DE2259597C2

DE2259597C2 - Vorrichtung zur Messung der Dicke von Fahrbahndecken

Info

Publication number: DE2259597C2
Application number: DE19722259597D
Authority: DE
Inventors: Ulrich Eberhardt; Albert Dipl.-Ing. Ott
Original assignee: BP PLC
Current assignee: BP PLC
Priority date: 1972-12-06
Filing date: 1972-12-06
Publication date: 1974-04-25
Also published as: DE2259597B1

Description

Gegenstand des Hauptpatents 1 947 228 ist eine Vorrichtung zur Me^ung der Dicke von Fahrbahndecken, mit einem unter der Schicht angeordneten elektrisch leitenden Gegenstand und mit einer Sonde, die mit ihrer Unterseite auf die Fahrbahndecke aufsetzbar ist, wobei in der Sonde zwei Spulen vorgesehen sind, deren radiale Ebenen parallel zueinander und parallel zu der Unterseite liegen, und bei der die erste, weiter von der Unterseite entfernte Spule eine ein hochfrequentes magnetisches Feld erzeugende Erregerspule ist, während die zweite Spule eine Eimpfängerspule ist, die mit einer Anzeigevorrichtung verbunden ist.

Die in dem Hauptpatent beschriebene Vorrichtung zur Messung der Dicke von Fahrbahndecken ist in der Praxis mit mehreren Skalen zweckmäßig abgestufter Meßbereiche ausgerüstet, damit jeweils mit der höchstmöglichen Auflösung, Genauigkeit und Reproduzierbarkeit gemessen werden kann. Diese Unterteilung des Gesamtmeßbereiches in Teümeßbereiche bedingt, daß ein derartiges Meßgerät von dem eigentlichen Meßvorgang kalibriert werden muß. Ils muß also der Anfangswert und der Endwert des Meßbereichs eingestellt werden.

Dies wird bisher so vorgenommen, daß zwischen der Meß-Sonde und dem elektrisch leitenden Gegenstand ein Distanz-Stück gelegt wird, dessen Dicke dem Skalcnnnfangswcrt des betreffenden Meßbereich¹) entspricht. Zur Kalibrierung des Endwertes

wird die Meß-Sonde in große Entfernung zum leitenden Gegenstand gebracht und der entsprechende Skalen-Endausschlag eingestellt. Statt des Distanz-Stückes wird auch eine Kunststoff-Platte bekannter Dicke verwendet. Nachteilig hieran ist, daß man vor Meßbeginn Distanz-Stücke oder K.jnststoff-Platten in allen denjenigen Dicken bereit haben muß, welche den Antangswerten der zu kalibrierenden Skalen entsprechen. Es müssen also je nach Anzahl der Meßbereiche mehrere derartiger Distanzteile zur Messung mitgeführt werden. Dies ist bei der Messung sehr hinderlich.

Eine andere Art, die Kalibrierung eines derartigen Meßgerätes vorzunehmen, besteht darin, die Sonde auf die Fahrbahndecke einer solchen Stelle aufzusetzen, unter der sich kein elektrisch leitender Gegenstand befindet. Von der Sondenrückseite her wird dann eine metallisch leitende Platte auf die Sonde aufgesetzt und in einem bestimmten Abstand, beispielsweise durch einen Abstandshalter fixiert. Da man wegen einfacher Handhabung die voii der Sondenrückseite heraufgesetzte, metallisch leitende Platte als offenen Kreisring ausbilden muß, muß also auch hier neben dem Abstandshalter eine gesondert gefertigte Platte vorgesehen sein. Nachteilig hieran isi ferner, daß man in der Größe unterschiedliche, elektrisch leitende Platten mitführen muß, um den verschiedenen Meßbereichen gerecht zu werden. Hat man nur eine leitende Platte, so müssen für die verschiedenen, zu kalibrierenden Skalen unterschiedliche Abstandshalter mitgeführt werden. D'e Messung ist also auch hier umständlich und zeitraubend. Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Vorrichtung zur l'vitssung der Dicke von Fahrbahndecken zu schaffen, mit der in einfacher Weise vor dem eigentlichen Meßvorgang kalibriert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Sonde einen das hochfrequent magnetische Feld belastenden Widerstand definierter Größe aufweist, der entsprechend dem Anfangswert eines bestimmten Meßbereichs wahlweise anschaltbar ist.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme ist es möglich, die Kalibrierung ohne Zuhilfenahme zusätzlicher Hilfsausrüstungen vorzunehmen.

Der verwendete Widerstand kann kapazitiv, induktiv, reell oder ein Netzwerk aus solchen Elementen sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedoch der Widerstand als ohmscher Widerstand ausgebildet.

Der Fnergieenl/ug vom magnetischen Feld mit Hilfe des Widerstandes kann in verschiedener Weise erfolgen. Der Widersland kann beispielswiese mit einer im Bereich des magnetischen Feldes angeordneten dritten Spule verbunden sein. Vorteilhalter ist es jedoch, wenn der Widerstand mit der Erreger- und/oder der Empfängerspule verbunden ist. Auf diese Weise kann man die dritte Spule sparen.

Bei einer weiteren bevorzugten Au.führungsform dei Erfindung ist der Widerstand gleichstromscitig mit der Empfängerspule.verbunden. Auf diese Weise kann der Widerstand außerhalb der Meß-Sonde angebracht werden. Das den Widerstand mit der Empfängerspule verbindende Kabel kann nahezu beliebig lang sein und stellt so gut wie keine zusätzliche Belastung dar. Auf diese Weise kann die Meß-Sonde klein gehalten werden.

Wird eine dritte Spule verwendet, so besteht die dritte Spule vorzugsweise aus einer einzigen Windung. Dabei kann die dritte Spule aus einer radial teilweise oder ganz unterbrochenen Schicht aus elektrisch leitendem Material bestehen, die in der Windungsebene der Erreger- und Empfängerspule oder in einer parallel dazu verlaufenden Ebene angeordnet ist. Die Spule ist auf diese Weise billig und einfach montierbar. Günstig ist es, wenn die dritte Spule aus einem dünnwandigen Zylinder aus elektrisch leitendem Material besteht, der die Mantelfläche der Sonde umgibt. Besonders platzsparend ist es, wenn die dritte Spule als eine im Wickelraum der Erreger- oder Empfängerspule untergebrachte Hochfrequenz-Litze ausgebildet ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein einziger Schalter zur Meßbereichsumschaltung und zur Umschaltung auf den entsprechenden Widerstand vorgesehen. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn der Widerstand entweder mit der Erregerao spule oder gleichstromseitig mit der Empfängerspule verbunden ist. Der Schalter kann dann im Steuergerät vorgesehen sein, so daß die Sonde nicht vergrößert werden muß. Außerdem sind sämtliche Bedienungselemente an einem einzigen Vorrichtungsteil. Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele hervor. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Seitenansicht der Sonde samt Schaltung und einen Schnitt durch die Fahrbahn und die Platten,

F i g. 2 die Sonde samt Schaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

F i g. 3 die Sonde samt Schaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,

F i g. 4 die Sonde samt Schaltung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,

F i g. 5 die Sonde samt Schaltung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,

Fig.6 die Sonde samt Schaltung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel,

F i g. 7 die Sonde samt Schaltung gemäß einem sechsten Ausfünru"gsbeispiel.

Die Vorrichtung zur Messung der Dicke von Fahrbahndecken weist eine Sonde 11 und ein Meßgerät 12 auf, die durch ein Kabel miteinander verbunden sind. Zur Messung der Dicke von Fahrbahndecken wird die Sonde 11 auf die Fahrbahndecke aufgesetzt. Die Fahrbahndecke besteht u. a. aus einer Binderschicht 14 und einer Verschleißschicht 16. Zwischen den beiden Schichten 14 und 16 sind Platten 17 aus rostfreiem Stahl, Al-Folien oder andere elektrisch leitende Flächen eingelegt. Die Platten 17 werden in einem bestimmten Abstand über die ganze Breite der Fahrbahn angebracht, und zwar an derjenigen Stelle, an der die Abnutzung der Fahrbahndecke gemessen werden soll. In F 1 g. 1 ist eine Platte 17 ganz dargestellt, während die links und rechts daneben liegenden Platten abgebrochen dargestellt sind.

Der konstruktive Aufbau einer derartigen Sonde 11 ist in der Hauptanmeldung ausführlich beschrieben. Gemäß F i g. 1 weist die Sonde Il eine erste Spule 18 auf, die die Erregerspule ist und eine zweite Spule 19. die die Empfängerspule ist. Beim Ausführungsbeispiel ist die Spule 18 aus vierzig Windungen eines Drahtes von 0,2 mm Durchmesser gebildet, während die Spule 19 aus cinhundcrtzwanzig Windungen eiies Drahtes von 0,1 mm Durchmesser gebildet ist. Parallel zur Spule 19 liegt ein Keramikkon-

densator 21, der zusammen mit der Spulenkapazität den Spulen 18 und 19 oder in einer dazu parallel

eine Resonanzkapazität bildet. Die beiden Spulen 18 verlaufenden Ebene angeordnet ist. Die elektrisch

und 19 sind durch eine gemeinsame Erdleitung 22 leitende Schicht ist dabei entweder aus kupferka-

miteinander verbunden, und die Ausgangsspannung schiertcm Basismaterial herausgeäzt oder sie wird im

der Spule 19 wird von einem Gleichrichter 23 gleich- 5 Additivverfahren aufgebracht. Die dritte Spule 31

gerichtet. kann aber auch als dünnwandiger Zylinder aus elck-

Das eigentliche Meßgerät 12 weist einen Hochfre- trisch leitendem Werkstoff ausgebildet sein, der um

quenzgenerator 24 auf, der die Erregerspuk'18 speist die Mantelfläche der Sonde It herumgekgt wird.

und dessen Frequenz zwischen 100 kHz und 1 MHz Schließlich ist es auch möglich, die dritte Spule 31

liegt. Das Meßgerät 12 weist ferner einen Verstärker io als Hochfrequenzlitze auszubilden und im Wickel-

26 auf, der mit dem Gleichrichter 23 und der Frdlei- raum der Erregerspule 18 oder der Empfängerspule

tung 22 verbunden ist, und ein mit dem Verstärker 19 unterzubringen.

26 verbundenes Anzeigegerät 27. Bei dem in F i g. 3 dargestellten Ausführungsbei-

Die beiden Spulen 18 und 19 siiiu in einem Ab- spiel der Erfindung weist die Sonde 11 keine dritte

stand voneinander und in parallelen Ebenen überein- 15 Spule auf. Sie weist jedoch ebenfalls die Widerstände

ander starr angeordnet. Bei konstantem, durch die 32. 33, 34 auf. Die Widerstände 32, 33, 34 sind mit

Erregerspule 18 hervorgerufenem Erregerfeld ist die der Empfängerspule 19 verbunden und belasten diese

in der Empfängerspule 19 erzielte Wechselspannung beim Kalibrierverfahren. Ebenso wie beim ernten

ein eindeutiges Maß für den Abstand der beiden Ausführungsbeispiel sind auch hier die Widerstände

Spulen 18 und 19 und damit der Sonde 11 zur clek- so 32, 33, 34 und der Schalter 36 bevorzugt in der

trisch leitenden Platte. Sonde 11 angeordnet, damit die Zuleitungen, die

Bevor jedoch der in Fig. 1 dargestellte Meßvor- wechselstromseitig zwischen den Widerstanden 32,

gang beginnen kann, muß die erfindungsgemäße 33. 34 und der Spule 19 bzw. 31 verlaufen und damit

Vorrichtung kalibriert werden Dazu weist gemäß eine Last darstellen, kurz sind.

einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung 25 Das dritte Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ge-

(Fig 2) die Sonde 11 eine dritte Spule 31 auf. die maß Fig.4 unterscheidet sich von dem gemäß der

aus einer einzigen oder mehreren Windungen besteht Fig.3 dadurch, daß die Widerstände 32, 33. 34

und die in einer Ebene zwischen den beiden Spulen gleichstroinscitig mit der Empfängerspule 19 vcrbun-

18 und 19 parallel dazu angeordnet ist. Wie aus den sind. Die Widerstände sind also einerseits nut

Fig. 2 ersichtlich, sind sämtliche dici Spulen 18, 19 30 der gemeinsamen Erdleitung 22 und andererseits, mit

und 31 übereinander angeordnet. Die Spule 31 ist der Leitung zwischen Gleichrichter 23 und Verstär-

durch einen ohmschen Widerstand 32. 33, 34 defi- ker 26 verbunden.

nierter Größe während des Kalibrierverfahrens bela- Bei diesem Ausführungsbeispiel der ertiir'v.ngsge-

stet. Der jeweilige Widerstand 32, 33, 34 entspricht mäßen Vorrichtung sind die Widerstände 32. 33. 34

einem bestimmten Abstand zwischen der Sonde 11 35 und der Sciialter 36 im Meßgerät 12 angeordnet. Die

und der leitenden Platte 17 und damit dem Anfangs- gleichstroinscitig verlaufenden Verbindungsleitimccn

wert eines bestimmten Meßbereiches. Bei dem darge- zwischen den Lastwiderständen 32, 33. 34 nrni der

steliien Austiilirungsbeispiel weist dlso die crfin- Empfängersnule 19 stelk-n ke'mr nennenswerte 71;-

dungsgemäße Vorrichtung drei Meßbereiche auf. sät/liehe Belastung dar. so daß ihre Länge unkritisch

Zwischen jeweils einem Ende der Widerstände 32. 40 ist. Bei diesem Ausfiihrungsbeispiel wird deshalb der

33. 34 und einem Anschluß der dritten Spule 31 ist Schalter 36 sowohl zum Umschalten der Mcßbe-

ein Mehrfachschalter 36 angeordnet, durch den die reiche als auch zum Umschalten der Widerstände 32,

dritte Spule 31 mit jeweils einem der Widerstände 33. 34 verwendet. Die Sonde erfährt gegenüber bis-

32, 33, 34 belastet werden kann. Der Schalter 36 be- her keinerlei Veränderung.

sitzt ferner einen Leerkontakt 37. In dieser Stellung 45 Beim vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Belastungsstromkreis offen. Das ist die nor- gemäß F i g. 5 schließlich sind die Widerstände 32. male Betriebsart beim Messen. Statt des Lcerkontak- 33, 34 und der Schalter 36 ebenfalls im Meßgerät 12 tes 37 kann auch ein zusätzlicher Tastschalter im angeordnet. Die Widerstände sind hier mit der ErStromkreis vorgesehen sein, so daß die dritte Spule regerspule 18 \crbunden. Auch hier bleibt die Sonde 31 nur dann belastet ist, wenn dieser Tastschalter ge- 5» H unverändert,
drückt ist. Die Größenordnung der Widerstände liegt je nach

Die Widerstände 32, 33, 34 sind alle oder teilweise Meßbereich etwa bei 10 bis 1000 Ohm.
als Potentiometer ausgebildet. Diese Potentiometer Das fünfte der beschriebenen Ausführungsbeiwerden bei der Fertigstellung der erfindungsgemäßen spiele besteht darin, daß die Nachbildung eines AbVorrichtung fest eingestellt, wodurch der Abgleich 55 Standes zwischen Sonde 11 und Platte. 17 nicht durch der Vorrichtung sehr erleichtert wird. mehrere genau angepaßte Belastungswiderslände er-

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel ist folgt, sondern durch nur einen Widerstand 41 oder

lediglich, wie auch die weiteren Ausführungsbeispiclc ein Widerstandsnetzwerk. Dazu wird nach F i g. 6

der Erfindung, sc'i.emalisch dargestellt. Sie zeigt Ie- z. B. die dritte Spule 31 für jeden erforderlichen Be-

diglich die elektrische Schaltung und besagt nichts 60 reich mit einer Anzapfung versehen. Die Lage der

über die Zugehörigkeit der Einzelelemente zum Meß- Anzapfpunkte 38, 39, 40 bestimmt eindeutig den

gerät 12 oder der Sonde 11. äquivalenten Schichtdickenwert.

Die aus einer oder mehreren Windungen beste- Die Anzapfungen 38, 39, 40 können aber auch

hcnde dritte Spule 31 kann in verschiedener Weise statt an der dritten Spule 31 an der Errcgerspuie 18

verwirklicht sein. So kann sie beispielsweise durch 65 oder der Empfär.gerspule 19 vorgesehen sein. Da-

eine radial teilweise oder ganz unterbrochene Schicht durch wird die dritte Spule 31 eingespart. Ebenso

aus elektrischem Leiterwerkstoff, insbesondere Kup- kann der Lastwiderstand 41 gleichstrommäßig ange-

fer, realisiert sein, die in der Windungsebene der bei- koppelt werden, wenn in die Verbindungsleitungen

vorn Schalter 36 zu den Anzapfungen 38, 39, 40 Gleichrichter geschaltet werden.

Ferne, ist es möglich, die Schaltung nach F i g. 7 auszuführen, bei der keine Anzapfung der Spule 31 erforderlich ist. Die der Sonde Il im Widerstand 41 entzogene Energie ist allein durch geeignete Bemessung der zwischen den Anschlüssen des Mehrfachschalters 36 und der gemeinsamen Leitung zur Spule 31 geschalteten Kondensatoren 42, 43, 44 oder andere Blind- oder Komplex-Nctzwerte bestimmt.

Wenn auch spezielle Ausführungsformen der Erfindung im einzelnen beschrieben wurden, versteht es sich, daß für den Fachmann zahlreiche Abwandlungen gegenüber den dargestellten Ausführungsbcispie- len möglich sind. So kann die Belastung beispiels-

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weise auch durch einen komplexen Widerstand oder ein Netzwerk aus reellen und/oder komplexen Widerständen verwirklicht werden. Ferner ist es möglich, sowohl die Erregerspule als auch die Empfängerspule gleichzeitig zu belasten. Sind die Widerstände in der Sonde eingebaut, so erfolgt die Zu- bzw. Einschaltung der Bclastungswiderständc durch Ivfikroschalter oder Taster, welche durch Kappen aus Gummi oder ähnlichem gegen Eindringen des Wassers, von Schmutz usw. gesichert sind. Die Schaltung kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß der zylinderförmig ausgebildete Sondergriff eine um die Grifflängsachse drehbare Hülse enthält, welche der Schalter, der zentral im Sondergriff untergebracht ist betätigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Messung der Dicke von Fahrbahndecken, mit einem unter der Schicht angeordneten elektrisch leitenden Gegenstand und mit einer Sonde, die mit ihrer Unterseite auf die Fahrbahndecke aufsetzbar ist, wobei in der Sonde zwei Spulen vorgesehen sind, deren radiale Ebenen parallel zueinander und parallel zu der Unterseite liegen, und bei der die erste, weiter von der Unterseite entfernte Spule eine ein hochfrequentes magnetisches Feld erzeugende Erregerspule ist, während die zweite Spule eine Empfängerspule ist, die mit einer Anzeigevor- »5 richtung verbunden ist, nach Patent 1947 228, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (11) einen das hochfrequente magnetische Feld belastenden Widerstand (32, 33, 34) definierter Größe aufweist, der entsprechend dem ^a0 Anfangswert eines bestimmten Meßbereichs wahlweise anschaltbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (32, 33, 34) als ohmscher Widerstand ausgebildet ist. ^ä5

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (32, 33, 34) mit einer im Bereich des magnetischen Feldes angeordneten dritten Spule (31) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (32, 33, 34) mit der Erreger- und der Empfängerspule (18, 19) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (32, 33, 34) mit der Erregerspule (18) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (32, 33, 34) wechselstromseitig mit der Enipfängerspule (19) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (32, 33, 34) gleichstromseiti^ mit der Empfängerspule (19) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- *5 kennzeichnet, daß die dritte Spule (31) aus einer einzigen Windung besteht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Spule (31) aus einer radial teilweise oder ganz unterbrochenen Schicht aus elektrisch leitendem Material besteht, die in der Witidungsebene der Erreger- und Empfängerspule (18, 19) oder in einer parallel dazu verlaufenden Ebene angeordnet ist.

K). Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Spule (31) aus einem dünnwandigem Zylinder aus elektrisch leitendem Material besteht, der die Mantelfläche der Sonde (11) umgibt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 3, daduieh gekennzeichnet, daß die dritte Spule (31) als eine im Wickelraum der Erreger- oder Empfängerspulc (18, 19) untergebrachte Hochfrequenzlitze ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Meßbereich ein als Potentiometer ausgebildeter Widerstand (32, 33, 34) vorgesehen ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1 daaurch gekennzeichnet, daß ein einziger Schalter (36 zur Meßbereichsumschaltung und zur Umschaltung auf den entsprechenden Widerstand (32, 33, ,4, vorgesehen ist.

14 Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (36) im Meßgerät (12) vorgesehen ist.

15 Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (32, 33, 34, 41) mit einer Drucktaste am Anzeigegerät (12) oder in der Sonde (11) anschaltbar sind.

16 Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Widerstand (41) vorhanden ist, der an verschiedene Anzapfungen '38, 39, 40) oder Abgriffpunkte der Erreger-Empfänger- oder der dritten Spule (18, 19, 31) schaltbar ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (41) an verschiedene mit der Erreger-, Empfänger- oder de: dritten Spule (18, 19, 31) verbundene indukm, kapazitive oder komplexe Elemente (42, 43, 44! schaltbar ist.

18. Vorrichtung nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß di·. Widerstände (32, 33, 34, 41) und/oder die EIemente (42, 43, 44) als beliebige komplexe Netzwerke ausgeführt sind.

19 Vorrichtung nach Anspruch 1 und 10, da durch gekennzeichnet, daß die Abgriffpunkte (38, 39, 40) direkt auf dem elektrisch leitenden Material der einzigen Windung (31) als Lötstellen ausgeführt sind.