgesendet, an der Rohrwand reflektiert und von Empfangs­ antennen des Radargeräts empfangen und eine Auswerteein­ heit weitereleitet, in der diese Signale ausgewertet wer­ den. Die Antennenanordnung ist bei diesem Gerät um die Be­ wegungsachse des Geräts drehbar, so daß im Prinzip während der Fahrt durch das Rohr der gesamte Rohrbereich unter­ sucht werden kann. Das Gerät ist zusätzlich mit einer Videokamera ausgerüstet.

Trifft nun das Sendesignal auf ein Loch im Rohr, ändert sich das Reflexionsverhalten des Signals entsprechend (es wird weniger Signalenergie reflektiert) und in der Aus­ werteeinheit wird diese Stelle im Rohr als mit einem Loch versehen identifiziert und die Position dieser Stelle im Rohr angezeigt. Faltet man diese Information mit vorge­ gebenen Positionsdaten über die Abzweigungen im Rohr, kann mit Sicherheit angegeben werden, ob es sich bei dem Loch um eine Schadstelle handelt oder um die gesuchte Abzwei­ gung, die in einem nachfolgenden Arbeitsgang - nachdem der Ort mittels des Radargeräts präzise festgestellt wor­ den ist - freigeschnitten werden kann. Problematisch bei diesem Verfahren ist jedoch, daß aufgrund der relativ hohen Sendeleistungen entsprechend hohe Störstrahlungsfel­ der auftreten, die mit entsprechend hohem zusätzlichen Filter- und Abschirmaufwand soweit reduziert werden müs­ sen, daß die Anlage den Störstrahlanforderungen der Post genügt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein solches Ra­ darverfahren so abzuändern, daß die auftretenden Stör­ strahlungen von vornherein weitaus geringer sind.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 wiederge­ geben. Die übrigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die auftretenden Störstrahlungsfelder gegenüber den bekannten FMcW-Radargeräten erheblich niedriger ist und daß damit auch der Filter- und Abschirmaufwand entspre­ chend geringer ist, der zur Erfüllung der postalischen Störstrahlungsanforderungen erforderlich ist. Das Verfah­ ren arbeitet zudem sehr zuverlässig und genau. Die zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Radargeräte sind robust, einfach im Aufbau und billig in der Herstellung.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figur näher erläutert. In der Figur ist das Blockschaltbild eines Ra­ dargeräts gezeigt, mit dem die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders vorteilhaft ausgeführt werden kann.

Das Radargerät weist einen Sendezweig und einen Empfangs­ zweig auf. Der Sendezweig besteht aus einem an sich be­ kannten DRO (DRO = Dielectric Resonator Oscillator), des­ sen Ausgangssignal mittels eines Modulators amplitudenge­ tastet wird (zu 100%). Das Steuersignal für den Modulator wird dabei in an sich bekannter Weise in einem Modula­ tionsgenerator erzeugt. Der DRO sendet die getasteten Si­ gnale über eine Sendeantenne aus, die zwischen zwei Emp­ fangsantennen angeordnet ist, die die reflektierten Sende­ signale empfangen. Die beiden Empfangsantennen sind über Detektoren auf einen Summierer aufgeschaltet, der die bei­ den Empfangssignale addiert und an einen Verstärker/Demo­ dulator weiterreicht. Diese Einheit wiederum ist ausgangs­ seitig an eine (nicht gezeigte) Auswerteeinheit ange­ schlossen, in der die von den Empfangsantennen empfangenen und anschließend detektierten, addierten, verstärkten und demodulierten (gleichgerichteten) Empfangssignale ausge­ wertet und bei Detektion eines Loches bzw. einer Abzwei­ gung diese(s) zur Anzeige bringt. Die Sendeantenne und die Empfangsantenne wird vorteilhafterweise mit einem hohen Vor-Rück-Verhältnis ausgestattet und vorzugsweise in Form von sogenannten Backfire-Antennen realisiert; der Verstär­ ker arbeitet vorteilhafterweise als logarithmischer oder zumindest annähernd logarithmischer Verstärker.

Im Einsatz auf der Suche nach Löchern bzw. Abzweigungen im Rohr erfassen die Empfangsantennen und die nachgeschalte­ ten Detektoren das von der durch das Kunststoff-Innenrohr hindurch bestrahlten Rohrwand reflektierte und zu 100% amplitudengetastete Sendesignal. Die beiden Empfangssigna­ le werden im Summierer zusammengefaßt und anschließend in dem logarithmischen oder näherungsweise logarithmischen Verstärker/Demodulator verstärkt und in eine Gleichspan­ nung umgewandelt. Dies ist allgemein bekannt und bedarf daher keiner näheren Erläuterung.

Strahlt nun die Sendeantenne in ein Schadstellen-Loch oder in die gesuchte freizuschneidende Abzweigung, wird von den Empfangsantennen naturgemäß kein reflektiertes Signal oder nur ein in seinem Pegel erheblich reduziertes Reflexions­ signal empfangen, dem ggf. ein (in der Regel vergleichs­ weise schwaches) Übersprechsignal des Sendezweigs überla­ gert ist, das von den Empfangsantennen auf direktem Wege (also ohne Reflexion an den Rohrwänden) empfangen wird. Der Unterschied in der Signalstärke zwischen dem an der Rohrwand reflektierten Signal und einem in seinem Pegel im wesentlichen durch das Übersprechsignal bestimmten Emp­ fangssignal bei einer Abzweigung liegt typisch im Bereich von mehreren 10 dB, z. B. im Bereich zwischen 30 dB und 40 dB.

Da das an den Rohrwänden reflektierte Signal nicht von einem "Punktziel" herstammt, treten auch keine merklichen Interferenz-Schwankungen auf (die zudem durch die Verstär­ kungscharakteristik des logarithmischen Verstärkers noch weiter reduziert werden).

Wird durch das geänderte Reflexionsverhalten an einer Stelle im Rohr ein Loch identifiziert, muß diese Infor­ mation noch mit vorgegebenen Daten über die Lage der ge­ suchten Abzweigung gefaltet werden, um zweifelsfrei ent­ scheiden zu können, ob es sich bei dem Loch "nur" um eine Schadstelle handelt (die durch das innenliegende Kunst­ stoffrohr repariert worden ist) oder ob es sich um eine gesuchte und anschließend freizuschneidende Abzweigung handelt. Infolge der nur geringen erforderlichen Sende­ leistungen halten sich die entsprechenden Störstrahlungs­ felder ebenfalls gering und können ggf. mit geringem Fil­ ter- und Abschirmaufwand auf das von der Post geforderte Minimum weiter reduziert werden.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf das be­ schriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern vielmehr auch auf andere übertragbar ist.

So ist es z. B. denkbar, die Antennenanordnung um die Achse der Bewegungsrichtung des Radargeärts längs des Rohres ro­ tieren zu lassen, um die gesamte Rohrinnenwand auf diese Weise während einer Fahrt auf Löcher untersuchen zu kön­ nen.

Ferner ist denkbar, daß nach Lokalisierung der Abzweigung die Stelle am Kunststoffrohr markiert wird und der Frei­ schneidevorgang anschließend mittels einer Videokamera ge­ führt an diesem Markierungspunkt beginnt.

Claims (5)

1. Verfahren zur Detektion von Löchern in einem Rohr, bei welchem Verfahren ein Radargerät im Inneren des Rohres entlang dessen Längsachse bewegt wird und quer zur Bewe­ gungsrichtung über eine Sendeantenne, die zwischen zwei Empfangsantennen angeordnet ist, Sendesignale aussendet und über die Empfangsantennen die am Rohr reflektierten Sendesignale empfängt und in einer den Empfangsantennen nachgeschalteten Auswerteeinheit auswertet und aufgrund der Auswertung festgestellte Löcher im Rohr und deren Position im Rohr anzeigt, dadurch gekennzeichnet,

• - daß als Sendesignal ein amplitudenmoduliertes Sende­ signal fortwährend ausgesendet wird,
• - daß die Empfangssignale nach ihrer Detektion, Summa­ tion, Verstärkung und Demodulation in Gleichspannungs­ signale umgewandelt werden, die der Auswerteeinheit zugeführt werden,
• - daß bei Unterschreiten eines vorbestimmten unteren Gleichspannungs-Signalpegels die Auswerteeinheit die entsprechende Stelle im Rohr als mit einem Loch ver­ sehen identifiziert und die Position dieses Loches im Rohr anzeigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sendesignal vorzugsweise zu 100% amplitudenge­ tastet ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangssignale nach deren Detek­ tion und Summation logarithmisch oder näherungsweise loga­ rithmisch verstärkt werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Sendeantenne und die Emp­ fangsantenne um die Bewegungsachse des Radargeräts drehbar sind.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ge­ kennzeichnet durch seine Verwendung zur Untersuchung von im Inneren vollständig mit Kunststoff ausgekleideten Me­ tall- oder Stein- oder Betonrohren.