DE19848067A1

DE19848067A1 - Spatial shift detection arrangement for construction parts and structures

Info

Publication number: DE19848067A1
Application number: DE1998148067
Authority: DE
Inventors: Gerd Griepentrog; Guenter Lins; Reinhard Maier
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-10-19
Filing date: 1998-10-19
Publication date: 2000-05-04
Anticipated expiration: 2018-10-20
Also published as: DE19848067B4

Abstract

The arrangement includes at least one optical shift monitor with a light source (16), which emits optical radiation onto a curved mirror (11) at the location (X,Y,Z), which is to be measured. The direction of the reflected beam changes with the shift the object (1). At least one sensor is provided for the reflected beam for determining the direction of change. Preferably, the curved mirror is a concave mirror and an optical lens system (17) is provided between the light source and the mirror.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erfassung der räumlichen Verlagerung von Konstruktionsteilen und/oder Strukturen.The invention relates to a device for detection the spatial relocation of construction parts and / or Structures.

Beispielsweise müssen extrem sicherheitsrelevante Konstruk tionsteile und deren Strukturen, die starken thermischen Belastungen ausgesetzt sind, z. B. Rohrverbindungen in Kraft werken, im Hinblick auf eine zwangsläufig mit der Zeit er folgende Materialermüdung überwacht werden. Bisher wird dazu vorteilhaft die durch die Wärmeausdehnung bestimmte Verlage rung, welche bestimmte Strukturen von Konstruktionsteilen z. B. durch eine Temperaturerhöhung erfahren, registriert. Bei einer Temperaturerhöhung bis etwa 500°C kann eine solche Ver lagerung bereits beachtliche Ausmaße annehmen. Durch Aufsum mieren der Strukturverlagerungen nach Anzahl und/oder Ampli tude kann daraus der Ermüdungsgrad festgestellt werden.For example, extremely safety-relevant constructions tion parts and their structures, the strong thermal Are exposed to loads, e.g. B. Pipe connections in place works with a view to inevitably with time he following material fatigue are monitored. So far this has become advantageous the publishers determined by the thermal expansion tion, which specific structures of construction parts e.g. B. experienced by an increase in temperature, registered. At Such an increase in temperature up to about 500 ° C storage already assume considerable dimensions. By consumption Mieren the structural shifts by number and / or ampli The degree of fatigue can be determined from this.

Vom Stand der Technik sind Temperaturmeßsysteme zum Zwecke einer indirekten Verlagerungserfassung bekannt, wobei ins besondere der thermische Ausdehnungskoeffizient der Materia lien ausgenutzt wird. Direkte Verlagerungsmessungen selbst sind allerdings bei höheren Temperaturen problematisch. Bei spielsweise können Dehnungsmeßstreifen auf hochtemperatur führenden Bauteilen nicht appliziert werden.From the prior art, temperature measurement systems are for the purpose an indirect relocation detection known, ins especially the thermal expansion coefficient of the materia lien is exploited. Direct displacement measurements themselves are problematic at higher temperatures. At For example, strain gauges can be set to high temperature leading components are not applied.

In der Zeitschrift Elektronik 13 (1998), Seiten 82 bis 91 wird ein Überblick über die derzeit bekannten Positions- Erfassungssysteme gegeben. Es werden dort im einzelnen Vor- und Nachteil unterschiedlicher physikalischer Prinzipien für solche Systeme verglichen.In the magazine Elektronik 13 (1998), pages 82 to 91 is an overview of the currently known position Acquisition systems given. In detail there and disadvantage of different physical principles for compared such systems.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die insbesondere zur Anwendung bei hochtemperaturführenden Strukturen von Bau teilen geeignet ist.In contrast, the object of the invention is a device to create the type mentioned, in particular for Use in high temperature structures of construction sharing is appropriate.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch wenigstens einen opti schen Verlagerungsmonitor gelöst, bei dem mit einer Licht quelle auf einem gekrümmten Spiegel an der zu vermessenden Stelle optische Strahlung eingestrahlt wird, wobei sich die Richtung der reflektierten Strahlung infolge der Verlagerung des zu vermessenden Objektes verändert, und wobei die reflek tierte Strahlung auf wenigstens einen Sensor zur Erfassung der Richtungsänderung gegeben wird. Vorzugsweise ist dabei der gekrümmte Spiegel ein Hohlspiegel, der eine Fokussierung der reflektierten Strahlung auf die Detektorfläche bewirkt und damit eine hohe Auflösung ermöglicht. Bei drehenden Ver lagerungsbewegungen, insbesondere Rohren od. dgl., bewirkt ein Hohlspiegel eine im Vergleich zu einem Planspiegel wesentlich verstärkte optische Ablenkung.The task is according to the invention by at least one opti solved relocation monitor, where with a light source on a curved mirror on the one to be measured Spot optical radiation is radiated, the Direction of the reflected radiation due to the displacement of the object to be measured changed, and the reflec based radiation on at least one sensor for detection the change of direction is given. Preferably there is the curved mirror is a concave mirror that is a focus of the reflected radiation on the detector surface and thus enables a high resolution. With rotating ver Storage movements, especially pipes or the like a concave mirror compared to a plane mirror significantly increased optical distraction.

Bei der Erfindung kann zwischen Lichtquelle und gekrümmtem Spiegel ein optisches Linsensystem angeordnet sein. Ebenfalls kann ein halbdurchlässiger Spiegel zwischen Lichtquelle und gekrümmtem Spiegel vorhanden sein.In the invention can be between light source and curved An optical lens system can be arranged in the mirror. Likewise can be a semi-transparent mirror between light source and curved mirror.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung be steht der Sensor zur Erfassung der Richtungsänderung der reflektierten Strahlung aus einzelnen Sensorelementen, wobei zur zweidimensionalen Messung der Sensor aus vier Sensorele menten bestehen kann, die in wenigstens zwei Zeilen angeord net sind.In a particularly advantageous embodiment of the invention is the sensor for detecting the change in direction of the reflected radiation from individual sensor elements, wherein for two-dimensional measurement of the sensor from four sensor elements elements can be arranged in at least two lines are not.

Die erfindungsgemäße Einrichtung läßt sich praxisgerecht insbesondere bei ausgedehnten Rohren mit hohen Temperaturen anwenden. Verlagerungen durch Wechselbeanspruchungen können dabei in Richtung der Längsachse des betreffenden Rohres, d. h. in x-Richtung, senkrecht dazu, d. h. in y-Richtung, und auch als Drehungen um die Längsachse auftreten. Alle genann ten Verlagerungstypen sind detektierbar und voneinander unterscheidbar. Dazu können zwei oder drei optische Einrich tungen mit entsprechenden Elementen erforderlich sein. Eine entsprechend ausgelegte Anordnung eignet sich auch zur Schwingungsmessung an Konstruktionsteilen bei hochtemperatur führenden Kraftwerksstrukturen.The device according to the invention can be practical especially with extended pipes with high temperatures apply. Shifting due to alternating stresses can thereby in the direction of the longitudinal axis of the pipe in question, d. H. in the x direction, perpendicular to it, d. H. in the y direction, and also occur as rotations around the longitudinal axis. All called The displacement types are detectable and different from each other distinguishable. Two or three optical devices can be used tion with appropriate elements may be required. A appropriately designed arrangement is also suitable for Vibration measurement on construction parts at high temperature leading power plant structures.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, daß die Messung berührungslos erfolgt und daß aufgrund der optischen Übertragung vom Meßort zum Auswertungsort die an letzterem Ort befindliche Elektronik keinen hohen Temperaturen aus gesetzt ist. Der Hohlspiegel selbst, der sich am temperatur führenden Rohr befindet, ist dagegen temperaturbeständig, d. h. er kann hohen Temperaturen widerstehen, wogegen die restliche Optik, gegebenenfalls durch Einsatz einer Kühl vorrichtung, auf Zimmertemperatur gehalten wird.Another significant advantage of the invention is that the Measurement takes place without contact and that due to the optical Transfer from the measurement site to the evaluation site at the latter Electronics located in the area can not withstand high temperatures is set. The concave mirror itself, which is at the temperature pipe, is temperature resistant, d. H. it can withstand high temperatures, whereas the remaining optics, if necessary by using a cooling device that is kept at room temperature.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungs beispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit weiteren Patentansprüchen. Es zeigen jeweils in schematischer Dar stellungFurther details and advantages of the invention emerge from the following figure description of execution examples using the drawing in conjunction with others Claims. They each show a schematic diagram position

Fig. 1 die prinzipielle Ausbildung einer erfindungsgemäßen Einrichtung am Beispiel einer Rohrleitung, Fig. 1, the basic formation of a device according to the invention using the example of a pipeline,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1 in Längsrichtung mit geometrischen Abstraktionen zur Erläuterung des Zusammenhangs zwischen linearer Rohrbewegung und Strahlablenkung FIG. 2 shows a detail from FIG. 1 in the longitudinal direction with geometric abstractions to explain the relationship between linear pipe movement and beam deflection

Fig. 3 einen Ausschnitt aus Fig. 1 in Querrichtung mit geometrischen Abstraktionen zur Erläuterung des Zusammenhangs zwischen drehender Rohrbewegung und Strahlablenkung Fig. 3 shows a detail of Fig. 1 in the transverse direction with geometric abstractions to explain the relationship between rotating pipe movement and beam deflection

Fig. 4 eine veränderte Einrichtung unter Einsatz von drei optischen Einrichtungen gemäß Fig. 1. Fig. 4 is a modified apparatus using three optical devices in FIG. 1.

In Fig. 1 ist eine zu überwachende Rohrleitung 1 darge stellt, die Teil eines umfangreicheren Rohrleitungssystems, beispielsweise in einem Kraftwerk od. dgl., sein kann. Solche Rohrleitungen führen Fluide mit höheren Temperaturen, bei spielsweise Dampf, und können dadurch mit großen Temperatur schwankungen beaufschlagt werden. Solche Temperaturschwan kungen bewirken zwangsläufig eine Materialermüdung. Aus Sicherheitsgründen müssen derartige Materialermüdungen überwacht und auch quantitativ erfaßt werden. Hierzu dient ein Überwachungssystem 10, das nachfolgend im einzelnen erläutert wird.In Fig. 1, a pipe 1 to be monitored is shown which can be part of a more extensive pipe system, for example in a power plant or the like. Such pipelines carry fluids with higher temperatures, for example steam, and can therefore be subjected to large temperature fluctuations. Such temperature fluctuations inevitably cause material fatigue. For safety reasons, such material fatigue must be monitored and also recorded quantitatively. A monitoring system 10 is used for this purpose, which is explained in detail below.

An dem zu überwachenden Rohr 1 ist an der Stelle X eine Halterung 12 angebracht, an deren Ende sich ein optisches System 15 befindet. Dieses System besteht aus einer Licht quelle 16, einem optischen Linsensystem 17, einem halbdurch lässigen Spiegel 18 und einem Sensor 20, der weiter unten noch im einzelnen beschrieben wird.At the point X on the pipe 1 to be monitored, a holder 12 is attached, at the end of which there is an optical system 15 . This system consists of a light source 16 , an optical lens system 17 , a semi-transparent mirror 18 and a sensor 20 , which will be described in more detail below.

An der Stelle B des Rohres ist ein Hohlspiegel 11 angebracht. Zusammen mit dem an der Stelle B angebrachten Hohlspiegel bildet die optische Anordnung 15 ein System, das so dimen sioniert werden kann, daß auf dem Sensor 20 ein möglichst kleiner Lichtfleck entsteht.At the point B of the tube, a concave mirror 11 is attached. Together with the concave mirror attached at point B, the optical arrangement 15 forms a system which can be dimensioned in such a way that the smallest possible light spot is formed on the sensor 20 .

Als Lichtquelle wird vorteilhafterweise ein Dauerstrich- Laser, z. B. ein Diodenlaser, verwendet, wie er vom Stand der Technik bekannt ist.A continuous wave is advantageously used as the light source. Lasers, e.g. B. a diode laser used as it from the prior art Technology is known.

Der Sensor 20 besteht zur zweidimensionalen Messung aus mindestens vier, in mindestens zwei Zeilen angeordneten Sensorelementen, beispielsweise aus den Sensorelementen 21 bis 24. Derartige zweidimensionale Arrays sind ebenfalls vom Stand der Technik bekannt.For the two-dimensional measurement, the sensor 20 consists of at least four sensor elements arranged in at least two rows, for example the sensor elements 21 to 24 . Such two-dimensional arrays are also known from the prior art.

Zur Auswertung des Sensorsignals werden zweckmäßigerweise die Differenzen der vier Sensorelemente 21 bis 24 gewichtet und auf die Gesamtintensität bezogen ausgewertet. Damit wird eine Änderung der Gesamtintensität, beispielsweise durch Ver schmutzung oder Alterung des Sensors, unwirksam. Gleichzeitig wird dadurch das Signal der Sensorflächen 21 bis 24 gemäß ihrer Intensität so gewichtet, daß z. B. unbelichtete Sensor flächen nicht ausgewertet werden.To evaluate the sensor signal, the differences between the four sensor elements 21 to 24 are expediently weighted and evaluated in relation to the overall intensity. This means that a change in the overall intensity, for example due to contamination or aging of the sensor, becomes ineffective. At the same time, the signal of the sensor surfaces 21 to 24 is weighted according to their intensity so that, for. B. unexposed sensor areas are not evaluated.

Die weitere Auswertung der so erfaßten Signale kann analog in einfacher Weise durch in den Figuren nicht dargestellte In verter und Addierer bzw. durch Addierer und Subtrahierer erfolgen. Die Signalverarbeitung kann auch digital durch geführt werden.The further evaluation of the signals recorded in this way can be done analogously in in a simple manner by not shown in the figures verter and adders or by adders and subtractors respectively. The signal processing can also be done digitally be performed.

Mit dem anhand der Fig. 1 beschriebenen System wird die Positionsveränderung des Spiegels A an der Stelle B relativ zur Stelle A zweidimensional in der X-Y-Ebene registriert, wobei die Y-Achse senkrecht zur Zeichenebene steht. Damit ist eine Erfassung von Verlagerungen in den Strukturen der Rohr leitung 1 möglich.With the system described with reference to FIG. 1, the change in position of mirror A at position B relative to position A is registered two-dimensionally in the XY plane, the Y axis being perpendicular to the plane of the drawing. This enables detection of displacements in the structures of the pipeline 1 .

Durch die Wahl der Brennweiten des Spiegels 11, des Linsen systems 17 und der Größe sowie des Abstandes der Sensorele mente 21 bis 24 kann die Empfindlichkeit des optischen Sen sors in weiten Bereichen eingestellt werden. Insbesondere können auch kleine Positionsänderungen durch einen Hohl spiegel mit kleiner Brennweite detektiert werden, da die Winkelempfindlichkeit indirekt proportional zum Krümmungs radius des Hohlspiegels ist, wie aus Gleichung (2) folgt.By selecting the focal lengths of the mirror 11 , the lens system 17 and the size and the distance of the sensor elements 21 to 24 , the sensitivity of the optical sensor can be set in a wide range. In particular, small changes in position can be detected by a concave mirror with a small focal length, since the angular sensitivity is indirectly proportional to the radius of curvature of the concave mirror, as follows from equation (2).

Bei einer linearen Verlagerung in x- bzw. y-Richtung ergibt sich der Zusammenhang zwischen der Strahlablenkung δ und der Lage des Hohlspiegels aus Fig. 2. Im folgenden wird zunächst der Fall der Verschiebung in x-Richtung betrachtet, für die Verschiebung in y-Richtung gilt entsprechendes.In the case of a linear displacement in the x or y direction, the relationship between the beam deflection δ and the position of the concave mirror results from FIG. 2. In the following, the case of the displacement in the x direction is considered first, The same applies to the direction.

Auf der Mantelfläche 100 eines Rohres, ist ein Hohlspiegel 11 mit dem Krümmungsradius ρ so angeordnet, daß seine Mittel senkrechte m senkrecht auf der Mantelfläche 100 steht. Ein Lichtstrahl s trifft den Spiegel 11 im Punkt X derart, daß seine Verlängerung mit der Mittelsenkrechten m den Winkel γ einschließt. In Fig. 2 ist die Lage von A durch den Abstand x von der Mittelsenkrechten m Mittelpunkt M der Scheibe 100 gekennzeichnet. Der reflektierte Strahl s' wird aus der Richtung des einfallenden Strahl s um den Winkel δ abgelenkt. Aus elementaren geometrischen Überlegungen folgt:
On the circumferential surface 100 of a tube, a concave mirror 11 with the radius of curvature ρ is arranged so that its center is perpendicular m perpendicular to the circumferential surface 100 . A light beam s strikes the mirror 11 at point X such that its extension with the perpendicular m includes the angle γ. In FIG. 2, the position of A is determined by the distance x from the mid-perpendicular m the center M of the disc in the 100th The reflected beam s' is deflected from the direction of the incident beam s by the angle δ. From elementary geometric considerations it follows:

Die Winkelempfindlichkeit, definiert als die Ableitung des Ablenkwinkels δ nach der Lage x des Punktes A, ergibt sich zu
The angular sensitivity, defined as the derivation of the deflection angle δ according to the position x of the point A, results in

In typischen Anwendungen ist beispielsweise ρ = 25 mm. Für x = 0 erhält man dδ/dx = 4,6 Grad/mm.In typical applications, for example, ρ = 25 mm. For x = 0 you get dδ / dx = 4.6 degrees / mm.

Bei unendlich großem Krümmungsradius (ρ → ∞) geht (1) in den Ausdruck für die Ablenkung durch einen Planspiegel über:
If the radius of curvature is infinitely large (ρ → ∞), (1) changes to the expression for the deflection by a plane mirror:

δ = π-2γ (3).δ = π-2γ (3).

Aus Gleichung (3) folgt, daß bei einem Planspiegel bei der hier vorausgesetzten linearen Verlagerung die Ablenkung δ nicht von der Größe x abhängt, die die Position des Spiegels 11 kennzeichnet. Licht wird vielmehr so lange, und zwar unter immer dem gleichen Winkel, reflektiert, wie der Strahl den Planspiegel trifft. In diesem Ausführungsbeispiel ist also die Ausbildung des Reflektors als Hohlspiegel für das Funk tionieren der erfindungsgemäßen Vorrichtung notwendig. From equation (3) it follows that in the case of a plane mirror with the linear displacement assumed here, the deflection δ does not depend on the quantity x which characterizes the position of the mirror 11 . Rather, light is reflected as long as the beam hits the plane mirror, always at the same angle. In this embodiment, the design of the reflector as a concave mirror for the radio function of the device according to the invention is necessary.

In einer geometrischen Abstraktion, die in Fig. 3 aus schnittsweise und schematisch dargestellt ist, ist ein Spiegel 11 mit dem Krümmungsradius ρ so auf dem Umfang u eines Rohres angeordnet, daß seine Mittelsenkrechte m radial bezüglich des Mittelpunktes M des kreisförmigen Querschnitts des Rohres verläuft und mit einer ebenfalls radialen Refe renzlinie r_ref den Winkel ϕ einschließt. Es ist auch eine nichtradiale Montage des Spiegels auf dem Umfang möglich, bei der die Mittelsenkrechte des Spiegels nicht mit Symmetrie linien des Bauteiles übereinstimmt.In a geometric abstraction, which is shown in section and schematically in FIG. 3, a mirror 11 with the radius of curvature ρ is arranged on the circumference u of a tube in such a way that its central perpendicular m runs radially with respect to the center M of the circular cross section of the tube and with a likewise radial reference line r _ref encloses the angle ϕ. It is also possible to mount the mirror non-radially on the circumference, in which the center perpendicular of the mirror does not match the symmetry lines of the component.

Aus der Geometrie läßt sich der Zusammenhang zwischen dem Ablenkwinkel δ und dem Drehwinkel ϕ, ableiten:
Gegeben sei ein Lichtstrahl s, der mit der Referenzlinie r_ref den Winkel γ einschließt. Der Zustand des Rohres sei derart, daß der Strahl in einem Punkt B den Spiegel 11 trifft, und ihn als reflektierter Strahl s' verläßt. Elementare tri gonometrische Überlegungen führen zu dem Ergebnis, daß die Strahlablenkung δ in diesem Fall gegeben ist durch
The relationship between the deflection angle δ and the angle of rotation ϕ can be derived from the geometry:
Given a light beam s, which includes the angle γ with the reference line r _ref . The condition of the tube is such that the beam hits the mirror 11 at a point B and leaves it as a reflected beam s'. Elementary tri-gonometric considerations lead to the result that the beam deflection δ is given in this case by

wobei R der Rohrradius ist. Die Empfindlichkeit ist definiert als
where R is the pipe radius. The sensitivity is defined as

wobei abgekürzt wurde:
where was abbreviated:

Für unendlich großen Krümmungsradius ρ geht (6) in den entsprechenden Ausdruck für einen Planspiegel über:
For an infinitely large radius of curvature ρ, (6) changes to the corresponding expression for a plane mirror:

Der Quotient χ aus den Gleichungen (5) und (7) gibt an, um welchen Faktor im Falle einer drehenden Verlagerung die Empfindlichkeit durch den Einsatz eines Hohlspiegels im Vergleich zu einem Planspiegel gesteigert wird.The quotient χ from equations (5) and (7) indicates um what factor in the event of a rotating shift Sensitivity through the use of a concave mirror in the Compared to a plan mirror is increased.

Bei einem Rohrradius von R = 100 mm, einem Krümmungsradius ρ = 25 mm, γ = 45° und ϕ = 0 ergibt sich beispielsweise χ = 5. Da die Empfindlichkeit der Anordnung mit einem Planspiegel nach (Gl. 7) 2 beträgt, erhält man in dem betrachteten Bei spiel durch den Einsatz eines Hohlspiegels eine Strahlablen kung, die dem Zehnfachen der Änderung des Drehwinkels ϕ der Strukturverlagerung am Rohr 1 entspricht. Damit wird die Bedeutung der Anwendung eines Hohlspiegels für die Erfindung deutlich.With a pipe radius of R = 100 mm, a radius of curvature ρ = 25 mm, γ = 45 ° and ϕ = 0, this results in χ = 5, for example. Since the sensitivity of the arrangement with a plane mirror according to (Eq. 7) is 2, one obtains In the example considered, by using a concave mirror, a beam deflection corresponds to ten times the change in the angle of rotation ϕ of the structural shift on the tube 1 . The importance of using a concave mirror for the invention thus becomes clear.

In Fig. 4 besteht eine Verlagerungserfassungseinrichtung mit Meßsystemen 10', 10', 10" aus drei optischen Erfassungs systemen 15, 15', 15", die jeweils entsprechend Fig. 1 ausgelegt sind. Anstelle der Halterung 12 ist am Punkt Y ein zweiter Hohlspiegel 11' angeordnet, dessen Position von der optischen Einrichtung 15' ausgewertet wird. Darüber hinaus ist diametral gegenüber dem Hohlspiegel 11' am Punkt Z ein dritter Hohlspiegel 11" befestigt, dessen Lage von der optischen Einrichtung 15" ausgewertet wird.In Fig. 4 is a displacement detection device with measuring systems 10 ', 10 ', 10 "of three optical detection systems 15 , 15 ', 15 ", which are each designed according to FIG. 1. Instead of the holder 12 , a second concave mirror 11 'is arranged at point Y, the position of which is evaluated by the optical device 15 '. In addition, a third concave mirror 11 "is attached diametrically opposite the concave mirror 11 'at point Z, the position of which is evaluated by the optical device 15 ".

Durch eine Differenzmessung der von den optischen Erfassungs systemen 15 und 15' erzeugten Signale kann die relative Posi tionsänderung in Richtung der Längsachse des Rohres 1 erfaßt werden, ohne daß eine auf dem hochtemperaturführenden Rohr zu befestigende Halterung für eines der Meßsysteme benötigt wird. Gleichermaßen können durch die Signale der Erfassungs systeme 15' und 15" Relativbewegungen der Strukturen auf dem Umfang des Rohres erfaßt werden.By measuring the difference between the signals generated by the optical detection systems 15 and 15 ', the relative change in position in the direction of the longitudinal axis of the tube 1 can be detected without the need for a holder to be fastened to the high-temperature tube for one of the measuring systems. Similarly, the signals of the detection systems 15 'and 15 "relative movements of the structures on the circumference of the tube can be detected.

Alle Systeme 15, 15' und 15" können infolge der Auslegung der Detektoren für zweidimensionale Messungen neben den Ver lagerungen in x-Richtung auch Verlagerungen des jeweiligen Spiegels in y-Richtung messen. Dabei kann aufgrund des Signals einer einzelnen Meßeinrichtung nicht entschieden werden, ob die Verlagerung des Spiegels durch eine lineare oder durch eine Drehbewegung des Rohres verursacht wurde. Erst die Kombination der beiden einander gegenüberliegenden Meßeinrichtungen 15 und 15" ermöglicht diese Unterscheidung. Eine lineare Bewegung, z. B. Hub- oder Senkbewegung, hat ein Signal gleichen Vorzeichens in beiden Systemen zur Folge. Eine Drehbewegung bewirkt Signale unterschiedlicher Vorzei chen, wobei aus der Vorzeichenlage auf die Drehrichtung geschlossen werden kann.Due to the design of the detectors for two-dimensional measurements, all systems 15 , 15 'and 15 "can measure not only the displacements in the x direction but also displacements of the respective mirror in the y direction. It cannot be decided on the basis of the signal from an individual measuring device whether the displacement of the mirror was caused by a linear or by a rotary movement of the tube. Only the combination of the two opposing measuring devices 15 and 15 "enables this distinction. A linear movement, e.g. B. lifting or lowering movement, has a signal of the same sign in both systems. A rotary movement causes signals of different signs, whereby the direction of rotation can be deduced from the sign position.

Bei beiden Anordnungen gemäß Fig. 1 und Fig. 4 befinden sich die einzelnen Hohlspiegel 11, 11' oder 11" jeweils unmittelbar an dem hochtemperaturbelasteten Rohr 1. Solche Hohlspiegel, die für hohe Temperaturen ausgelegt sind, ge hören zum Stand der Technik. Vorteilhaft ist, daß dagegen das eigentliche Meßsystem 15, 15', bzw. 15" auf Raumtemperatur bleibt. Während in Fig. 1 die Halterung 12 mit den hochtem peraturführenden Strukturen verbunden ist, ist die Halterung 13 in Fig. 4 davon getrennt und bleibt kalt.In both arrangements shown in Fig. 1 and Fig. 4 are each hollow mirror 11, 11 'or 11 ", respectively, ge listen directly to the high-temperature loaded tube 1. Such hollow mirrors are designed for high temperatures of the prior art. It is advantageous that the actual measuring system 15 , 15 'or 15 "remains at room temperature. While the holder 12 is connected to the highest temperature-guiding structures in FIG. 1, the holder 13 in FIG. 4 is separated therefrom and remains cold.

Die vorstehend beschriebenen Systeme lassen sich vorteil hafterweise auch als Meßeinrichtungen in Kernkraftwerken, bei denen mit Strahlenbelastungen gerechnet werden muß, anwenden. Für Anwendungen mit hoher radioaktiver Strahlen belastung ist eine spezifische Ausführung der Erfindung in der räumlich getrennten Anordnung vom optischen System und Lichtsender bzw. Empfänger aufbaubar, wobei Sender, Empfänger sowie Auswerteelektronik im abgeschirmten Bereich mit gerin ger Strahlenbelastung angeordnet sind. Der Austausch der Lichtsignale erfolgt hier vorteilhafterweise über Licht wellenleiter.The systems described above can be advantageous also as measuring devices in nuclear power plants, where radiation exposure must be expected, apply. For applications with high radioactive radiation is a specific embodiment of the invention in the spatially separate arrangement of the optical system and Light transmitter or receiver can be built, whereby transmitter, receiver and evaluation electronics in the shielded area with small ger radiation exposure are arranged. The exchange of the Light signals here advantageously take place via light waveguide.

In den Fig. 1 und 4 sind als zu überwachende Konstruk tionsteile Rohre dargestellt. Ebenso können Träger, Gehäuse oder andere mechanisch beanspruchte Strukturen mit der be schriebenen Einrichtung überwacht werden.In Figs. 1 and 4 are shown as parts tion to be monitored constructive pipes. Carriers, housings or other mechanically stressed structures can also be monitored with the described device.

Claims

1. Device for detecting the spatial displacement of construction parts and structures marked by at least one optical displacement monitor ( 10 , 10 ', 10 "), in which a light source ( 16 , 16 ', 16 ") on a curved mirror ( 11 , 11 ', 11 ") at the point (X, Y, Z) to be measured, optical radiation is radiated, the direction of the reflected radiation changes as a result of the displacement of the object ( 1 ) to be measured and at which the reflected radiation is directed to at least one sensor ( 20 , 20 ', 20 "; 21-24 ) is given to detect the change in direction.

2. Device according to claim 1, characterized in that the curved mirror is a concave mirror ( 11 , 11 ', 11 ").

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that an optical lens system ( 17 ) is arranged between the light source ( 16 , 16 ', 16 ") and curved mirror ( 11 , 11 ', 11 ").

4. Device according to claim 1 or 2, characterized in that between the light source ( 16 , 16 ', 16 ") and curved mirror ( 11 , 11 ', 11 ") a partially transparent mirror ( 18 , 18 ', 18 ") is arranged is.

5. Device according to claim 1, characterized in that the sensor ( 20 ) consists of individual sensor elements ( 21-24 ).

6. Device according to claim 5, characterized in that for two-dimensional measurement of the sensor ( 20 ) consists of four sensor elements ( 21-24 ) which are arranged in at least two lines.

7. Arrangement according to claim 5, characterized records that for two-dimensional measurement of the Sensor consists of many sensor elements, such as. B. in a CCD image receiver.

8. Device according to claim 1, characterized in that devices are present which determine the differences of the signals of the individual sensor elements ( 21-24 ) and output based on the total intensity.

9. Device according to claim 1, characterized in that a laser ( 16 , 16 ', 16 "), in particular a diode laser, is used as the light source.

10. Device according to claim 1, characterized ge indicates that a light source emitting diode (LED) is used.

11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that two or more separate optical displacement monitors ( 10 , 10 ', 10 ",...) Are available.

12. The device according to claim 10, characterized in that at least two locations of the structural parts to be monitored ( 1 ) identically curved mirrors ( 11 , 11 ', 11 ",...) Are arranged.