DE2920886C2

DE2920886C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen von Verschiebungen im Boden, im Fels, in Bauwerken und dergleichen

Info

Publication number: DE2920886C2
Application number: DE2920886A
Authority: DE
Inventors: Christian Dipl.-Bauing. ETH Oberhasli Amstad; Kalman Dipl.-Bauing. ETH Dr. Zürich Kovari; Jakob Würenlos Köppel
Original assignee: DER FORSCHUNG AN DER EIDGENOESSISCHEN TECHNISCHEN HOCHSCHULE ZUERICH CH Gesell zur Forderung
Current assignee: DER FORSCHUNG AN DER EIDGENOESSISCHEN TECHNISCHEN HOCHSCHULE ZUERICH CH Gesell zur Forderung
Priority date: 1978-12-21
Filing date: 1979-05-23
Publication date: 1985-01-24
Also published as: US4327590A; BR7904385A; DE2920886A1; JPS5813851B2; JPS5587009A; CH636698A5

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von Verschiebungen im Boden, im Fels, in Bauwerken und dergleichen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Sie betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4.

Aus der DE-OS 20 62 688 ist ein Verfahren sowie eine geeignete Vorrichtung zum Messen der Veränderungen des um einen bergmännischen Hohlraum anstehenden Gebirges mit Hilfe von Meßankern bekannt Hierzu wird ein Stabanker, über dessen Länge eine Vielzahl von Dehnungsmeßstreifen verteilt sind, in einer Bohrung im zu untersuchenden Gebirge verklebt. Die Veränderungen des Gebirges werden indirekt durch die resultierenden Zug- oder Druckspannungsänderungen im Stabanker ermittelt Die Meßvorrichtung verbleibt am Einbauort; sie kann nicht wieder entfernt werden. Dadurch ist es nicht möglich zu erkennen, ob ein bestimmter Meßwert durch eine tatsächliche Verschiebung des Gebirges oder durch einen Defekt am Dehnungsmeßstreifen hervorgerufen ist Außerdem kann die defekte Meßvorrichtung nicht ausgetauscht oder repariert werden.

Aus der DE-AS 12 76 933 ist eine weitere Vorrichtung zum Ermitteln von quer zu einem Bohrloch verlaufenden Gebirgsbewegungen bekannt Diese Vorrichtung besteht aus einem in das Bohrloch einzuschiebenden Meßgenf.use, welches eine punktförmige Lagersteile für einen etwa in der Achse des Bohrlochs im gespannten Zustand verlaufenden Meßdraht aufweist. In vorbestimmten axialen Abständen zu beiden Seiten der Lagerstelle sind Abtastvorrichtungen für die Lage des Meßdrahtes sowie eine mit der Abtastvorrichtung zusammenwirkende Einrichtung zum Ni issen der Lageänderungen des Meßdrahtes an der Abtaststelle angeordnet. Auch bei dieser Vorrichtung verbleiben die Indikatoren im Bohrloch und entziehen sich damit einer Kontrolle bzw. einer Reparatur. Außerdem ist die bekannte Vorrichtung nicht in der Lage, Veränderungen in Längsrichtung des Bohrlochs zu messen.

Zur Messung der Winkeländerung zwischen zwei Meßstellen verwendet die bekannte Vorrichtung einen induktiven Geber, bestehend aus Tauchanker und Spule, die beide in besonderer Weise mit dem Meßdraht verbunden sind.

Bei einer weiteren, handelsüblichen Vorrichtung zur Messung von Verschiebungen im Boden, im Fels oder in Bauwerken werden im zu untersuchenden Medium an den Meßstellen Meßköpfe fest eingebaut. Benachbarte Meßköpfe sind dabei so miteinander verbunden, daß eine Längenänderung von Meßkopf zu Meßkopf festgestellt werden kann. Auch diese Vorrichtung hat den Nachteil, daß an jedem Meßort mehrere Meßköpfe eingebaut werden müssen, die nicht oder nur zum Teil wieder gewonnen werde;! können. Dadurch ist ein erheblicher Aufwand notwendig. Da diese Meßköpfe nach dem Einbau nicht oder nur schwer zugänglich sind, sind auch hier Kontrolle und Wartung erschwert, wenn nicht gar unmöglich.

Weitere handelsübliche Meßgeräte zur Bestimmung von Verschiebungen verwenden eine Radiopegelsonde, mit deren Hilfe die Lage von Metallringen festgestellt wird, die in gegenseitigen Absländen in einem im zu untersuchenden Medium eingebauten Rohr angeordnet sind. Beim Durchgang der Radiosonde durch einen solchen Metallring wird ein Signal erzeugt, das die Ordnung dieses Metaliringes und das Bestimmen von dessen Lage bezüglich eines Referenzpegels erlaubt. Mit ein und derselben Radiosonde können Messungen an verschiedenen Meßorten vorgenommen werden; die Meßergebnisse sind jedoch nur von geringer Genauigkeit und haben nur bei großen Verschiebungen die erforderliche Aussagekraft

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung ^r eingangs genannten Art anzugeben,das bzw. die oKp.e großen apparativen Aufwand auf zuverlässige Weise ein genaues Bestimmen auch nur geringfügiger Verschiebungen ermöglichen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 4. Damit ergeben sich die Vorteile, daß wegen der durch mechanische Anschläge und Gegenanschläge eindeutig definierten Lage dor Meßköpfe bezüglich der Meßstellen die Messungen einwandfrei reproduzierbar sind, daß alle Messungen sich mittels derselben tragbaren Meßsonde durchführen lassen und daß die Meßeinrichtung jederzeit kontrolliert und gegebenenfalls nachgeeicht werden kann. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der Messung der Verschiebungen nur zwischen benachbarten Meßstellen, so daß die Veränderungen direkt gemessen und nicht wie bei den bekannten Geräten durch Differenzbildung zwischen zwei großen und entsprechend ungenauen Meßwerten errechnet werden müssen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden werden anhand der Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie deren Vorteile näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Einrichtung zur Bestimmung von Verschiebungen in einer Richtung,

F i g. 2 teilweise im Schnitt einen Teil der Einrichtung gemäß F i g. 1 mit der Meßsonde in Meßstellung,

F i g. 3 in gegenüber der F i g. 2 vergrößertem Maßstab den Bereich eines Meßkopfes der sich in Meßstellung befindlichen Meßsonde,

Fig 4 und 5 eine Unteransicht eines auf einem Anschlag aufliegenden Meßkopfes in Meß- bzw. Verschiebestellung,

Fig.6 eine Einrichtung zur Bestimmung von Verschiebungen in drei zueinander rechtwinklig stehenden Richtungen,

F i g. 7 eine Seitenansicht einer Meßsonde für die Einrichtung gemäß F i g. 6,

F i g. 8 den Innenteil der Meßsonde gemäß F i g. 7,
F i g. 9 einen äußeren Meßkopf, und
Fig. 10 den Bereich des mittleren Meßkopfes der Meßsonde gemäß F i g. 7.
In den F i g. 1 bis 5 ist schematisch eine erste Ausführungsform einer Einrichtung zum Bestimmen von Verschiebungen im Gelände dargestellt. Diese Einrichtung weist ein Meßrohr 1 auf, das in einen Hohlraum im Gelände 2, z. B. im Boden oder im Fels, eingebettet ist.

In diesem Meßrohr 1 sind in regelmäßigen Abständen, z. B. alle 1,5 Meter, Meßmarken 3 angebracht. Der Abstand bzw. die Abstandsänderung zwischen benachbarten Marken wird mittels einer Meßsonde 4 auf noch zu beschreibende Weise gemessen. Die Meßsonde 4 weist zwei Meßköpfe 5 auf, die für jede Messung mit den Meßmarken in Berührung gebracht werden.

In den F i g. 2 bis 4 ist der Au fbau der Meßsonde 4 und der Meßmarken 3 genauer dargestellt. Wie die Fig.2 und 3 zeigen, wird das Meßrohr 1 mittels Mörtel 6 mit der Wand 2a des im Gelände 2 ausgenommenen Bohrloches fest verbunden. Die Metlmarken 3 werden durch ins Innere des Meßrohres 1 ragende mechanische Anschläge 7 gebildet. Jeder Anschlag 7 weist eine Anschlagfläche 8 auf, die Teil der Mantelfläche eines geraden Kreiskegels Ke ist, der in F i g. 3 gestrichelt dargestellt ist und dessen Spitze P auf der Längsachse 4a der Meßsonde «li<*gi.

DipcA Ancf*hläu«k 7 iuirLen in Maflclnlliinn Ααρ· ΜαΏ.

— -— — — - ·.. ——··.—Q» · .· .. ··*.·. ■>■· .I₁ HWUIbIlUlIg UWt t*l^l^

sonde 4 mit Gegenanschlägen 9 zusammen, die entweder einen Teil jedes Meßkopfes 5 bilden oder an letzterem angebracht sind. Diese Gegenanschläge 9 sind ebenfalls mit einer Anschlagfläche 10 versehen, die Teil der Oberfläche einer Kugel Ku (F i g. 3) ist, deren Mittelpunkt 0 ebenfalls auf der Meßsondenlängsachse 4a liegt. Um ein Verschieben der Meßsonde 4 in Längsrichtung des Meßrohres 1 zu ermöglichen, wird jeder Anschlag durch mehrere, z. B. wie gezeigt vier Abschnitte 7a gebildet, die um jeweils 90° gegeneinander versetzt sind und zwischen sich je eine Lücke 11 bilden, wie das aus den F i g. 4 und 5 deutlich hervorgeht. Jeder Gegenanschlag 9 besteht aus einer entsprechenden Anzahl, d. h. ebenfalls vier, Abschnitten 9a die durch eine Lücke getrennt ebenfalls um 90° gegeneinander versetzt sind. In Meßstellung der Meßsonde 4 kommen die Gegenanschlagabschnitte 9a auf den Anschlagabschnitten 7a zur Anlage, wie das die Fig.4 zeigt. Durch Drehen der Meßsonde 4 um ihre Längsach.'>e~4a um 45° werden die Gegenanschlagabschnitte 9a in die Lücken 11 zwischen den Anschlagabschnitten 7a gebracht, was ein Verschieben der Meßsonde 4 in Längsrichtung des Meßrohres 1 erlaubt (F ig. 5).

Die beiden Meßköpfe 5 sind mittels eines Verbindungsrohres 12 starr miteinander verbunden. Die Verbindung zwischen den Meßköpfen 5 und dem Verbindungsrohr 12 kann auch gelenkig, jedoch drehfest sein. Das Verbindungsrohr 12 ist zweiteilig ausgebildet, wobei die beiden Teile mittels einer Zugfeder 13 miteinander verbunden und je an einem Meßkopf 5 befestigt sind. Der Abstand zwischen den beiden Meßköpfen 5 ist demnach veränderbar. Am einen Meßkopf 5 ist über ein Dynamometer 14 eine Zugstange 15 befestigt Mittels der Zugstange 15, des Dynamometers 14 und der Zugfe der 13 wird dafür gesorgt, daß in Meßstellung der Meßsonde 4 die beiden Meßköpfe 5 mit dem notwendigen Anpreßdruck an den Anschlägen 7 anliegen. Im Innern des Verbindungsrohres 12 ist die eigentliche Längenmeßeinrichtung angeordnet, weiche einen Stab 16 aufweist, der am einen Meßkopf 5 im Kugelmittelpunkt 0 der Anschlagflächen 10 befestigt ist und in einem Hehlstab 17 eingreift, der am anderen Meßkopf 5 ebenfalls im Kugelmittelpunkt 0 befestigt ist. Die Verbindung /wischen dem Stab 16 bzw. dem Hohlstab 17 und dem zugeordneten Meßkopf 5 kann starr sein oder über eine Kardanaufhängung erfolgen. Stab 16 und Hohlstab 17 es sind in Richtung der Längsachse 4a der Meßsonde 4 relativ zueinander verschiebbar. Im Innern des Hohlstabes 17 ist ein nur schematisch dargestellter Längengeber 18 bekannter Bauart angeordnet, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Differentialtransformator ist. Letzterer weist einen Tauchanker auf, der am vorderen Teil 16a des Stabes 16 befestigt ist und sich bei Änderung des Abstandes zwischen den beiden Meßköpfen 5 relativ zu den stationären Wicklungen des Differentialtransformators bewegt, was auf bekannte Weise die Erzeugung eines zur Größe der Bewegung des Tauchankers proportionalen elektrischen Signales zur Folge hat.

Zur Messung des Abstandes bzw. der Abstandsänderung zwischen zwei benachbarten Meßmarken 3 wird die Meßsonde 4 in die in Fig.2 gezeigte Meßstellung gebracht. Wie bereits erwähnt, werden dabei die Meßköpfe 5 über die Zugstange 15, das Dynamometer 14 und die Zugfeder 13 gegen die Meßmarken 3 gedrückt. Die Gegenanschläge 9 kommen dabei auf den Anschlägen 7 zur Anlage. Wegen der beschriebenen Ausbildung Λα* A₁ ^-^ui^na^Ugn a jjzv,' JO als Kreiske"e!rnor:;c!i!ä chen bzw. Kugelflächen wird ein einwandfreier, genauer und immer gleichbleibender Sitz der Meßköpfe 5 auf den Meßmarken 3 gewährleistet. Die Berührung der Gegenanschläge 9 mit den Anschlägen 7 erfolgt dabei entlang eines Kreises. Der Abstand bzw. die Abstandsänderung zwischen den auf den Anschlägen 7 aufliegenden Meßköpfen 5 wird auf die erwähnte Weise mittels des Längengebers 18 erfaßt. Das Ausgangssignal des Längen^bers 18 wird auf nicht dargestellte Weise mittels einer Auswerteschaltung ausgewertet. Da der Abstand bzw. die Abstandsänderung zwischen den Meßköpfen 5 dem Abstand bzw. der Abstandsänderung zwischen den Meßmarken 3 entspricht, kann somit festgestellt werden, ob sich der Abstand zwischen diesen Meßmarken 3 infolge Verschiebungen im Gelände verändert hat. Der Längengeber 18 kann so eingestellt werden, daß das von ihm erzeugte Ausgangssignal kennzeichnend ist für die Abweichung des Abstandes zwischen den Meßköpfen 5 von einem Normalwert, der dem Sollwert des Abstandes zwischen zwei Meßmarken 3 entspricht.

Wie aus F i g. 1 hervorgeht, wird die Meßsonde 4 in Längsrichtung des Meßrohres 1 fortschreitend jeweils mit zwei benachbarten Meßmarken 3 zur Anlage gebracht In der Meßposition 1 mißt die Meßsonde 4 den Abstand bzw. die Abstandsänderung zwischen den Meßmarken 1 und / — 1. In der mit 4' bezeichneten, nachfolgenden Meßposition / + 1 wird mittels der Meßsonde der Abstand bzw. die Abstandsänderung zwischen den Meßmarken /' + 1 und /gemessen.

Durch Aufsummierung der einzelnen auf diese Weise erhaltenen Meßwerte kann die relative Verschiebung jeder Meßmarke 3 bezüglich eines angenommenen Fixpunktes in Richtung χ der Achse des Meßrohres 1 bestimmt werden.

Die in den Fig.6 bis 10 gezeigte Ausführungsform erlaubt außer der Bestimmung der Verschiebung in Richtung der Meßrohrlängsachse auch ein Messen der Verschiebung in Richtungen Kund Z, die zur erwähnten Richtung X rechtwinklig stehen. Wie beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 wird auch in diesem Fall ein Meßrohr 1 in einen Hohlraum im Boden oder Fels 2 eingebettet (F i g. 6). In diesem Meßrohr 1 sind in gleichen Abständen, z. B. jeweils im Abstand von 1,5 Metern, Meßmarken 3 angebracht Diese Meßmarken 3 sind gleich wie beim Ausführungsbeispiel gemäß den F i g. 1 bis 5 als Anschläge ausgebildet, deren Anschlagfläche Teil der Mantelfläche eines geraden Kreiskegels ist Jeder Anschlag besteht wie bereits beschrieben, aus

/. B. 4 Abschnitten, die jeweils um 90" versetzt sind und zwischen sich jeweils eine Lücke bilden. Die Relativlage benachbarter Meßmarken 3 wird mittels einer Meßsonde 19 bestimmt, die drei miteinander verbundene Meßköpfe 20 aufweist. Diese Meßsonde 19 ist in den F i g. 7 und 8 genauer dargestellt. Jeder Meökopf 20 hat an seinem Umfang verteilt Gegenanschlagelemente 21, die gleich viie die Gegenanschlagabschnitte 9a durch jeweils eine Lücke voneinander getrennt sind. Jedes Gegenanschlagelement 21 ist mit einer Anschlagfläche 22 versehen, die Teil einer Kugelfläche ist. Diese Gegenanschlagelemente 21 entsprechen somit in ihrer Ausgestaltung wie auch in ihrer Wirkungsweise den Gegenanschlagabschnitten 9a der Ausführungsform gemäß den F i g. 1 bis 5. Benachbarte Meßköpfe 20 sind mittels Verbindungsrohre 23 miteinander verbunden. Jedes dieser Verbindungsrohre 23 ist am einen Ende mittels einer Gelenkverbindung 24 am mittleren Meßkopf 206 angebracht. Diese Gelenkverbindung 24 weist zwei Gelenkachsen auf, die rechtwinklig zueinander und zur Längsachse der Verbindungsrohre 23 stehen. Die Verbindungsrohre 23 sind drehfest mit dem Meßkopf 206 verbunden. Am anderen Ende ist jedes Verbindungsrohr 23 längsverschieblich mit einem äußeren Meßkopf 20a drehfest verbunden, wie das durch die Längsführungen 25 schematisch angedeutet ist. Zwischen dem Verbindungsrohr 23 und dem zugeordneten äußeren Meßkopf 20a ist eine Zugfeder 26 angeordnet. An einen Meßkopf 20a greift, gegebenenfalls über ein nicht dargestelltes Dynamometer, eine Zugstange 27 an. Mittels der Zugfedern 26 werden die Meßköpfe 206 und 20a mit ihren Gegenanschlagelementen 21 mit dem erforderlichen Anpreßdruck an die Meßmarken 3 angepreßt. Im Innern der Verbindungsrohre 23 ist, wie die F i g. 8 zeigt, die eigentliche Meßeinrichtung untergebracht. In jedem Verbindungsrohr 23 verlaufen koaxial zu letzterem stabförmige Teile 28 und 29 des Meßsystems, die in Längsrichtung des Verbindungsrohres 23 relativ zueinander verschiebbar sind. Die beiden Meßsystemteile 28 sind mittels einer Kardanaufhängung 30 am mittleren Meßkopf 206 befestigt, während die anderen Meßsystemteile 29 ebenfalls mittels einer Kardanaufhängung an einem äußeren Meßkopf 20a angebracht sind. Der Mittelpunkt jeder der Kardanaufhängungen 30 fällt mit dem Mittelpunkt der Kugel zusammen, welche die Anschlagflächen 22 der Gegenanschlagelemente 21 bestimmt. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß bei auf den Anschlägen aufliegenden Gegenanschlagelementen 21 die Meßpunkte, deren Relativlage gemessen wird, genau festgelegt sind.

Die Ausbildung der beiden äußeren Meßköpfe 20a geht aus der F i g. 9 hervor. Zur Messung des Abstandes bzw. der Abstandsänderung zwischen benachbarten Meßköpfen 20a und 206 in Längsrichtung der Meßsonde 19 ist ein Längengeber 31 vorhanden, der ebenfalls als Differentialtransformator ausgebildet ist und gleich funktioniert wie der Längengeber 18 der Meßsonde 4. Der Tauchanker des Differentialtransformators ist mit dem hohlstabartigen Meßsystemteil 29 verbunden, so daß eine Relativbewegung zwischen den Meßsystemteilen 28 und 29 auf die früher beschriebene Weise die Erzeugung eines entsprechenden Ausgangssignals des Längengebers 31 zur Folge hat. Die Kardanaufhängung 30 weist zwei am Meßkopf 20a ausgebildete, sich diametral gegenüberliegende Schneiden 30a auf, in denen ein Gelenkring 306 gelagert ist. Dieser Gelenkring 306 ist auf seiner Innenseite ebenfalls mit zwei sich gegenüberliegenden Schneiden versehen, die in Fig.9 jedoch nicht sichtbar sind, da sie gegenüber den Schneiden 30.7 in Umfangsrichtung des Gelenkringes 306 um 90" versetzt sind. In diesen am Gelenkring 306 vorhandenen Schneiden ist der Meßsystemteil 29 gelagert.
In Fig. 10 ist die Ausbildung des mittleren Meßkopfes 206 schematisch dargestellt. Zur Messung des Winkels zwischen den beiden Längsachsen 28a der Meßsystemteile 28 ist ein Meßgrößenumformer 32 bekannter Bauart vorhanden. Beim vorliegenden Ausführungsbcispiel ist dieser Meßgrößenumformer 32 ein Längengeber, im speziellen ein Differentialtransformator, der gleich aufgebaut ist wie die Längengeber 31 und so montiert ist, daß die Bewegungsrichtung des Tauchankers etwa rechtwinklig zur Bewegungsrichtung der Tauchanker der Längengeber31 verläuft. Dieser Tauchanker des Längengebers 32 ist mit einem Verlängerungselement 33 verbunden, das am einen Meßsystemteil 28 befestigt ist und parallel zu dessen Längsachse 28a verläuft. Wird einer der beiden Teile 28 bezüglich des andern Teils verdreht, so hat das eine entsprechende Bewegung des Tauchankers des Längengebers 32 und somit auf die bereits beschriebene Weise die Erzeugung eines Ausgangssignales zur Folge. In F i g. 10 sind gestrichelt noch zwei weitere Längengeber 32 dargestellt, bei denen bei einem gegebenen Auslenkwinkel Δ λ der Tauchanker einen größeren Weg zurücklegt als der Tauchanker des Längengebers 32. Je nach Maß der Auslenkung und der gewünschten Meßgenauigkeit kann der geeignete Längengeber zur Messung herangezogen werden. Für eine Bestimmung des Winkels Δ λ genügt jedoch an sich ein einziger Längengeber.

Die Funktionsweise der Einrichtung gemäß den F i g. 6 bis 10 entspricht weitgehend derjenigen des Ausführungsbeispieles der Fig. 1 bis 5. Die Meßsonde 19 wird in Meßposition gebracht, in der über die Zugstange 27 und die Zugfedern 26 die Gegenanschlagelemente 21 an die Anschlagelemente der Anschläge angedrückt sind. Durch die Ausbildung der Anschlagflächen als Teile einer Kreiskegelmantelfläche bzw. einer Kugel wird, wie bereits beschrieben, eine genaue Positionierung der Meßköpfe 20 gewährleistet. Mittels der Längengeber 31 wird der Abstand bzw. die Abstandsänderung zwischen den Meßköpfen 20a und 206, d. h. also der Abstand bzw. die Abstandsänderung zwischen benachbarten Meßmarken 3, auf die bereits früher beschriebene Weise ermittelt. Verschiebungen der Meßmarken 3 in Längsrichtung des Meßrohres 1, d. h. in Richtung X, können somit auf diese Weise erfaßt werden.
Die Verschiebung einer Meßmarke 3 quer zur Richtung X, z. B. in Richtung V, hat zur Folge, daß der auf dieier Meßmarke aufliegende mittlere Meßkopf 206 in dieser Richtung Vgegenüber den beiden äußeren Meßköpfen 20a seitlich versetzt ist. Diese seitliche Versetzung bewirkt, daß zwischen den Längsachsen 28a der Meßsystem teile 28 ein Winkel Δ λ gebildet wird, wie das aus F i g. 10 hervorgeht Dieser Winkel Δ λ wird mittels des Längengebers 32 gemessen und dient als Ausgangsgröße zur Berechnung der seitlichen Versetzung des Meßkopfes 206 bezüglich der Verbindungslinie zwisehen den beiden äußeren Meßköpfen 20a. Durch Drehen der Meßsonde 19 um ihre Längsachse um 90° wird auf entsprechende Weise die seitliche Versetzung des Meßkopfes 206 in Richtung Z bestimmt
Bei der Durchführung einer Messung wird die Meßsonde 19 in Längsrichtung des Meßrohres 1 nacheinander in die verschiedenen Meßpositionen gebracht In jeder Meßposition erfolgt auf die beschriebene Weise eine Abstand- bzw. Lagemessung in den Richtung X, Y,

,:.';' Z. Inder Fig. 6 ist die Meßsonde 19 in der Meßposition /

dargestellt, in der einerseits die Abstände, bzw. Ab- ;■' Standsänderungen zwischen den Meßmarken i und

i — 1 und /und / + 1 gemessen und die seitliche Verset- :; zung der Meßmarke / bezüglich der Meßmarken / — I

. und ; + 1 bestimmt wird. In der nachfolgenden Meßpo-

ΐ sition / + 1, die durch die Meßsonde 19' dargestellt ist,

',■■ erfolgt eine entsprechende Abstands- bzw. Abstandsän-

: derungsmeasung zwischen den Meßmarken / + 1 und i,

ι bzw. ι + 1 und / + 2 sowie eine Bestimmung der seitli- \o

chen Versetzung der Meßrnarke i + 1 bezüglich der beiden benachbarten Meßmarken ; und / + 2. Durch Aufsummieren der einzelnen Meßwerte kann die relati-./■; ve bzw. die absolute räumliche Lage jeder Meßmarke 3

,;; bezüglich eines Fixpunktes oder einer Fixrichtung be- is

■%■ stimmt werden.

:' Mittels derselben Meßsonde 4 bzw. 19 können an

^:; verschiedenen Meßorten Messungen vorgenommen

'Ii werden. Als ortsfeste Installationen im zu untersuchen-

;" den Medium ist nur das Meßrohr 1 mit den Meßmarken

; ■ 3 notwendig, während die Meßsonde wie bereits erwähnt, herausnehmbar ist. Dies erlaubt zudem jederzeit C eine einwandfreie Überprüfung der Funktionsweise der

'■"; Meßeinrichtung, d.h. der Längengeber 18, 31 und 32.

'äjj Mittels der Meßsonde 4 bzw. 19 können entlang des

Έ Meßrohres 1 an verschiedenen Punkten Messungen

i vorgenommen werden. Durch die besondere Ausbil-

•M dung der Anschläge 7 und der Gegenanschläge 8 bzw.

Pt 21 wird ein genaues und immer gleich bleibendes Ein-

»i|i spannen der Meßsonde 4,19 zwischen die Meßmarken 3

ji; ermöglicht, wodurch Messungen mit großer Genauig-

■f|i keit reproduziert werden können. Die Meßsonde 4, 19

;i| ermöglicht die direkte Messung der relativen Lagever-

Xf, Schiebungen von benachbarten Meßmarken 3, ohne daß

&S zu diesem Zwecke zwischen zwei großen Meßwerten

H zuerst die Differenz gebildet werden muß.

H Um den Temperatureinfluß auf die Messungen mög-

ψ liehst gering zu halten, werden die Meßmarken 3 und die

j| für die Messung maßgebenden Teile der Meßsonde 4,

19 aus einem möglichst temperaturunempfindlichen Werkstoff hergestellt. Durch entsprechende Werkstoffauswahl ist zudem em* Kompensierung der Temperatureinflüsse möglich. Für die Messungen der Verschiebungen quer zur Meßrohrlängsachse werden zwei Messungen durchgeführt, wobei die Meßsonde 19 zwischen den Messungen um ihre Längsachse um 180 Grad gedreht wird. Auf diese Weise wird der Temperatureinfluß oder andere Fehlerquellen eliminiert

Die Anschlagfläche 8 der Anschläge 7 kann als Kugelfläche ausgebildet werden und den Anschlagflächen 10 bzw. 22 der Gegenanschläge 9 bzw. 21 kann die Gestalt von Kegelmantelflächen gegeben werden.

Die beschriebenen Einrichtungen eignen sich zur Bestimmung von Verschiebungen im Gelände, d. h. im Boden oder im Fels, sowie in Bauwerken wie Aufschüttungen, Talsperren, Stollen, Kavernen, Brücken, Pfählungen, Schlitzwänden und dergleichen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Bestimmen von Verschiebungen im Boden, im Fels, in Bauwerken und dergleichen, bei dem das in das zu untersuchende Medium ein Hohlraum eingebracht wird, in dem eine Anzahl von Meßstellen mit zunächst untereinander gleichem Abstand festgelegt wird, und anschließend mit einer längsverschieblichen Meßsonde die Relativlage benachbarter Meßstellen zueinander auf mechanischelektrischem Weg gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßstellen (3) mechanische Anschläge (7) in dem Hohlraum (1) fixiert werden, daß anschließend die Meßsonde (4, 19) in den Hohlraum (1) eingeschoben und mit wenigstens zwei Anschlägen (7) zur Anlage gebracht wird, wobei die Relativlage der Anschläge (7) durch Messung der Relativlage der mit den Anschlägen (7) zur Anlage gebracbterr Gegenanschlägen (9,21) der Meßsonde (4, Ϊ9) bestimmt wird, und daß die Messung solange wiederholt wird, bis alle Anschläge (7) erfaßt sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßsonde (4) mit nur zvei Gegenanschlägen verwendet wird und daß der Abstand zweier Anschläge (7) bestimm'wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßsonde (19) mit drei Gegenanschlägen (21) verwendet wird und daß die Abstände zwischen den Anschlägen (7) sowie die seitliche Abweichung ei.<es Anschlages bezüglich der beiden anderen bestimmt werdpn.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,2 oder 3,

— mit mehreren Meßstellen in einem Hohlraum in dem zu untersuchenden Medium und mit gleichem Abstand der Meßstellen untereinander,

— mit einer im Hohlraum längsverschieblichen Meßsonde, weiche Meßwandler enthält,

— und mit einer Auswerteelektronik,

dadurch gekennzeichnet,

— daß im Hohlraum (1) in untereinander gleichen Abständen mechanische Anschläge (7) mit Anschlagfläche (8) fixiert sind,

— daß die Meßsonde (4, 19) wenigstens zwei in ihrem gegenseitigen Abstand veränderbare Meßköpfe (5,20) aufweist,

— daß die MeSköpfe (5, 20) als mechanische Gegenanschläge (9, 21) mit einer Anschlagfläche (10, 21) ausgebildet sind, die mit den mechanischen Anschlägen (7) zur Anlage kommen und

— daß in der Meßsonde (4, 19) wenigstens eine Meßeinrichtung (18,31) zur Messung der Relativlage zweier Anschläge (7) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (7) auf der Innenseite eines im zu untersuchenden Medium eingebetteten Rohres (1) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagfliichc (8) der Anschläge (7) durch eine Kcgelmantelflüchc und clicje- μ nige (10, 22) der Gegenanschlüge (9, 21) durch eine Kugelfläche gebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch

gekennzeichnet, daß die Anschlagfläche (8) der Anschläge (7) durch eine Kugelfläche und diejenige (10, 22) der Gegenanschläge (9, 21) durch eine Kegelmantelfläche gebildet ist

8. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Anschläge (7) als auch die Gegenanschläge (9,21) aus wenigstens zwei durch je eine Lücke (11* voneinander getrennten Abschnitten (7a,9a,21) bestehen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Anschlag (7) und jeder Gegenanschlag (9,21) aus vier jeweils um 90° gegeneinander versetzten Abschnitten (7a, 9a, 21) besteht

10. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsonde (4) zwei starr oder gelenkig, jedoch drehfest miteinander verbundene Meßköpfe (5) aufweist

11. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet

— daß die Meßsonde (19) drei Meßköpfe (20) aufweist,

— daß die beiden äußeren Meßköpfe (2Oa^ mit dem mittleren Meßkopf {20b) im Abstand veränderbar und gelenkig, jedoch drehfest verbunden sind,

— daß je eine Meßeinrichtung (31) zur Messung des Abstandes zwischen den jeweils miteinander verbundenen Meßköpfen (20a, 20b) vorgesehen ist, und

— daß eine Meßeinrichtung (32) zum Messen der seitlichen Abweichung eines MeBkopfes (20b) bezüglich der beiden anderen Meßköpfe (20a) vorhanden ist

12. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (18,31) zur Messung des Abstandes bzw. der Abstandsänderung zweier Meßköpfe (5,20) einen induktiven Längengeber aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung zum Messen der seitlichen Abweichung des mittleren Meßkopfes (Tab) einen den Winkel zwischen den Verbindungsachsen (28a,} zwischen dem mittleren und den äußeren Meßköpfen (206, 2OaJ messenden Meßgrößenumformer (32), der durch wenigstens einen induktiven Längengeber gebildet ist, aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gelenkverbindung (24) zwischen den Meßköpfen (20a, 20b) vorgesehen ist, die zwei rechtwinklig zueinander und senkrecht zur Längsachse der Meßsonde (19) verlaufende Gelenkachsen aufweist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 10,11 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßköpfe (20a, 20b) mittels eines die Meßeinrichtung (31, 32) umgebenden Rohres (23) miteinander verbunden sind, welches gelenkig, jedoch drehfest mit dem einen Meßkopf (20ö) verbunden und fest am anderen Meßkopf (20a,}angebracht ist.

16. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (18, 31) zur Messung der Rclativlagc zweier McUköpfc (5, 20) zwei in Meßsondcnliingsach.se relativ zueinander verschiebbare Bauteile (16, 17, 28, 29) aufweist, von denen jedes Bauteil mittels einer Kardanaufhängung (30) im Mittelpunkt

(0) der die Anschlagflächen (10, 22) der Gegenanschläge (9, 21) bestimmenden Kugel (Ku) an einem Meßkopf (5,20) befestigt ist

17. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Meßkopf (5, 20ü) ein Dynamometer (14) zur Verbindung mit einer Zugstange (15) befestigt ist.