FI118701B

FI118701B - Method and apparatus for indicating loads

Info

Publication number: FI118701B
Application number: FI20060403A
Authority: FI
Inventors: Taito Heikkinen
Original assignee: Tieto Oskari Oy
Priority date: 2006-04-27
Filing date: 2006-04-27
Publication date: 2008-02-15
Also published as: FI20060403A; FI20060403A0

Description

· τ 118701· Τ 118701

Menetelmä ja laite rasitusten ilmaisemiseksiMethod and apparatus for detecting stresses

Keksintö kohdistuu menetelmään ja laitteeseen erilaisten rakenteiden rasitusten mittaamiseksi. Erityisesti keksintö kohdistuu rakennusten kattorakenteiden 5 ylikuormituksien ilmaisemiseen.The invention relates to a method and apparatus for measuring the stresses of various structures. In particular, the invention relates to the detection of overloads of roof structures 5 of buildings.

Rakennusten katot ja muut rakenteet mitoitetaan lujuuslaskelmien avulla.Building ceilings and other structures are dimensioned using strength calculations.

Laskelmissa käytetään varmuuskertoimia, joilla otetaan huomioon mm.The calculations use safety factors that take into account eg

materiaalien epähomogeenisuus ja rakentamisen yhteydessä esiintyvät muut 10 epätarkkuudet. Mitoituksessa otetaan huomioon ympäristön ja luonnon aiheuttamat rasitukset, kuten tuuli- ja lumikuormat ja rakenteeseen kohdistuvat käytönaikaiset kuormitukset. Varmuuskertoimet pyritään valitsemaan mahdollisimman pieniksi, jotta rakentamisen kustannukset jäisivät alhaisemmiksi.inhomogeneity of materials and other inaccuracies in construction. The design shall take into account environmental and natural stresses such as wind and snow loads and operational loads on the structure. The safety factors are chosen to be as low as possible in order to keep construction costs down.

Pienten varmuuskertoimien käyttö edellyttää olosuhteiden tarkkaa tuntemista ja 15 mallintamista koko rakennuksen elinkaaren aikana. Ympäristön muutokset ja satunnaiset kuormitukset voivat kuormittaa rakenteita kuitenkin enemmän kuin on voitu ennakoida. Tyypillisesti kattorakenteita kuormittaa tuuli- ja lumikuormat.The use of low safety factors requires accurate knowledge of the conditions and modeling throughout the life cycle of the building. However, environmental changes and random loads can cause more structural stresses than anticipated. Typically, roof structures are loaded with wind and snow loads.

: v. Lisäksi rakenteiden kestävyyttä koettelevat esimerkiksi myrskyt, maanjäristykset ja .···. lämpötilanvaihtelut. On myös mahdollista, että rakenteiden materiaalien ··· 20 ominaisuudet sekä rakenteiden liitokset muuttuvat tai väsyvät ajan kuluessa, jonka ··♦· f**: seurauksena voi olla myöhemmin rakenteiden pettäminen.: v. In addition, structures, such as storms, earthquakes and the like, are under stress. temperature fluctuations. It is also possible that the properties of the materials ··· 20 of the structures and the joints of the structures change or become tired over time, which may result in subsequent failure of the structures.

·»· • ♦ · • · · ♦ ♦♦· »· • ♦ · • · · ♦ ♦♦

Kiinteistönomistajien kunnossapitotoimien määrän ollessa riittämätön voi ··· onnettomuusriski kasvaa merkittävästi. Nykyäänet rakenteita rakentamisen 25 jälkeen tyypillisesti seurata mittaamalla, vaan ne joko kestävät vuodesta toiseen tai pahimmassa tapauksessa romahtavat. Kattojen romahtamisista aiheutuu merkittävät taloudelliset haitat, mutta vielä pahempaa on mahdollisten ':··* henkilövahinkojen syntyminen.If property owners' maintenance efforts are inadequate, the risk of accidents may be significantly increased. Nowadays, structures today after construction 25 are typically tracked by measurement, but either endure year after year or, in the worst case, collapse. The collapse of roofs causes significant financial damage, but even worse is the potential for: ·· * personal injury.

• ·* • · · • · · .···. 30 Kattorakenteiden suunnitteluvaiheessa pystytään määrittämään rakenteiden • ♦ normaalit muodonmuutokset, jotka ne vielä turvallisesti kestävät. Samoin voidaan määrittää rakenteisiin kohdat, joissa on suurimmat riskit ylikuormituksille.• · * • · · • · ·. ···. 30 Roofing design allows you to determine • ♦ normal deformations of structures that they can safely withstand. It is also possible to identify the locations of structures with the highest risks of overloading.

118701 2118701 2

Keksinnön tavoitteena on aikaansaada menetelmä ja laitejärjestely rakenteiden muodonmuutosten ilmaisemiseksi ja hälytyksen suorittamiseksi. Menetelmällä ja laitejärjestelyllä voidaan tunnistaa tapahtuvat muodonmuutokset, kuten rakenteiden liikkumiset, kallistumiset, taipumiset, kiertymiset ja stabiliteetin S mahdolliset menettämiset. Rakennuksen tärkeisiin rakennekohtiin asennettujen ilmaisimien avulla voidaan antaa varoitus tai hälytys. Laitteiden mittaustietoja voidaan lähettää myös seurantajärjestelmälle, joka huolehtii tietojen jatkokäsittelystä ja hälytyksistä tai informaatio voidaan tallentaa laitteeseen. Keksinnön mukaista yksinkertaisinta mittausjärjestelyä voidaan hyvin verrata 10 esimerkiksi laajasti käytössä oleviin palovaroittimiin. Keksinnössä savukaasun sijasta aistitaan muutokset rakenteissa ja äänimerkin tai muun menetelmän avulla varoitetaan vaarassa olijoita.It is an object of the invention to provide a method and apparatus arrangement for detecting deformation of structures and performing an alarm. The method and device arrangement can identify the deformations that occur, such as movements, tilts, deflections, twists, and possible loss of stability S. Detectors installed at important points in the building can provide a warning or alarm. Device measurement data can also be sent to a tracking system that handles data processing and alarms, or information can be stored on the device. The simplest measuring arrangement according to the invention can be well compared to, for example, widely used smoke alarms. Instead of flue gas, the invention senses changes in structures and alarms are warned by means of an acoustic signal or other method.

Järjestelmä voi olla myös liitettynä muihin järjestelmiin liittimen 31 kautta, kuten 15 esimerkiksi kiinteistöautomaatiojärjestelmiin tai hälytysten välitysjärjestelmiin.The system may also be connected to other systems via a connector 31, such as, for example, building automation systems or alarm transmission systems.

Silloin voidaan saada reaaliaikaisesti tietoa rakenteiden tilasta myös sähköisessä (numeerisessa) muodossa ja se antaa paremmat reagointimahdollisuudet *·.·. kiinteistön turvallisuudesta vastaaville henkilöille. Järjestelmässä voi olla « · *···. eritasoisia hälytyslähtöjä, kuten esimerkiksi "varoitus” ja "hälytys”.This will also provide real - time information on the state of the structures in electronic (numerical) form and provide better response capabilities. persons responsible for property security. The system may have «· * ···. different levels of alarm outputs, such as "warning" and "alarm".

• t «·· 20• t «·· 20

HMHM

.*··. Menetelmässä mitataan esimerkiksi rakenteeseen kiinnitetyn kallistusanturin 30 φ · : avulla muutosta referenssiarvoon. Asennuksen yhteydessä saadaan φφφ : * * * · referenssiarvo, johon muutosta verrataan. Referenssiarvoja ja mittaussuuntia voi • φ · olla myös useampia. Varoitus ja/tai hälytysraja voidaan yksinkertaisimmillaan 25 asetella laitteeseen kallistuskulman muutoksena. Kun tiedetään kallistuskulman φ muutos sekä kattorakenteiden tukipisteiden etäisyydet rakennuksessa, voidaan kallistuskulman muutoksen avulla määrittää kattorakenteen taipuma.. * ··. The method measures, for example, the change in the reference value by means of a tilt sensor 30 φ · attached to the structure. During installation, you get φφφ: * * * · the reference value against which the change is compared. There may also be several reference values and measurement directions. In its simplest form, the warning and / or alarm limit 25 can be set on the device as a change in the inclination. By knowing the change in the tilt angle sekä and the distance between the support structures of the roof structures in the building, the inclination of the roof structure can be determined by the change of the inclination angle.

φ φ #φ φ #

Kallistusanturiyksikkö (kulma-anturiyksikkö) voi koostua esimerkiksi yksi», kaksi- φ φ φ 30 tai kolmiakselisesta kiihtyvyysanturista, jolla mitataan staattisesti maan • φ vetovoiman kiihtyvyyden suuntaa. Edullisinta on käyttää puolijohdetekniikalla tehtyjä kiihtyvyysantureita. Puolijohdekiihtyvyysantureiden ongelmana on 118701 3 tyypillisesti niiden lämpötilariippuvuus. Mikäli anturissa itsessään ei ole hyvää lämpötilakompensointia, on se oltava toteutettuna laitteeseen muilla keinoin. Kulma-anturin käyttäminen mittauksessa on edullista, koska sen asentaminen on paljon yksinkertaisempaa kuin suoraan laskeutumaa millimetreissä taikka S senttimetreissä mittaava menetelmä. Kulma-anturin mittaama g-voima on aina kohtisuoraan maata kohti ja se ei käytännössä muutu ennalta arvaamattomasti. Tätä tietoa käytetään hälytinlaitteessa referenssinä. Teoreettinen tilanne, jossa ei saada hälytystä kulma-anturilta on se, jos rakennelma painuu tasaisesti ja suoraan alaspäin. Kulma-anturi huomaa pienetkin kulmamuutokset rakennuksessa tai 10 mitattavassa rakenteessa. Ilmaisinlaitteen, kuten kulma-anturin, informaatiosta voidaan muodostaa rakenteen muodonmuutosta kuvaava absoluuttinen arvo tai suhteellinen arvo. Esimerkiksi taipuman suuruus voidaan ilmoittaa taipumakulman ja siirtymän absoluuttisena arvona tai prosenttilukuna sallituista arvoista.The tilt sensor unit (angle sensor unit) may consist of, for example, a single », two-φ φ φ 30, or three-axis accelerometer, which measures statically the direction of • φ gravitational acceleration of the earth. It is most advantageous to use accelerometers made with semiconductor technology. The problem with semiconductor acceleration sensors is 118701 3, typically their temperature dependence. If the sensor itself does not have good temperature compensation, it must be implemented in the device by other means. The use of an angle sensor in the measurement is advantageous because its installation is much simpler than the method for measuring direct descent in millimeters or S in centimeters. The g force measured by the angle sensor is always perpendicular to the ground and does not change in any unpredictable manner. This information is used as a reference in the alarm device. The theoretical situation where an angle sensor is not triggered is if the structure presses down evenly and directly. The angle sensor detects even slight changes in the building or 10 structures to be measured. From the information of the detector device, such as the angle sensor, an absolute value or a relative value representing the deformation of the structure can be formed. For example, the magnitude of deflection can be expressed as an absolute value of deflection angle and displacement, or as a percentage of the allowed values.

15 Keksinnön mukaisella menetelmällä ja laitteella 30 voidaan pelastaa ihmishenkiä ja ennalta ehkäistä rakennusten sortumiset ja sitä kautta pienentää taloudellisia menetyksiä. Laitteiden avulla luodaan myös turvallisuuden tunnetta.The method and apparatus 30 of the invention can save lives and prevent the collapse of buildings and thereby reduce economic losses. They also create a sense of security.

1« ·1 «·

· I· I

• · • · ;··*. Laitteen käyttömahdollisuudet ovat monipuolisia ja se on rakenteeltaan *·· 20 yksinkertainen ja toimintavarma.• · • ·; ·· *. The device is versatile and has a * ·· 20 simple design and reliable operation.

··** ·*· • * • · ·«· : Esillä olevalla keksinnöllä ratkaistaan rakennusten tai muiden rakenteiden • · · kuormittumisesta aiheutuvia ongelmia ja poistetaan tunnetun tekniikan puutteita sekä aikaansaadaan laite, joka on ominaisuuksiltaan monipuolinen sekä 25 rakenteeltaan yksinkertainen ja toimintavarma.The present invention solves the problems caused by the loading of buildings or other structures and overcomes the drawbacks of the prior art, and provides a device with a wide range of features and a simple and reliable construction.

• « « • · t * • M • ·:··· Mainitut edut saavutetaan keksinnön mukaisella laitteella, jolle on tunnusomaista ·:··· se, mitä on määritelty patenttivaatimuksissa.These advantages are achieved by a device according to the invention, which is characterized by what is defined in the claims.

* ·· • · · • · · ,·**, 30 Seuraavassa keksintöä selitetään yksityiskohtaisesti eräiden edullisten • · suoritusesimerkkien avulla ja viittaamalla oheisiin piirustuksiin.In the following, the invention will be explained in detail with reference to some preferred embodiments, and with reference to the accompanying drawings.

4 1 1 87014 1 1 8701

Kuvio 1 esittää erästä menetelmän mukaisen laitteen 12 asennuspaikkaa kattotuolin rakenteessa.Figure 1 illustrates one mounting location of the method device 12 in the roof chair structure.

Kuvio 2 esittää erästä keksinnön mukaisen laitejärjestelmän kokoonpanoa 5 lohkokaavion muodossa.Fig. 2 shows a configuration 5 of a device system according to the invention in the form of a block diagram.

Kuvio 3 esittää erästä keksinnön mukaista laitetta 30.Figure 3 shows an apparatus 30 according to the invention.

Kuvio 4 esittää paljonko 5 metrin matkalta 0,1 asteen kulmapoikkeama aiheuttaa 10 laskeumaa rakenteessa tukipisteeseen 41 nähden.Figure 4 shows the extent to which a 0.1 degree angular deviation over a distance of 5 meters causes 10 falls in the structure relative to the support point 41.

Kuvio 5 esittää tilannetta, jossa rakenne 51, 52 taipuu kahden tukipisteen tilanteessa.Figure 5 illustrates a situation in which the structure 51, 52 bends in the situation of two anchor points.

15 Kuvio 6 esittää tilannetta, jossa rakenne 61,62 taipuu yhden tukipisteen tilanteessa.Figure 6 illustrates a situation in which the structure 61.62 bends at a single support point.

Eräs keksinnön mukainen käyttökohde on esitetty kuviossa 1. Keksinnön • · .···. mukaisessa menetelmässä ilmaisinlaite 12 on kiinnitetty kattotuoliin 13. Kattotuolin « · • * 20 alla on kantavia tukiseiniä 11, jotka pitävät kattotuolin ylhäällä turvallisesti • •m .·*·. normaalitilanteessa. Kun rakenne on jostain syystä pettämässä, tapahtuu ·· : kattotuolirakenteissa liikettä ja kulmamuutoksia. Erään keksinnön mukaisen *·· laitteen sisäinen rakenne on esitetty kuviossa 2. Elektroniikkayksikön 20 ympärille ··· on liitetty eri toimintalohkot 21, 22,23,24 ja 25. Elektroniikkayksikkö 20 voi 25 sisältää mikrokontrollerin sekä muuta signaalinkäsittelyyn tarvittavaa elektroniikkaa, kuten esimerkiksi AD-muuntimia. Toimintalohko 25 on teholähde, jossa on paristo, akku tai laitteeseen tuotu ulkopuolinen virransyöttö. Teholähde 25 muuntaa energian laitteelle sopivaksi ja yksin taikka yhdessä elektroniikkayksikön kanssa voi jaksottaa laitteen toimintaa pienemmän • · · 30 tehonkulutuksen saavuttamiseksi, jolloin paristokäytössä toiminta-aika pitenee.An application according to the invention is illustrated in Figure 1. The invention. In the method of the present invention, the detection device 12 is attached to the roof chair 13. Under the roof chair «· • * 20 are load-bearing support walls 11 which hold the roof chair securely in place. in a normal situation. When the structure is failing for some reason, ··: movement and angular changes in the roof structure. The internal structure of an * ·· device according to the invention is shown in Figure 2. Various functional blocks 21, 22, 23, 24 and 25 are connected around the electronic unit 20. The electronic unit 20 may include a microcontroller and other electronics required for signal processing, such as AD. converters. Function block 25 is a power supply having a battery, accumulator or external power supply supplied to the device. The power supply 25 converts the energy to the device and, alone or in combination with the electronic unit, can cycle the device to achieve a lower power consumption, · · · 30, thus extending battery life.

• · Hälytysyksikkö 23 muodostaa hälytyksen, joka voi olla summeri, digitaalinen ja/tai analoginen lähtö. Liityntä 24 muodostaa fyysisen liityntäpinnan, jonka avulla 5 118701 laitteet voivat olla yhteydessä toisiinsa ja muihin järjestelmiin. Laitteen införmaatioyhteydet voivat toimia myös radiotekniikalla tai muulla langattomalla tavalla (kuten esimerkiksi radio- tai ääniaaltojen avulla), jolloin laitteiden asentaminen on helpompaa. Suurin hyöty asennuksessa saavutetaan, kun laite 5 toimii akulla taikka paristolla, jolloin kaapelointia ei tarvita lainkaan.The alarm unit 23 generates an alarm which may be a buzzer, digital and / or analog output. Interface 24 provides a physical interface to allow devices to communicate with each other and other systems. Device information connections can also be accomplished by radio or other wireless means (such as radio or sound waves), making installation easier. The greatest benefit of installation is achieved when the device 5 is run on a battery, which eliminates the need for any cabling.

Asetusliittymän 21 avulla laite asetetaan käyttöönoton yhteydessä. Tällöin määritetään asennuksen jälkeinen asento referenssitiedoksi. Se voi tapahtua yksinkertaisimmillaan painamalla laitteessa olevaa nappia (ei esitetty kuvassa), jolloin se lukee muistiin referenssiarvon/arvot. Liittymällä 21 laitteelle asetellaan 10 myös varoitus- ja hälytys rajat. Asetusvälineet voivat yksinkertaisimmillaan olla jumppereita tai koodikytkimiä (34 ja 35). Monipuolisimmissa laitteissa on mahdollista olla jopa näyttölaite sekä näppäimet. Mikäli laitteita kytketään verkkoon, on laitteilla oltava identifiointinumero. Tämän avulla voi PC:n tai muun laitteen avulla tehdä asetuksia laitteiden ollessa verkossa. Laitteessa voi olla 15 merkkiledejä toiminnan varmistamiseksi (36 ja 37). Laitejäijestely voi myös rekisteröidä muistiin tapahtumia, jotka on purettavissa myöhempää tarkastelua varten sähköisesti. Tätä toimintoa voi verrata lentokoneissa yleisesti käytössä :v; oleviin "mustaan laatikkoon”, jonka avulla voidaan analysoida tietoja esimerkiksi • * .**·. vahingon jo tapahduttua. Laitteen keräämää informaatiota voidaan käyttää myös ·*· 20 rakenteiden kuormitushistorian taltioimiseen esimerkiksi suunnittelutiedon • •t» : **: pohjaksi, vaikka vahinkoa ei olisi edes tapahtunut.The setup interface 21 is used to set up the device during commissioning. This will set the post-installation position as reference information. This can be done at its simplest by pressing a button on the device (not shown), which reads the reference value (s). By connecting to the device 21, the warning and alarm limits are also set. The setting means may, at their simplest, be jumpers or code switches (34 and 35). Even the most sophisticated devices can even have a display and keys. If devices are connected to the network, devices must have an identification number. This allows you to configure your PC or other device while the devices are online. The device may have 15 LEDs to ensure operation (36 and 37). A device tour can also record events that can be unloaded electronically for later review. This feature can be compared to those commonly used in airplanes: v; • *. ** ·. after the damage has already occurred. The information collected by the device can also be used to · · · · 20 record the load history of structures, for example as a basis for design information • • t »: **: would not have even happened.

·«# • * * • · ·· «# • * * • · ·

Kuviot ja niihin liittyvä selitys on tarkoitettu vain havainnollistamaan esillä olevaa keksintöä. Yksityiskohdiltaan laite voi vaihdella oheisten patenttivaatimusten ja 25 keksinnön selityksen esittämän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa. Laitteessa voidaan käyttää esimerkiksi ilmaisinlaitteena anturitekniikassa ennestään ·;··· tunnettuja ratkaisuja. Ilmaisinlaite (anturi) ja laite voivat olla joko yhtenä laitteena *:··· taikka erillisinä, toisiinsa liitettyinä komponentteina.The figures and the description related thereto are intended only to illustrate the present invention. The details of the device may vary within the scope of the appended claims and the inventive idea presented in the specification. For example, the device may utilize solutions known in the art of detector technology, e.g. The detector (sensor) and the device may be either as a single device *: ··· or as separate, connected components.

• · · • · · .··*. 30 Alan ammattimiehelle on selvää, että laitteen mittasuhteet ja tekniset ratkaisut voivat käyttötarkoituksesta johtuen vaihdella. Edelleen on alan ammattimiehelle itsestään selvää, että keksinnön sovellusmuoto voi vaihdella käyttöolosuhteiden, 6 118701 asiakastarpeiden, sarjatyömenetelmien ja joukkotuotannon yhteydessä käyttöönotettavien valmistusratkaisujen puitteissa.• · · • · ·. ·· *. 30 It will be apparent to one skilled in the art that the dimensions and technical solutions of the device may vary with the intended use. Further, it will be obvious to one skilled in the art that an embodiment of the invention may vary within the context of operating conditions, customer needs, batch work methods, and manufacturing solutions deployed in mass production.

·* I· * I

• · *• · *

• I• I

• · »aa * a • · ··· »aa »aa» aa» • · * · »aa * * * « · · ··· «•I • · a a ata »l • a• · »aa * a • · ···» aa »aa» aa »• · * ·» aa * * * «· I · a a ata» l • a

• M• M

• • •a • a a a »aa • a . a a • a a a a aa a a a a a a a »aa a a a a a a a• • • a • a a a »aa • a. a a • a a a a a a a a a a a »aa a a a a a a a

Claims

118701

A method for detecting loads on roof structures or other structures, wherein a single or multi-axis accelerometer is positioned in the S device to measure the position of the device relative to the earth's gravity, characterized in that generates an alarm independently by measuring the position of the device relative to the earth's gravitational pull, and can be connected to the monitoring systems via its low power radio transmitter / receiver.

A method according to claim 1, characterized in that the information provided by the device is alternatively an audio alarm, a digital alarm output, an analog alarm output, other electronic information or alternatively a combination of two or more of the above.

The method according to claims 1 to 2, characterized in that the power of the device is a battery, which allows wireless installation of the device. t ·· § · ** · • · • · ···.

Method according to claims 1-3, characterized in that • · · '' * ··; ***. generating from the information of the detector device (30) an absolute or relative value representing the deformation of the structure. • s) **:

An apparatus arrangement for detecting loads on roof structures or other structures, wherein a single or multiple axis acceleration sensor is disposed within the device to measure the position of the device relative to the earth's gravitational force. It is known that the electronics (20) intermittently operate to reduce the position and position information is generated by a semiconductor based • · temperature compensated accelerometer and the device generates an alarm by measuring its position relative to the earth's pull power, generating an 118701 alarm with the set limit data and connected to its low power radio transmitter / receiver.

Device arrangement for detecting loads on roof structures or other structures according to claim 5, characterized in that the device arrangement operates on a battery-powered or external power supply and in the arrangement of the devices one or more detector elements may be separate or integrated with the actual equipment part.

Device arrangement for detecting loads on roof structures or other structures according to claims 5 to 6, characterized in that the device arrangement stores events in memory which can be subsequently decoded for viewing.

Device arrangement for detecting loads on roof structures or other structures according to claims 5 to 7, characterized in that the device arrangement sets limits for the tolerances on the device: v. reference data / information. • · • · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · • • · » »T · • · ··· • · * 1« • M «· · • 1 · * · S * · 2 • 3 9 118701