DE2109320C3 - Optisches Verfahren zum Messen von Verschiebungen von Ingenieurbauten - Google Patents

Description

3) zurückgeworfenen Strahlenbündeln gebildeten

Lichtpunkte (E, F, G, H) gesammelt werden und 15

gegenüber einem festen Bezugssystem die anfäng- Optisches Verfahren zum Messen von Verschiebun-

lichen Stellungen der Lichtquellen (S₁, S₁, S₁) eines gen von Ingenieurbauten.

jeden Punktes (A) des mit Spiegeln ausgerüsteten Die Verschiebungen und Verformungen der Bau-

Bauwerkes und der auf dem Schirm gesammelten werke werden im allgemeinen durch topographische Lichtpunkte (E, F, G, H) gemessen werden und daß ao Aufnahmen, durch Geräte, die die Verschiebung im periodisch auf dem Schirm die Verschiebungen eines Verhältnis zu einem Bezugssystem registrieren, oder jeden Lichtpunktes (E, F, G, H) kontrolliert wer- durch eine optische Methode, in der der Spiegel als den und daraus die Quer- und Drehverschiebungen aus zwei Teilen bestehend betrachtet werden kann und der Punkte (A) des Bauwerkes abgeleitet werden. in der britischen Patentschrift 1 178 972 beschrieben

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- as ist, gemessen.

zeichnet, daß an jedem der Punkte (A) des Bau- Die Verschiebungen können in sechs elementare

werkes, dessen Verschiebungen gemessen werden Bewegungen zerlegt werden, nämlich drei Quer- und sollen, drei Planspiegel (1, 2, 3) befestigt werden drei Drehbewegungen. Die bestehenden Verfahren ge- und daß ursprünglich die Ausrichtung dieser drei statten es nicht, alle sechs Bewegungen zu bestimmen, Planspiegel (1, 2, 3) so eingestellt wird, damit die 30 da zum Teil lange Berechnungen erforderlich sind. Punkte von drei Lichtquellen (S₁, S₁, S₃), die auf Die Erfindung hat es sich zum Ziel gesetzt, Verfah-

einem Schirm erzielt werden, auf den die reflek- ren und Vorrichtungen zur praktischen Durchführung tierten Lichtbündel projiziert werden, zusammen- dieser Verfahren zu schaffen, die es gestatten, die fallen. sechs elementaren Bewegungen zu bestimmen, und

3. Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren 35 die die Möglichkeit geben, in permanenter Art und nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch ge- Weise die Verschiebungen eines Bauwerkes sichtbar kennzeichnet, daß die Spiegel (1, 2, 3) eines Satzes, zu machen, was für eine wirkungsvolle Überwachung die einem Punkt (A) des Bauwerkes entsprechen, sehr wichtig ist.

im Inneren eines Gehäuses liegen, das fest mit dem Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 und 3

Bauwerk verbunden ist, die Lichtquellen (S₁, S₁, S₃) 4» angegebene Erfindung gelöst.

und der Empfangsschirm in einem Abstand vom Gemäß einem bevorzugten Verfahren werden an

Bauwerk von mindestens 100 m hegen und der jedem Punkt des zu überwachenden Bauwerkes drei Empfangsschirm aus einer Mattglasscheibe be- Flachspiegel befestigt, die eine solche gegenseitige steht, auf die die reflektierten Lichtbündel mittels Ausrichtung haben, daß die Bilder von drei punkteiner konvergierenden Linse konzentriert werden 45 förmigen Lichtquellen, die auf einem Schirm entstehen, und auf der die Lichtpunkte (E, F, G, H) beobach- indem die von den drei Spiegeln widergespiegelten tet werden können, und der Empfangsschirm und Lichtstrahlen darauf projiziert werden, zusammenfaldie Linse verschiebbar und verstellbar sind, so daß len.

die Achse der Linse auf jeden Punkt (A) des Bau- Drei Lichtquellen und ein ausrichtbarer Schirm ge-

werkes gerichtet werden kann. 5<> statten es, eine große Anzahl von Punkten eines glei-

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge- chen Bauwerkes zu überwachen. Das überwachte Baukennzeichnet, daß die Spiegel (1, 2, 3) zunächst im werk kann beispielsweise ein Staudamm sein, dessen Verhältnis zu dem Gehäuse ausrichtbar sind und, Verfärbungen infolge des hydrostatischen Druckes nachdem sie so eingestellt wurden, daß die auf oder von Geländebewegungen überwacht werden. Es einem Schirm empfangenen Lichtpunkte (E, F, G, 55 kann genausogut eine Brücke, ein Wasserturm, ein H) zusammenfallen, in einer festen Stellung ver- großes Wohnhaus usw. überwacht werden. Die überriegelt werden, indem rias Gehäuse mit einem durch- wachten Bauwerke können aus Beton oder Metall besichtigen polymerisierbaren Kunstharz gefüllt stehen.

wird. Nunmehr besteht die Möglichkeit, anormale Ver-

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 60 Schiebungen mit großer Präzision festzustellen, sowie und 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie drei Grup- sie auftreten, ohne daß komplizierte und lange Berechpen von Spiegeln umfaßt und jede Gruppe aus nungen notwendig wären. Sie gestatten es demgemäß, mehreren kleinen, getrennten Spiegeln besteht, die sofort einen Alarm auszulösen und schnell die Retin Kreuzform angeordnet sind und untereinander tungsmaßnahmen zu ergreifen, wenn die Größe der einen konstanten Winkel bilden. 65 Verschiebungen zunimmt und ein Brechen befürchten

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge- läßt.

kennzeichnet, daß zwei nebeneinanderliegende Das Verfahren nach der Erfindung gestattet es, die

Spiegel einer gleichen Gruppe untereinander einen Überwachungsgeräte in einem verglasten Raum, ge-

Entfernung vom Punkt E zum Mittelpunkt des Kreises gemessen, der um das Dreieck FGH herumliegt und von der ausgehend schnell die Drehwinkel des Punktes A um drei Achsen berechnet werden können. Indem die gleichen Lichtquellen 51, 52 und 53 und der gleiche Schirm verwendet werden, kann eine große Anzahl von Punkten A überwacht werden, die alle auf einem gleichen Bauwerk verteilt sind. In diesem Falle sind die Lichtquellen 51, 52 und 53

Größenordnung von etwa 100 m oder sogar mehr angeordnet. Sie liegen demgemäß absolut fest, was für die Güte der Messungen wesentlich ist. Da außerdem

ausgehen, ist die Präzision sehr groß und höher als die der topographischen Messungen, die im allgemeinen durch das Messen von Winkeln vorgehen

gestellter Ausführungsbeispiele erläutert.

F i g. 1 ist eine schematische Ansicht, die das Verfahren nach der Erfindung erläutert;

Fig. 2 ist eine Ansicht der Lichtpunkte nach F i g. 1 auf einem Bildschirm;

F i g. 3 ist eine schematische Ansicht der Anord nung von drei Flachspiegeln, die an einem Punkt eines Bauwerkes angeordnet sind, und

schützt gegen Witterungseinflüsse, unterzubringen und eine permanente Überwachung des Bauwerkes durchzuführen, gleichgültig wie auch das Wetter sein mag Dies ist ebenfalls in der Praxis sehr wichtig denn hauptsächlich während Stürmen, starken Regenfällen oder Kälteeinbrüchen besteht die Gefahr von Bewegungen des Geländes oder von Bauwerken, und gerade dann darf die Überwachung nicht eingestellt werden.

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,n einer sehr großen Entfernung vom Bauwerk in der einander auf jeden überwachten Punkt gerichtet zu

werden. Der Aufnahmeschirm und die Linse sind ebenfalls beweglich und ausrichtbar, um zu jedem

j· \;.ro^;»K„n. j »* einzelnen der überwachten Punkte ausgerichtet wer-

die Verschiebungen von der Messung von Längen der _l3 den zu können.

Verschiebungen von Lichtpunkten auf einem Schirm Die Verschiebungen und Ausrichtungen der Licht

quellen gehen mechanisch vor sich und können von dem Kontrollraum aus ferngesteuert werden. Diese

tv c _fi . -j-j w -■-- Verschiebungen werden mit Hilfe von Mikrometer-

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschrei- ₃₀ schrauben durchgeführt, und die jeden überwachten

Zeichnungen dar- Punkt entsprechenden Koordinaten werden markiert, damit die Stellungen der Lichtquellen einwandfrei konstant bleiben.

Die Mattglasplatte, die als Schirm dient, ist auf einem festen Rahmen mit Hilfe von Mikrometerschrauben montiert Sie kann demgemäß nach zwei zueinander senkrechten Achsen verschoben werden, so daß mit großer Präzision in der Größenordnung

_. . . . . , .- von einem Zehntel Millimeter die Verschiebungen der

Fi g 4 ist eine schematiche, der F i g. 3 analoge 30 Lichtpunkte und ihre gegenseitigen Abmessungen geAnsicht, die ein Reflexionssystem mit drei Spiegeln messen werden können.

darstellt, worin jeder Spiegel aus mehreren kreuzför- F i g. 3 zeigt schematisch einen Satz von drei

mig angeordneten Elementen besteht. Flachspiegeln 1, 2 und 3, die auf einem Punkt des

Das schematisierte Verfahren nach F i g. 1 besteht Bauwerkes angeordnet sind; diese Spiegel sind auf j!"": vl^"f^.._lⁿ_ !:u-_^eme^^Inge?^ieurb.^:i^uwerkes' ^{35 einem} skelettartigen Gestell 4 angeordnet, das seinerseits im Inneren eines nicht dargestellten Gehäuses angeordnet ist, das fest an einem Punkt des Bauwerkes befestigt ist. Beispielsweise ist das Gehäuse in die vor-

,,-,., · "-■- — dere Fläche eines Staudammes eingebracht. Die Vor-

einzelnen Lichtquellen 51, 52 und 53 kommen, in 40 derfläche des Gehäuses, das sichtbar ist, kann durch einer einzigen R_lchtung AE zu reflektieren. Wenn Schirme verschlossen werden, die getrennt betätigt

werden können, so daß nacheinander jeder der Spiegel 1, 2 und 3 freigegeben wird. Wenn eine Messung beendet ist, werden alle die Spiegel schützenden Schirme geschlossen. Die Betätigung der Verschlußschirme ist von der Meßstation aus, in der der Aufnahmeschirm angeordnet ist, ferngesteuert.

Ursprünglich sind die Spiegel 1, 2 und 3 beweglich, ,so daß sie getrennt ausgerichtet werden können, damit

uV ^{S1 S2}' ^{Sl S3 Und S2 S3 to}P°gra- 50 die drei Lichtpunkte auf dem Schirm zusammenfallen,

iff ^ve,^rm"^sen· Wenn diese Einstellung einmal erfolct ist, werden die

Wenn der Punkt A sich zu dem Punkt A' verschiebt, Spiegel verriegelt und das Gehäuse mit einem durchfallen die reflektierten Lichtbündel nicht mehr in ein sichtigen, polymerisierbaren Kunstharz, beispielsweise einziges zusammen, und es ergeben sich auf dem Methyl-methacrylat, ausgegossen, so daß die gegenbchirm drei Lichtpunkte/·", G,/7, die im allgemeinsten 55 scitigen Ausrichtungen der drei Spiegel festgelegt Falle in Form eines Dreieckes angeordnet sind, wie das werden.

aus Fi g. 2 hervorgeht. _ln Anbetracht der Tatsache, daß der Aufnahme-

Aul dem Schirm werden die Abstände FG, FlI und schirm von den Spiegeln sehr weit entfernt ist, zeigen GH gemessen, die es gestatten, sehr schnell \on den sich selbst sehr geringe Drehungen in Form von sehr vorher beschriebenen topographischen Messungen 6₀ bedeutenden Verschiebungen der Lichtflecke, und ausgehend, die drei Verschiebungen der Qucrvcrschie- diese laufen aus dem Schirm heraus, bung im Verhältnis zu drei Achsen vom Punkt A' aus Die in F i g. 4 dargestellte Vorrichtung gestattet es,

zu erkennen. dieser« Nachteil auszuschalten. Jeder Spiegel 1, 2 und 3

Diese Bestimmung kann mit Hilfe einer elektroni- wird durch einen Satz von neun Flachspiegeln la, IA, sehen Rechenmaschine erfolgen, in die bereits die 65 \c ... 1/ersetzt. Diese neun Spiegel werden auf einem

dessen Verschiebungen überwacht werden sollen, einen Satz von drei Flachspiegeln anzubringen, die in entsprecherder Art und Weise ausgerichtet sind, um die Lichtstrahlbündel, die von drei punktförmigen und

bei E eine konvergierende Linse untergebracht wird, die die reflektierten Lichtstrahlenbündel auf einen Schirm aus Mattglas wirft, ergibt sich auf diesem Schirm ein einziger Punkt E.

Die drei Lichtquellen und der Schirm werden in eine Entfernung von mindestens 100 m von dem Bauwerk gebracht.

Es werden ein für allemal genau die Längen 51.-1,

topographischen Meßwerte ein für allemal einprogrammiert wurden. Die Bestimmung kann aber auch graphisch erfolgen. Auf dem Schirm wird auch die

Gestell 4 befestigt, das sich wie im vorher beschriebenen Fall in einem Gehäuse befindet. Sie sind auf diesem Gestell in Kreuzform angeordnet, wobei das Kreuz

einen im wesentlichen senkrechten Balken hat. Die gegenseitigen Ausrichtungen der neun Spiegel sind fest, und jeder bildet mit seinem Nachbarn einen Winkel, dessen Messung in Radialen gleich dem Verhältnis zwischen den Abmessungen des Schirmes je nach der Richtung des Kreuzbalkens ist, der die beiden Spiegel verbindet, und dem Abstand des Schirmes vom Bauwerk.

Wenn beispielsweise der Schirm eine Breite von 2 m hat und in einer Entfernung von 200 m vom Bauwerk liegt, ist der Winkel zwischen den benachbarten Elementen gleich ¹I₁₀₀ Radian oder ungefähr 0,6 Neugrade.

Auf dkse Weise kommt der Punkt des benachbarten Reflexionselementes auf den Bildschirm, wenn der von einem der Elemente reflektierte Lichtpunkt infolge der Drehung des überwachten Punktes aus dem Bildschirm heraustritt.

Die Messungen werden vorzugsweise nachts durchgeführt, um die Refraktionswirkungen durch die Schichten durch die Sonne erhitzter Luft zu vermeiden. Die Lichtstrahlen können durch infrarote Strahlen oder durch radioelektrische Signale oder ein Elektronenbündel ersetzt werden.

Ein besonders interessantes Anwendungsgebiet liegt in der Beobachtung von Vibrationen oder von Entspannungsbewegungen eines Bauwerkes unter der Einwirkung des Windes, wobei beim Empfang eine Registrierkamera oder ein Kathodenschirm verwendet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2 Winkel bilden, dessen Maß in Radialen im wesent- Patentansprüche: liehen gleich dem Verhältnis zwischen einerseits der Abmessung des Schirmes je nach der Richtung

1. Optisches Verfahren zum Messen der Ver- des Kreuzbalkens, der de beiden Spiegel verbinschüebungeneines Ingenieurbauwerkes, d a d u r c h 5 det, und andererseits dsm Abstand des Schirmes gekennzeichnet, daß an jedem der I¹UnJOe vom Bauwerk ist

(A) des Bauwerkes, dessen Verschiebungen ge- 7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gemessen werden sollen, ein Satz von mindestens drei kennzeichnet, daß der Empfangsschirm beweglich

Spiegeln (1, 2, 3) angeordnet wird, die im Verhält- im Verhältnis zu einem festen Rahmen ist, und

nis zueinander eine feste Ausrichtung haben, daß io zwar mit Hilfe von zwei senkrecht zueinander iiejeder Spiegel (1,2,3) mit Hilfe einer punktförmigen genden Mikrometerschrauben, die es gestatten,

Lichtquelle (S₁, S₁, S₁) beleuchtet wird und auf die Verschiebungen der Lichtpunkte zu messen,

einem Schirm die von den von jedem Spiegel (1, 2,