DE3735657C2 - Einrichtung zur induktiven Messung der Ausdehnung eines Vollkörpers, insbesondere von internen Dehnungsvorgängen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur in­ duktiven Messung der Ausdehnung eines Vollkörpers, insbe­ sondere von internen Dehnungsvorgängen, mit einer in den Vollkörper vollständig integrierten Induktivität mit Windungen.

In einer Reihe von Fällen ist es erforderlich, interne Spannungen von Vollkörpern zu erfassen; nur beispielhaft sei die Überwachung von Alterungsvorgängen von Spannbeton­ bauteilen genannt. Eine Möglichkeit besteht darin, daß man auf Oberflächen der Vollkör­ per Dehnungsaufnehmer, beispielsweise Dehnungsmeßstreifen aufbringt und aus den gemessenen "äußeren" Dehnungen auf interne Spannungen "schließt".

Aus DE-PS 5 90 289 geht ein gattungsbildender elektromagnetischer Dehnungs- oder Spannungsmesser hervor, mit dem der Dehnungszustand von Bauwerken festgestellt werden kann. Der Dehnungsmesser weist zwei durch ein Eisenjoch verbundene Spulen auf, dessen Induktivität auf­ grund äußerer mechanischer Einflüsse veränderbar ist. Der eigentliche Meßsensor ist von dem zu vermessenden Meßobjekt, in das er einbringbar ist, durch ein Gehäuse G isoliert. Die in dem zu vermessenden Meßobjekt, das beispielsweise ein Bauwerk sein kann, auftretenden Spannungen/Dehnungen werden über das Gehäuse auf die Spulenanordnungen übertragen und führen zu Relativbewegungen der zwei in dem Gehäuse vorge­ sehenen Spulen. Über die Änderung der Selbstinduktion kann sodann auf Dehnungsbewegungen im Bauwerk zurückgeschlossen werden. Die Meßanordnung weist jedoch den Nachteil auf, daß sie über einen durchaus kompliziert ausgebildeten Meßaufbau verfügt, der als abgeschlossene Meßeinheit in ein Gebäude zu integrieren ist.

Eine vereinfachte und daher verbesserte Meßvorrichtung zur Erkennung zwei- und dreidimensionaler Formänderungen in Betonkörpern geht aus DD 1 14 141 hervor. Aus dieser Druckschrift gehen Dehnungsmeßstreifen hervor, die in geeigneter, gegenseitiger Orientierung vollständig in den Beton eingegossen werden. Die Anordnung der Deh­ nungsmeßstreifen erfolgt in vorteilhafter Weise derart, daß sie in je drei unterschiedlichen Raumrichtungen zuein­ ander angeordnet sind. Damit sind dreidimensionale Ver­ werfungen innerhalb des Betons über die Änderung des Wi­ derstandsverhaltens der Dehnungsmeßstreifen erfaßbar. Die Funktionsweise der Dehnungsmeßstreifen beruht, wie bereits erwähnt, auf der Deformation kleinster Leiterbahnen, deren Widerstand während der Deformation verändert wird. Durch genaueste Widerstandsmessungen können auf diese Weise Längenänderungen bzw. Dehnungseffekte nachgewiesen werden.

Dehnungsmeßstreifen stellen jedoch hochsensible Sensoren dar, so daß das Einbinden in den zu untersuchenden Baukör­ per sehr vorsichtig vorzunehmen ist. Darüber hinaus müssen Dehnungsmeßstreifen gegenüber äußeren Feuchteeinwirkungen geschützt werden, zumal sie "witterungsabhängig" sind.

Weniger sensibel ist jedoch ein in DE-AS 12 42 903 beschriebenes Dehnungselement, das aus einer Schraubenfeder besteht, deren axiale Deformation zu einer Widerstandsänderungen führt, die als Maß für die Ausdeh­ nung oder Deformation von einem zu vermessenden Körper verwendet wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu­ grunde, eine Einrichtung zur Messung der Ausdehnung von Vollkörpern derart anzugeben, daß der zu verwendende Meß­ sensor möglichst einfach in den zu untersuchenden Körper zu integrieren ist, die Empfindlichkeit bezüglich der Langlebigkeit des Sensors möglichst gering, jedoch die Empfindlichkeit gegenüber Dehnungseffekten möglichst hoch ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß wird in den Vollkörper bereits bei der Herstellung des Körpers mindestens eine Induktivität eingebracht, und die Induktivitätsänderung als Maß für die Dehnung bestimmt. Damit lassen sich insbesondere interne Dehnungsvorgänge direkt bestimmen und beispielsweise Ermüdungserscheinungen von Trägern usw. frühzeitig erken­ nen.

Eine erfindungsgemäße Einrichtung zur induktiven Messung der Ausdehnung von Vollkörpern und insbesondere von inter­ nen Dehnungsvorgängen, mit Hilfe einer in den Vollkörper vollständig integrierten Induktivität mit Windungen, zeichnet sich dadurch aus, daß die Induktivität als Spule mit voneinander beabstandeten Windungen ausgebildet ist, die mit dem Material des Vollkörpers in direkten Kontakt stehen, so daß sich durch die Dehnung des Vollkörpers eine Deformation der Windungen und somit eine Änderung der Induktivität ergibt, die der Dehnung des Vollkörpers ent­ spricht.

Besonders vorteilhaft ist die im Anspruch 2 gekennzeichne­ te Weiterbildung. Die als Induktivität verwendete Schrau­ benfeder hat nicht nur den Vorteil einer vergleichsweise großen Stabilität, sondern erlaubt auch einfach eine genaue Induktivitätsbestimmung.

Bezüglich des Aufbaus der Schraubenfedern und der Messung ihrer Induktivität wird exemplarisch auf DE 32 05 702 C2 verwiesen.

Die erfindungsgemäße Verwendung einer Induktivität zur Bestimmung von inneren Dehnungen ermöglicht selbstver­ ständlich auch das Messen der Richtungsabhängigkeit der Dehnungen. Hierzu sind gemäß Anspruch 3 lediglich mehrere Induktivitäten einzusetzen, die bevorzugt unter 90°- Winkeln angeordnet sind.

Selbstverständlich sind Messungen in nichtleitenden und in leitenden Materialien möglich. Im letzteren Falle ist lediglich das Material der Induktivitäten gemäß Anspruch 5 gegenüber dem Material des Vollkörpers zu isolieren.

In den Ansprüchen 8 folgende sind bevorzugte Verwendungen der erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung angegeben. Aufgrund der hervorragenden Reproduzierbarkeit und Alte­ rungsbeständigkeit ist es beispielsweise möglich, Lang­ zeituntersuchungen in Spann-Betonbauteilen vorzunehmen.

Ferner eignet sich die erfindungsgemäße Einrichtung bei­ spielsweise zur Messung der Beladung von Behältern. Hierzu wird die erfindungsgemäß verwendete Spule bzw. Schrauben­ feder in ein elastisches Material eingebracht, das ent­ sprechend der Beladung des Behälters verformt wird.

Eine weitere bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist im Anspruch 9 gekennzeichnet. Durch das Einsetzen wenigstens einer Schraubenfeder in einen oder mehrere Gummipuffer von Maschinenfüßen läßt sich die Auf­ lagekraft und/oder die Eigenresonanz des Systems bestim­ men, mit dem die Maschine schwingt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand Ausführungsbeispie­ len unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben, in der zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem in einen elastischen Körper 1 eine Spule 2 einge­ setzt ist. Der elastische Körper 1 ist zwischen einer Maschine 3 und dem Fußboden bzw. einem Maschinensockel 4 angeordnet.

Die Anschlüsse 5 und 6 der Spule sind aus dem elastischen Körper 1 herausgeführt. Ein LC-Oszillator 7, dessen Induk­ tivität die Spule 2 darstellt, dient zur Messung der In­ duktivität. In bekannter Weise stellt die Frequenz f, mit der der LC-Oszillator 7 schwingt, ein Maß für die Verfor­ mung der Spule 2 und damit des elastischen Körpers 1 dar. Somit kann die Frequenz f zur Messung der Verformung des Körpers 1 beispielsweise durch das Gewicht der Maschine 3 verwendet werden. Aus der zeitlichen Änderung des Signals f(t) kann darüber hinaus die Frequenz bestimmt werden, mit der die Maschine schwingt.

Nachteilig bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist jedoch, daß die Induktivität der Zuleitungen von der Verformung der Spule abhängt. Die Induktivität der Zulei­ tungen ist aber bei der Messung von sehr kleinen Änderun­ gen der Induktivität der Spule kritisch
Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist dieser Nachteil durch die Verwendung zweier Spulen 21 und 22 beseitigt. Die beiden Spulen 21 und 22 sind derart ver­ schaltet, daß die Anschlüsse 5 und 6 auf der gleichen Seite der Spulen herausgeführt sind, und sich so die In­ duktivität der Zuleitungen bei einer Verformung des ela­ stischen Körpers 1 nicht ändert.

Im übrigen haben in Fig. 2 gleiche Bezugszeichen dieselbe Bedeutung wie in Fig. 1.

Claims (11)

1. Einrichtung zur induktiven Messung der Ausdehnung eines Vollkörpers, insbesondere von internen Dehnungsvor­ gängen, mit einer in den Vollkörper vollständig integrierten Induktivität mit Windungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität als Spule mit voneinander beabstandeten Windungen ausgebildet ist, die mit dem Material des Vollkörpers in direkten Kontakt stehen, so daß sich durch die Dehnung des Vollkörpers eine Deformation der Windungen und somit eine Änderung der Induktivität ergibt, die der Formänderung des Vollkörpers entspricht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule durch eine Schraubenfeder gebildet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung in mehreren Rich­ tungen mehr als ein Meßsensor eingesetzt ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur dreidimensionalen Messung wenigstens drei Schraubenfedern vorgesehen sind, deren Achsen 90°-Winkel einschließen.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung in elektrisch leitenden Vollkörpern eine Isolation gegenüber dem Material des Vollkörpers vorgesehen ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Richtung wenigstens zwei Spulen vorgesehen sind, und die Anschlüsse auf der gleichen Seite der Spulen herausgeführt sind.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule oder die Spulen eine Induktivität eines LC-Oszillators darstellen.

8. Verwendung der Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Messung von Dehnungen in Betonbauteilen.

9. Verwendung der Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Messung von Dehnungen in Kunststoffblöcken.

10. Verwendung einer in ein elastisches Material einge­ brachten Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Messung der Beladung von Behältern.

11. Verwendung einer in Gummipuffern von Füßen einer Maschine eingebrachten Einrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 7 zur Messung des Gewichts, der Auflagekraft, oder der Eigenresonanz, mit der die Maschine schwingt.