EP0419602A1 - Anordnung und verfahren zur bestimmung von bauwerkbewegungen - Google Patents

Anordnung und verfahren zur bestimmung von bauwerkbewegungen

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Publication number
EP0419602A1
EP0419602A1 EP19900903295 EP90903295A EP0419602A1 EP 0419602 A1 EP0419602 A1 EP 0419602A1 EP 19900903295 EP19900903295 EP 19900903295 EP 90903295 A EP90903295 A EP 90903295A EP 0419602 A1 EP0419602 A1 EP 0419602A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measuring
reference marks
measurement
area
arrangement according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19900903295
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Günther SCHERBICHLER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Steirische Wasserkraft- und Elektrizitats-Aktiengesellschaft
Original Assignee
Steirische Wasserkraft- und Elektrizitats-Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Steirische Wasserkraft- und Elektrizitats-Aktiengesellschaft filed Critical Steirische Wasserkraft- und Elektrizitats-Aktiengesellschaft
Publication of EP0419602A1 publication Critical patent/EP0419602A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C15/00—Surveying instruments or accessories not provided for in groups G01C1/00 - G01C13/00
    • G01C15/10—Plumb lines

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for determining relative movements between two areas of different heights of a towering building, in particular a dam, with a measuring solder articulated in one area and a fixed position in the other area, the measuring area, the relative position of the measuring solder determining measuring device. Furthermore, the invention also relates to a method for determining relative movements of the type mentioned, the relative position of a measuring solder articulated in one area being determined by a measuring device fixed in the other area. State of the art
  • the measuring plumb - more precisely its suspension - is arranged in a pipe which runs vertically over the entire or at least part of the height of the dam, which is relative to the thickness of the Dam has a small diameter.
  • the measuring plumb bob is a hanging plumb bob or a swimming plumb bob; the former is mostly suspended in the crown area of the dam by means of a low-friction cutting edge or the like and extends into the area of the base of the wall where the solder weight is immersed in a damping fluid; the latter is conversely usually articulated accordingly in the region of the wall base and is also connected via a wire or the like connected to a floating body arranged in the measuring range; there are also arrangements in which a hanging solder and a floating solder are used, each of which extends into the measuring range between their articulations. In all cases, relative horizontal movements between the articulation range of the measurement plumb and the measurement range can be determined via the deflections of the measurement plumb.
  • the object of the present invention is to improve an arrangement and a method of the type mentioned in such a way that the disadvantages mentioned of the known such arrangements and methods are avoided and that the relative movements mentioned are significant and reproducible even over long periods of time, in particular in a simple and reliable manner can be determined.
  • this is achieved with an arrangement of the type mentioned at the outset in that the measuring device has at least two reference marks fixed in the measuring area of the building at a known distance from one another, and also has a non-reactive, in particular optical, distance measuring unit, via which the Relative distance of the measurement plumb to the reference marks can be determined.
  • the corresponding embodiment of the mentioned method consists in that the distance to at least two reference marks fixed in the measuring range is determined in order to determine the relative position of the measurement plumb bob.
  • the reference marks are formed by reference solders suspended in the measuring area. This ensures in a simple manner that the reference marks are at exactly the same distance over a relatively large vertical area in the area of the distance measuring unit without special clamping and adjusting devices and are parallel to the plumb line, so that changes in the height of the actual measuring plane cannot have any effect .
  • the optical distance measuring unit has at least one line camera connected to an evaluation device, including measuring optics, which images at least two reference marks and the measuring plummet on the line array of the cell camera.
  • two line cameras offset at least approximately 90 ° in planes at least approximately perpendicular to the measurement plumb bob as well as two associated reference marks, each having essentially the same distance from the assigned line camera, are provided, or are made in accordance with the method further developed according to the invention determines the distances to two pairs of reference marks which are at least approximately perpendicular to one another in a plane which is essentially perpendicular to the plumb line.
  • dams for example, tangential and radial movements can be determined, or measurement errors can be eliminated by inaccurate alignment of a single distance measuring unit.
  • the reference marks can be arranged outside the range of movement of the plumb line to be expected, which results in certain advantages in terms of measurement technology and limits the area to be monitored from the outset.
  • an embodiment of the invention is advantageous, particularly for use in closed interiors, according to which a light source is arranged on the side opposite the line of measurement of the line camera.
  • the shading of this light source by the plumb bob or the reference marks can easily be converted into the corresponding measured value on the line camera or on the line array of this camera.
  • a kara eraside lighting with correspondingly inverse image representation could also be provided.
  • the light source arranged behind the measuring solder emits diffuse light over the entire width of the movement range of the measuring solder to be expected and preferably has a light-emitting diode array with an upstream diffuser.
  • the light-emitting diodes which are preferably used can, for example, emit monochrome red light in the wavelength range of 650 nm, which on the one hand has the advantage that the sensitivity of the line array can be matched precisely to this wavelength and on the other hand enables improved imaging, since color imaging errors drop away; vorte lhaft particularly is that most common lenses are adjusted from the outset, among other things, to the red light mentioned.
  • the light source has essentially parallel light over the entire width of the expected range of movement of the measuring plumb bob emits and that between the plumb bob or reference marks and measuring optics of the line camera, a focusing screen is arranged in the beam path of this light. Since the possible range of movement of the measurement plumb bob is illuminated in parallel, the aforementioned error possibilities are eliminated.
  • the beam set would, when moving the plumb line on a circular path in diffuse or diverging light, provide exactly two values - the use of parallel light together with the aforementioned focusing screen again results in clear assignments.
  • the light source has a point light source with a collimator, which allows the stated requirement to be easily implemented.
  • the light source is clocked and emits light pulses, which leads to the problems mentioned eliminated.
  • the known clock rate then also gives the possibility of accepting signals arriving at the row array only in accordance with the clock rate, which together with the possibility of using selective filters which are matched to the light source used, results in very good independence from sensitive ambient light.
  • FIG. 1 shows a schematic cross section through a dam with an arrangement according to the present invention
  • FIG. 2 shows a partially schematic plan view of a measuring device provided in area II according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a detail from FIG. 2 on an enlarged scale
  • FIG. 4 shows a schematic diagram for the arrangement according to FIG. 3,
  • Fig. 5 is a diagram to illustrate the relationship between the camera scale and transmission scale
  • Fig. 6 is a schematic diagram similar to Fig. 4 of a differently designed arrangement according to the invention.
  • a pipe or a shaft 4 running vertically from the crown 2 to the base 3 of the wall is provided in the central region of a dam 1, which is accessible in the lower region via a cross passage 6 coming from the air side 5.
  • the shaft 4 has about 30 cm in diameter above the transverse aisle 6 and - like the transverse aisle 6 itself - about 1 cm in diameter in the case of such structures.
  • a measuring plunger 9 is articulated to a control room 7 or the like at a point 8, the suspension 10 of which, in the form of a wire, thin steel cable or the like, runs through the shaft 4 and its plumb weight 11 in the area the wall base 3 is arranged and mostly immersed in a damping basin with water or a similar suitable liquid in a manner not shown here. If the water level 12 in the reservoir 13 is different and if the temperature of water and ambient air fluctuates there are different deflections of the area of the crown 2 with respect to the central area of the wall or with respect to the wall foot 3, mainly in the direction of the double arrow 14.
  • the measuring device 15 has two non-reactive, optical distance measuring units 16, 17, the alignment axes 18, 19 of which at least approximately intersect in the area of the measurement solder 9 (or its suspension 10) (here, for reasons of arrangement, there is an offset made in height) and in the plane of FIG. 2 include an angle of at least approximately 90 °.
  • the distance measuring units 16, 17 each have a line camera 20 connected to an evaluation device (not shown) together with measuring optics 21 (see in particular FIG. 3), which are directed along the alignment axis 18, 19 at the measuring plunger 9.
  • a light source 22 is arranged on the side opposite the line sensor 20 with respect to the measurement plumb 9, which emits diffuse light over the entire width of the range of movement of the measurement plumb line 9 to be expected and preferably has a light-emitting diode field 23 with an upstream diffuser.
  • reference marks 24 fixed in the measuring region relative to the dam in the measuring region are arranged at a known distance from one another in the area monitored by the line cameras 20, with two reference marks 24 arranged outside the expected range of movement of the measuring plumb 9, one essentially perpendicular to it Connected line camera 20 are assigned. Since the movement of the dam 1 according to FIG. 1 is naturally much greater in the direction of the double arrows 14 (in the so-called radial direction) than in the perpendicular (tangential) direction, the distance is also assigned to the distance measuring unit 17 in FIG. 2 two reference marks 24 are substantially larger than the reference marks assigned to the distance measuring unit 16.
  • the reference marks 24 themselves are formed in a manner not shown here from reference solders suspended in the measuring area II via a suitable suspension device on the dam 1, which are therefore always parallel to one another and to the measurement solder 9, regardless of the relative height at which the two Line cameras 20 measure the relevant distances.
  • the distance measuring unit 17 from FIG. 2 is shown again on a somewhat larger scale and in somewhat more detail. It can also be seen from this how the shadows of the light-emitting diode array 23 of the light source 22 representing the two reference solders 24 and the measurement solder 9 are imaged on the line array 25 of the line camera 20 via the measuring optics 21, which then do not refer to the corresponding information here passes on the manner shown for processing.
  • a light source 22 is provided, which emits essentially parallel light over the entire width of the range of movement of the measurement plumbing 9 to be expected, which is realized via a point light source 26 with a collimator 27.
  • a focusing screen 28 is arranged in the beam path of the light, with the focusing screen now being imaged via the optics 21 onto the line array 25 of the line camera (not shown). In this way, measurement errors due to unsharpness are eliminated due to a movement that is not exactly perpendicular to the respective alignment axis 18, 19 (FIG. 2).
  • the dam 1 according to FIG. 1 moves furthest to the air side and at the highest ambient temperature and drained water to the water side.
  • the magnitude of this movement is approximately one per thousand of the wall height for actually constructed dam walls, which means that 50 m wall height for example approx. 50 mm maximum deflection.
  • the camera scale (according to FIG. 5) is determined by the number of exposure meter elements of the line scan camera (for example 256, 512, 1024, 2048 ...), which in turn determines the resolution of the entire distance measuring unit in relation to the image plane. For example, a 10 cm image field with a 512 element camera gives a resolution of 0.1 mm.
  • the reference marks 24 or reference solders assigned to the distance measuring unit 17 have a distance of about 6 cm in the above example, the reference solders 24 assigned to the distance measuring unit 16 monitoring the tangential movements are arranged at a relative distance of only about 1 cm , since the tangential movements of a dam are usually negligible and mostly only serve to check the correct alignment of the measurement of the radial movements. This can be different, for example, in tower-like structures in which the two directions have equal rights.
  • the processor used for evaluating the signals of the line scan camera (s) can be used in a very simple manner according to the current state of the art, e.g. furthermore also monitor the time function of the imaging movement and thus distinguish the moving measuring plumb from the stationary reference marks. This results in a calculation possibility not only for an interpolation between the reference marks but also for the entire image area with additional extrapolation, which also makes it easy to determine the position of the measurement solder outside the reference marks.
  • the adjustment aids can also be derived with the aid of such a processor, wherein the processor can indicate how many "wires" are recognized and by how many image increments the reference marks are asymmetrical in the image. By determining the actual image widths of the reference marks, statements can also be made about the sharpness of the image. Furthermore, by comparing the existing images on the line array, images that are too small (for example caused by cobwebs or the like) can be eliminated by the processor.
  • the plumb line 9 shown in FIG. 1 could also be called floating solder to be formed, which is articulated in the region of the wall base 3 and has a floating body mounted floating above and serving to tighten the suspension.
  • the distance measurements can again be carried out completely identically as described above with reference to the hanging solder.
  • hanging solder and floating solder are also combined in such a way that the relative movements of the crown to the foot of the wall are determined by means of a hanging solder which is essentially continuous from the crown to the base of the wall and that the relative movements of the The center of the wall to the base of the wall can be determined so that the deflection of the central area can also be determined.
  • several measuring devices of the type mentioned, which are provided distributed over the width of the dam are also possible with different combinations of hanging and floating solders.

Description

Anordnung und Verfahren zur Bestiπtmunq von Bauwerkbewequnoen
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bestimmung von Relativbewe¬ gungen zwischen zwei, unterschiedlichen Bodenabstand aufweisenden Bereichen eines hochragenden Bauwerkes, insbesonders einer Staumauer, mit einem in dem einen Bereich angelenkten Meßlot und einer im anderen Bereich, dem Meßbereich, feststehenden, die relative Lage des Meßlotes bestimmenden Meßeinrichtung. Weiters betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Bestimmung von Relativbewegungen der genannten Art, wobei die relative Lage eines im einen Bereich angelenkten Meßlotes über eine im anderen Bereich feststehende Meßeinrichtung bestimmt wird. Stand der Technik
Anordnungen und Verfahren der genannten Art sind bekannt und finden insbesonders bei hohen und höchsten Bauwerken Anwendung, bei denen verschiedene Belastungen horizontale Auslenkungen relativ zum Fundament, bzw. zwischen unterschiedlichen Bereichen des Bauwerkes, und damit einhergehende Beanspruchungen hervorrufen. Dies gilt beispielsweise für den Winddruck an freistehenden turmartigen Gebäuden oder eben für die insbesonders genannte Staumauer, bei der die horizontale Auslenkung des oberen Kronenbereiches hauptsächlich von der Stauhöhe und der Temperatur beeinflußt wird.
Insbesonders bei Staumauern sind Anordnungen bzw. Verfahren der genann¬ ten Art in Verwendung, bei denen das Meßlot - genauer dessen Aufhängung - in einem über die gesamte, oder zumindest einen Teil der Höhe der Staumauer vertikal verlaufenden Rohr angeordnet ist, das relativ zur Dicke der Staumauer kleinen Durchmesser aufweist. Es ist dabei belang¬ los, ob es sich beim Meßlot um ein Hängelot oder ein Schwimmlot handelt; ersteres ist zumeist im Kronenbereich der Staumauer mittels einer reibungsarmen Schneide oder dergleichen aufgehängt und reicht bis in den Bereich des Mauerfusses, wo das Lotgewicht in eine Dämpfύngsflüssigkeit taucht; das Zweitgenannte ist umgekehrt zumeist im Bereich des Mauer¬ fusses entsprechend angelenkt und über einen Draht oder dergleichen mit einem im Meßbereich angeordneten Schwimmkörper verbunden; darüberhinaus gibt es auch Anordnungen, bei denen ein Hängelot und ein Schwimmlot verwendet werden, welche jeweils bis in den zwischen ihren Anlenkungen liegenden Meßbereich reichen. In allen Fällen können über die Auslenkun- gen des Meßlotes relative Horizontalbewegungen zwischen Anlenkungsbe- reich des Meßlotes und Meßbereich bestimmt werden.
Zur Messung der relativen Lage des Meßlotes, die zur Erhöhung der Aussagekraft sehr genau sein muß, sind verschiedene Möglichkeiten bekannt. In einem Fall wird ein feiner Lichtstrahl händisch in der Meßeinrichtung horizontal bewegt, bis dessen Abschattung durch die Aufhängung des Meßlotes auf einer dahinter angeordneten Fläche beobacht¬ bar ist. Der eigentliche Meßwert kann dann über eine Noniuseinteilung der Verstellhandhabe abgelesen werden. Abgesehen davon, daß bei dieser Anordnung relativ leicht Bedienungsfehler auftreten können, ist auch stets die Gefahr gegeben, daß in der zumeist feuchten bis nassen Um¬ gebung aufgrund verschiedenster Umgebungseinflüsse nachträglich Fehler bzw. Änderungen in der Grundjustierung zwischen Meßeinrichtung und Meßlot auftreten können, die zu zumindest unbrauchbaren, wenn nicht äußerst gefährlichen Fehlmessungen führen.
Weiters sind auch beispielsweise elektrische Messungen der relativen Lage des Meßlotes bekannt, welche mittels elektrischen Feldern zwischen Meßlot und Meßeinrichtung und über die Messung induktiver oder kapaziti- ver Größen arbeiten. Dabei besteht das Problem, daß zur Abdeckung größerer möglicher Relativbewegungen des Meßlotes mit großen Feldstärken gearbeitet werden muß, die wiederum nicht vernachlässigbare Rückwirkun¬ gen auf das Meßlot selbst haben. Überdies besteht auch bei derartigen Einrichtungen die oben angesprochene Gefahr von nachträglichen Dejustie- rungen.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung sowie ein Verfahren der genannten Art so zu verbessern, daß die angeführten Nachteile der bekannten derartigen Anordnungen und Verfahren vermieden werden und daß insbesonders auf einfache und zuverlässige Art die genannten Relativbewegungen auch über lange Zeiträume hinweg signifikant und reproduzierbar bestimmt werden können. Dies wird gemäß der vorliegenden Erfindung bei einer Anordnung der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß die Meßeinrichtung zumin¬ dest zwei im Meßbereich des Bauwerkes f xierte Referenzmarken in bekann¬ tem Abstand zueinander, sowie eine rückwirkungsfreie, insbesonders optische, Abstandsmeßeinheit aufweist, über welche der Relativabstand des Meßlotes zu den Referenzmarken bestimmbar ist. Die entsprechende Ausgestaltung des genannten Verfahrens besteht darin, daß zur Bestimmung der relativen Lage des Meßlotes der Abstand zu zumindest zwei im Meßbe¬ reich fixierten Referenzmarken bestimmt wird.
Damit ist nun unmittelbar die Bestimmung der relativen Lage des Meßlotes auf eine Abstandsbestimmung zwischen der Lage des Meßlotes und den gebäudefesten Referenzmarken reduziert, was die angesprochenen nachträg¬ lichen Justierprobleme völlig ausschaltet. Somit braucht auch beispiels- weise nach einem Austausch der eigentlichen Abstandsmeßeinheit an Ort und Stelle keine NeuJustierung vorgenommen zu werden, dar ja der in diesem Zusammenhang einzig relevante gegenseitige Abstand der Refe¬ renzmarken dabei unverändert bleibt. Die insbesonders optische, rückwir¬ kungsfreie Messung der relevanten Abstände trägt zur Erhöhung bzw. Beibehaltung der erzielbaren Genauigkeit bei.
Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung ist vorgesehen, daß die Referenzmarken von im Meßbereich aufgehängten Referenzloten gebildet sind. Damit ist auf einfache Weise sichergestellt, daß die Referenzmarken über einen relativ großen ver¬ tikalen Bereich im Bereich der Abstandsmeßeinheit ohne besondere Spann- und Justiervorrichtungen genau gleichen Abstand aufweisen und parallel zum Meßlot sind, sodaß sich Änderungen in der Höhe der eigentlichen Meßebene nicht auswirken können.
In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung weist die optische Abstandsmeßeinheit zumindest eine an eine Auswerteeinrichtung angeschlossene Zeilenkamera samt Meßoptik auf, welche zumindest zwei Referenzmarken und das Meßlot auf das Zeilenarray der Ze lenkamera abbildet. Damit ergibt sich auf sehr einfache und zuverlässige Weise die Möglichkeit, völlig rückwirkungsfrei und genau die erforderlichen Relativabstände quasi kontinuierlich zu überwachen und darüberhinaus die jeweil gen Meßwerte an praktisch beliebige Stelle fernzuübertragen. Es ist dabei im wesentlichen belanglos, ob die eigentliche Auswerteeinrich¬ tung zur Gänze oder in Teilen im Meßbereich oder aber im Bereich einer entfernten Warte oder dergleichen angeordnet ist, bzw. ob die Fernüber¬ tragung über entsprechende Leitungen oder aber drahtlos erfolgt.
Nach einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind zwei in zum Meßlot zumindest annähernd senkrechten Ebenen um zumindest annähernd 90° versetzte Zeilenkameras sowie jeweils zwei zugehörige, im wesentli¬ chen jeweils gleichen Abstand zur zugeordneten Zeilenkamera aufweisende Referenzmarken vorgesehen, bzw. werden entsprechend dem erfindungsgemäß weitergebildeten Verfahren die Abstände zu zwei, in einer im wesentli¬ chen senkrecht zum Meßlot gelegenen Ebene zumindest annähernd senkrecht zueinander ausgerichteten Paaren von Referenzmarken bestimmt. Damit lassen sich beispielsweise bei Staumauern tangentiale und radiale Bewegungen ermitteln, bzw. werden Meßfehler durch nicht genaue Ausrich¬ tung einer einzelnen Abstandsmeßeinheit ausschaltbar.
Die Referenzmarken können nach einer bevorzugten weiteren Ausgestaltung der Erfindung außerhalb des zu erwartenden Bewegungsbereiches des Meßlotes angeordnet sein, was meßtechnisch gewisse Vorteile ergibt und den zu überwachenden Bereich von vorneherein begrenzt.
Obwohl in manchen Fällen auch bei der genannten Zeilenkamera mit Um¬ gebungslicht das Auslangen gefunden werden kann, ist insbesonders für die Verwendung in geschlossenen Innenräumen eine Ausgestaltung der Erfindung von Vorteil, gemäß welcher an der bezüglich des Meßlotes der Zeilenkamera gegenüberliegenden Seite eine Lichtquelle angeordnet ist. Die Abschattung dieser Lichtquelle durch das Meßlot bzw. die Referenz¬ marken ist an der Zeilenkamera bzw. am Zeilenarray dieser Kamera leicht in den entsprechenden Meßwert umsetzbar. Davon abgesehen könnte aber natürlich auch eine ka eraseitige Beleuchtung mit entsprechend inverser Bilddarstellung vorgesehen werden.
Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung gibt die hinter dem Meßlot angeordnete Lichtquelle über die gesamte Breite des zu erwartenden Bewegungsbereiches des Meßlotes diffuses Licht ab und weist vorzugsweise ein Leuchtdiodenfeld mit vorgeschaltetem Diffusor auf. Dies ergibt für die Messung mit der Zeilenkamera vorteilhafte Verhältnisse und damit eine erhöhte Auswertesicherheit. Die vorzugsweise verwendeten Leucht¬ dioden können beispielsweise einfarbiges rotes Licht im Wellenlängen- bereich von 650 nm abgeben, was einerseits den Vorteil hat, daß die Empfindlichkeit des Zeilenarrays genau auf diese Wellenlänge abgestimmt werden kann und andererseits eine verbesserte Abbildung ermöglicht, da Farb-Abb ldungsfehler wegfallen; insbesonders vorte lhaft ist dabei, daß die meisten gängigen Objektive von vornherein unter anderem auf das genannte Rotlicht abgeglichen sind.
Um insbesonders im Zusammenhang mit nur über eine einzelne Zeilenkamera erfolgenden Messungen Fehler zufolge wechselnder Unscharfen des sich bewegenden Meßlotes ausgleichen zu können, ist nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Lichtquelle über die gesamte Breite des zu erwartenden Bewegungsbereiches des Meßlotes im wesentlichen paralleles Licht abgibt und daß zwischen Meßlot bzw. Referenzmarken und Meßoptik der Zeilenkamera eine Mattscheibe im Strah¬ lengang dieses Lichtes angeordnet ist. Da damit der mögliche Bewegungs¬ bereich des Meßlotes parallel ausgeleuchtet ist, fallen die genannten Fehlermöglichkeiten weg. Darüberhinaus würde der Strahlensatz bei einer Bewegung des Meßlots auf einer kreisförmigen Bahn im diffusen bzw. divergierenden Licht genaugenommen zwei Werte liefern - durch die Verwendung von parallelem Licht zusammen mit der genannten Mattscheibe ergeben sich wieder eindeutige Zuordnungen.
Nach einer im letztgenannten Zusammenhang vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Lichtquelle eine Punkt!ichtquelle mit Kollimator aufweist, was eine einfache Realisierung der genannten Forderung erlaubt.
Um zu vermeiden, daß durch die Lichtquelle der Meßeinrichtung Insekten oder dergleichen Kleinlebewesen angelockt werden, weldhe die Messung naturgemäß empfindlich stören können, ist nach einer anderen vorteilhaf¬ ten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Lichtquelle getaktet ist und Lichtpulse abgibt, was die erwähnten Probleme beseitigt. Dar- über hinaus ergibt sich durch die bekannte Taktrate dann auch die Möglichkeit, nur entsprechend der Taktrate ankommende Signale am Zeilen- array zu akzeptieren, was zusammen mit der Möglichkeit selektive Filter zu verwenden, welche auf die verwendete Lichtquelle abgestimmt sind, eine sehr gute Unabhängigkeit von anfälligem Umgebungslicht ergibt. Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird im folgenden noch anhand der in der Zeichnung schema¬ tisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Staumauer mit einer Anordnung nach der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine teilweise schematische Draufsicht auf eine im Bereich II gemäß Fig. 1 vorgesehene Meßeinrichtung,
Fig. 3 ein Detail aus Fig. 2 in vergrößertem Maßstab,
Fig. 4 eine Prinzipskizze zur Anordnung gemäß Fig. 3,
Fig. 5 ein Diagramm zur Verdeutlichung des Zusammenhanges zwischen Kameramaßstab und Übertragungsmaßstab und
Fig. 6 eine der Fig. 4 ähnliche Prinzipskizze einer anders ausgebildeten Anordnung nach der Erfindung.
Gemäß Fig. 1 ist im mittleren Bereich einer Staumauer 1 ein von der Krone 2 bis zum Mauerfuß 3 vertikal verlaufendes Rohr bzw. ein Schacht 4 vorgesehen, der im unteren Bereich über einen von der Luftseite 5 her kommenden Quergang 6 zugänglich ist. Nur zur Orientierung ist hier anzumerken, daß der Schacht 4 bei tatsächlich ausgeführten derartigen Bauwerken etwa 30 cm Durchmesser oberhalb des Querganges 6 und - ebenso wie der Quergang 6 selbst - unterhalb der Einmündung des letzteren etwa 1 Durchmesser aufweist.
Im Bereich der Krone 2 der Staumauer 1 ist an einer Warte 7 oder der¬ gleichen an einer Stelle 8 ein Meßlot 9 angelenkt, dessen Aufhängung 10 in Form eines Drahtes, dünnen Stahlseils oder dergleichen, durch den Schacht 4 verläuft und dessen Lotgewicht 11 im Bereich des Mauerfusses 3 angeordnet ist und zumeist auf hier nicht dargestellte Weise in ein Dämpfungsbecken mit Wasser oder einer ähnlichen geeigneten Flüssigkeit eintaucht. Bei unterschiedlicher Höhe des Wasserstandes 12 im Staubecken 13 sowie bei Temperaturschwankungen von Wasser und Umgebungsluft kommt es zu unterschiedlichen Auslenkungen des Bereiches der Krone 2 gegenüber dem Mittelbereich der Mauer bzw. gegenüber dem Mauerfuß 3, und zwar hauptsächlich in Richtung des Doppelpfeiles 14. Diese Auslenkungen werden dadurch bestimmt, daß in einem Meßbereich II an der Einmündung des Querganges 6 zum Schacht 4 eine beispielsweise in Fig. 2 schematisch in Ansicht von oben dargestellte Meßeinrichtung 15 vorgesehen wird, mittels der die relative Lage des Meßlotes 9 zum umgebenden Meßbereich II bestimmt wird, welche eine unmittelbare Aussage über die Relativ¬ bewegung der Stelle 8 der Aufhängung des Meßlotes 9 erlaubt.
Gemäß Fig. 2 weist die Meßeinrichtung 15 zwei rückwirkungsfreie, op¬ tische Abstandsmeßeinheiten 16, 17 auf, deren Ausrichtungsachsen 18, 19 sich im Bereich des Meßlotes 9 (bzw. dessen Aufhängung 10) zumindest annähernd schneiden (hier ist aus Gründen der Anordnung eine Versetzung der Höhe nach vorgenommen worden) und in der Ebene der Fig. 2 einen Winkel von zumindest annähernd 90° einschließen. Die Abstandsmeßein¬ heiten 16, 17 weisen jeweils eine an eine nicht dargestellte Auswer¬ teeinrichtung angeschlossene Zeilenkamera 20 samt Meßoptik 21 (siehe insbesonders Fig. 3) auf, die entlang der Ausrichtungsachse 18, 19 auf das Meßlot 9 gerichtet sind. An der bezüglich des Meßlotes 9 den Zeilen¬ kameras 20 gegenüberliegenden Seite ist jeweils eine Lichtquelle 22 angeordnet, die über die gesamte Breite des zu erwartenden Bewegungsbe¬ reiches des Meßlotes 9 diffuses Licht abgibt und vorzugsweise ein Leuchtdiodenfeld 23 mit vorgeschaltetem Diffusor aufweist.
Zusätzlich zum Meßlot 9 sind in dem von den Zeilenkameras 20 überwachten Bereich relativ zur Staumauer im Meßbereich fixierte Referenzmarken 24 in bekanntem Abstand zueinander angeordnet, wobei hier jeweils zwei außerhalb des zu erwartenden Bewegungsbereiches des Meßlotes 9 angeord- nete Referenzmarken 24 einer im wesentlichen senkrecht zu ihrer Verbin¬ dungslinie angeordneten Zeilenkamera 20 zugeordnet sind. Da die Bewegung der Staumauer 1 gemäß Fig. 1 naturgemäß in Richtung der Doppelpfeile 14 (in sogenannter radialer Richtung) wesentlich größer als in der senk¬ recht dazu liegenden (tangentialen) Richtung, ist auch der Abstand der der Abstandsmeßeinheit 17 in Fig. 2 zugeordneten beiden Referenzmarken 24 wesentlich größer als der der Abstandsmeßeinheit 16 zugeordneten Referenzmarken. Die Referenzmarken 24 selbst sind auf hier nicht weiter dargestellte Weise von im Meßbereich II über eine geeignete Aufhängevorrichtung an der Staumauer 1 aufgehängten Referenzloten gebildet, die damit stets parallel zueinander und zum Meßlot 9 liegen, unabhängig von der relati- ven Höhe, an der die beiden Zeilenkameras 20 die relevanten Abstände messen.
In Fig. 3 ist die Abstandsmeßeinheit 17 aus Fig. 2 in etwas größerem Maßstab und etwas detaillierter nochmals dargestellt. Es ist hieraus auch zu ersehen, wie die die beiden Referenzlote 24 und das Meßlot 9 repräsentierenden Abschattungen des Leuchtdiodenfeldes 23 der Licht¬ quelle 22 über die Meßoptik 21 auf das Zeilenarray 25 der Zeilenkamera 20 abgebildet werden, welche die entsprechenden Informationen dann auf hier nicht weiter dargestellte Weise zur Verarbeitung weitergibt.
Die Abbildung der Referenzmarken 24 sowie des Meßlotes 9 über die Meßoptik 21 auf das Zeilenerray 25 ist in Fig. 4 nochmals schematisch vergrößert dargestellt. Die Maßstabstransformation vom in Fig. 5 waag¬ recht aufgetragenen Kameramaßstab auf den in der genannten Figur senk- recht aufgetragenen Übertragungsmaßstab erfolgt in bekannter Weise über eine einfache Geradengleichung.
Bei der Anordnung nach Fig. 6 ist eine Lichtquelle 22 vorgesehen, welche über die gesamte Breite des zu erwartenden Bewegungsbereiches des Meßlotes 9 im wesentlichen paralleles Licht abgibt, was über eine Punktlichtquelle 26 mit Kollimator 27 realisiert wird. Zwischen Meßlot 9 bzw. Referenzmarken 24 und Meßoptik 21 ist eine Mattscheibe 28 im Strahlengang des Lichtes angeordnet, wobei hier nun das Mattseheibenb ld über die Optik 21 auf das Zeilenarray 25 der nicht weiter dargestellten Zeilenkamera abgebildet wird. Auf diese Weise werden Meßfehler durch Unscharfen zufolge einer nicht genau senkrecht zur jeweiligen Ausrich¬ tungsachse 18, 19 (Fig. 2) erfolgenden Bewegung ausgeschaltet.
Bei der tiefsten Temperatur und Vollstau bewegt sich die Staumauer 1 gemäß Fig. 1 am weitesten zur Luftseite und bei der höchsten Umgebungs¬ temperatur und abgelassenem Wasser am weitesten zur Wasserseite. Die Größenordnung dieser Bewegung ist bei tatsächlich ausgeführten Stau¬ mauern ungefähr ein Promille der Mauerhöhe, womit 50 m Mauerhöhe bei- spielsweise ca. 50 mm Maximalausschlag ergeben. Der Kameramaßstab (gemäß Fig. 5) wird durch die Anzahl der Belichtungsmesserelemente der Zeilen¬ kamera (beispielsweise 256, 512, 1024, 2048...) bestimmt, der wiederum bezogen auf die B ldebene die Auflösung der gesamten Abstandsmeßeinheit bestimmt. So ergeben beispielsweise 10 cm Bildfeld bei einer 512-Ele- mentkamera eine Auflösung von 0,1 mm.
Während die der Abstandsmeßeinheit 17 zugeordneten Referenzmarken 24 bzw. Referenzlote entsprechend den obigen Ausführungen im genannten Beispiel einen Abstand von ca. 6 cm haben, sind die der die Tangential- bewegungen überwachenden Abstandsmeßeinheit 16 zugeordneten Referenzlote 24 in einem Relativabstand von nur ca. 1 cm angeordnet, da die Tangen- tialbewegungen einer Staumauer üblicherweise vernachlässigbar sind und zumeist nur zur Kontrolle der richtigen Ausrichtung der Messung der Rad albewegungen dienen. Anders kann dies aber beispielsweise bei turmähnlichen Bauwerken sein, bei denen die beiden Richtungen gleich¬ berechtigt sind.
Der zur Auswertung der Signale der Zeilenkamera(s) verwendete Prozessor kann auf nach heutigem Stande der Technik sehr einfache Weise z.B. weiters auch die Zeitfunktion der Abb ldungsbewegung überwachen und damit das bewegte Meßlot von den stillstehenden Referenzmarken unter¬ scheiden. Dadurch ergibt sich eine Rechenmöglichkeit nicht nur für eine Interpolation zwischen den Referenzmarken sondern auch für den gesamten Bildbereich mit zusätzlicher Extrapolation, womit auch für eine Lage des Meßlotes außerhalb der Referenzmarken eine einfache Lagebestimmung möglich wird. Die Justierhilfen werden weiters unter Zuhilfenahme eines derartigen Prozessors auch ableitbar, wobei der Prozessor angeben kann, wieviele "Drähte" erkannt werden und um wieviele Bildinkremente die Referenzmarken unsymmetrisch im Bild sind. Durch Feststellung der tatsächlichen Abbildungsbreiten der Referenzmarken können auch Aussagen über die Schärfe der Abbildung getroffen werden. Weiters können durch einen Vergleich der vorhandenen Abbildungen auf dem Zeilenarray zu kleine Abbildungen (beispielsweise verursacht durch Spinnweben oder dergleichen) vom Prozessor ausgeschieden werden.
Anstelle der gemäß Fig. 1 dargestellten Ausbildung des Meßlotes 9 als an der Mauerkrone 2 befestigtes Hängelot könnte das Meßlot auch als söge- nanntes Schwimmlot ausgebildet sein, welches im Bereich des Mauerfusses 3 angelenkt ist und einen weiter oben schwimmend gelagerten, zur Straffung der Aufhängung dienenden Schwimmkörper aufweist. Bei Relativ¬ bewegungen des dann schwimmkörperseitig gelegenen Meßbereiches zum Bereich der Aufhängung bzw. Anlenkung des Schwimmlotes können die Abstandsmessungen wiederum völlig ident wie oben anhand des Hängelots beschrieben vorgenommen werden. Bei tatsächlich ausgeführten Staumauern werden auch Hängelot und Schwimmlot dahingehend kombiniert, daß mittels eines im wesentlichen von der Krone bis zum Mauerfuß durchgehenden Hängelotes die Relativbewegungen der Krone zum Mauerfuß bestimmt werden und daß mittels eines beispielsweise im Mittenbereich der Mauer endigen¬ den Schwimmlotes zusätzlich die Relativbewegungen der Mauermitte zum Mauerfuß bestimmt werden, sodaß auch die Durchbiegung des Mittenberei¬ ches bestimmt werden kann. Weiters sind natürlich auch mehrere über die Breite der Staumauer verteilt vorgesehene Meßeinrichtungen der genannten Art mit verschiedenen Kombinationen von Hänge- und Schwimmloten möglich.

Claims

Patentansprüche;
1. Anordnung zur Bestimmung von Relativbewegungen zwischen zwei, unter- schied!ichen Bodenabstand aufweisenden Bereichen eines hochragenden
Bauwerkes, insbesonders einer Staumauer, mit einem in dem einen Bereich angelenkten Meßlot und einer im anderen Bereich, dem Meßbe¬ reich, feststehenden, die relative Lage des Meßlotes bestimmenden Meßeinrichtung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Meßeinrichtung (15) zumindest zwei im Meßbereich (II) des Bauwerkes (1) fixierte Referenzmarken (24)in bekanntem Abstand zueinander, sowie eine rückwirkungsfreie, insbesonders optische, Abstandsmeßeinheit (16,17) aufweist, über welche der Relativabstand des Meßlotes (9) zu den Referenzmarken (24) bestimmbar ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenz¬ marken (24) von im Meßbereich (II) aufgehängten Referenzloten gebil¬ det sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Abstandsmeßeinheit (16,17) zumindest eine an eine Auswer¬ teeinrichtung angeschlossene Zeilenkamera (20) samt Meßoptik (21) aufweist, welche zumindest zwei Referenzmarken (24) und das Meßlot (9) auf das Zeilenarray (25) der Zeilenkamera (20) abbildet.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei in zum Meßlot (9) zumindest annähernd senkrechten Ebenen um zumindest annähernd 90° versetzte Zeilenkameras (20) sowie jeweils zwei zugehörige, im wesentlichen jeweils gleichen Abstand zur zugeordne- ten Zeilenkamera (20) aufweisende Referenzmarken (24) vorgesehen sind.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzmarken (24) außerhalb des zu erwartenden Bewegungs¬ bereiches des Meßlotes (9) angeordnet sind.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der bezüglich des Meßlotes (9) der Zeilenkamera (20) gegen¬ überliegenden Seite eine Lichtquelle (22) angeordnet ist.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Licht¬ quelle (22) über die gesamte Breite des zu erwartenden Bewegungsbe- reiches des Meßlotes (9) diffuses Licht abgibt und vorzugsweise ein Leuchtdiodenfeld (23) mit vorgeschaltetem Diffusor aufweist.
8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Licht¬ quelle (22) über die gesamte Breite des zu erwartenden Bewegungsbe- reiches des Meßlotes (9) im wesentlichen paralleles Licht abgibt und daß zwischen Meßlot (9) bzw. Referenzmarken (24) und Meßoptik (21) der Zeilenkamera (20) eine Mattscheibe (28) im Strahlengang dieses Lichtes angeordnet ist.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Licht¬ quelle (22) eine Punktlichtquelle (26) mit Kollimator (27) aufweist.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (22) getaktet ist und Lichtpulse abgibt.
11. Verfahren zur Bestimmung von Relativbewegungen zwischen zwei, unter¬ schiedlichen Bodenabstand aufweisenden Bereichen eines hochragenden Bauwerkes, insbesonders einer Staumauer, wobei die relative Lage eines im einen Bereich angelenkten Meßlotes über eine im anderen Bereich, dem Meßbereich, feststehende Meßeinrichtung bestimmt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Bestimmung der relativen Lage des Meßlotes der Abstand zu zumindest zwei im Meßbereich fixierten Referenzmarken bestimmt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ab¬ standsmessung rückwirkungsfrei, insbesonders optisch, durchgeführt und die jeweiligen Meßwerte fernübertragen werden.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet daß die Abstände zu zwei, in einer im wesentlichen senkrecht zum Meßlot gelegenen Ebene zumindest annähernd senkrecht zueinander ausgerich¬ teten Paaren von Referenzmarken bestimmt werden.
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