DE2109320B2 - Optisches Verfahren zum Messen von Verschiebungen von Ingenieurbauten - Google Patents

Description

Optisches Verfahren zum Messen von Verschiebungen von Ingenieurbauten.

Die Verschiebungen und Verformungen der Bauwerke werden im allgemeinen durch topographische

so Aufnahmen, durch Geräte, die die Verschiebung im Verhältnis zu einem Bezugssystem registrieren, oder durch eine optische Methode, in der der Spiegel als aus zwei Teilen bestehend betrachtet werden kann und in der britischen Patentschrift 1 178 972 beschrieben ist, gemessen.

Die Verschiebungen können in sechs elementare Bewegungen zerlegt werden, nämlich drei Quer- und drei Drehbewegungen. Die bestehenden Verfahren gestatten es nicht, alle sechs Bewegungen zu bestimmen, da zum Teil lange Berechnungen erforderlich sind.

Die Erfindung hat es sich zum Ziel gesetzt, Verfahren und Vorrichtungen zur praktischen Durchführung dieser Verfahren zu schaffen, die es gestatten, die sechs elementaren Bewegungen zu bestimmen, und die die Möglichkeit geben, in permanenter Art und Weise die Verschiebungen eines Bauwerkes sichtbar zu machen, was für eine wirkungsvolle Überwachung sehr wichtig ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 und 3 angegebene Erfindung gelöst.

Gemäß einem bevorzugten Verfahren werden an jedem Punkt des zu überwachenden Bauwerkes drei Flachspiegel befestigt, die eine solche gegenseitige Ausrichtung haben, daß die Bilder von drei punktförmigen Lichtquellen, die auf einem Schirm entstehen, indem die von den drei Spiegeln widergespiegelten Lichtstrahlen darauf projiziert werden, zusammenfallen.
Drei Lichtquellen und ein ausrichtbarer Schirm ges'atten es, eine große Anzahl von Punkten eines gleichen Bauwerkes zu überwachen. Das überwachte Bauwerk kann beispielsweise ein Staudamm sein, dessen Verfärbungen infolge des hydrostatischen Druckes oder von Geländebewegungen überwacht werden. Es kann genausogut eine Brücke, ein Wasserturm, ein großes Wohnhaus usw. überwacht werden. Die überwachten Bauwerke können aus Beton oder Metall bestehen.
Nunmehr besteht die Möglichkeit, anormale Ver-Schiebungen mit großer Präzision festzustellen, sowie sie auftreten, ohne daß komplizierte und lange Berechnungen notwendig wären. Sie gestatten es demgemäß, sofort einen Alarm auszulösen und schnell die Rettungsmaßnahmen zu ergreifen, wenn die Größe der Verschiebungen zunimmt und ein Brechen befürchten läßt.

Das Verfahren nach der Erfindung gestattet es, die Überwachungsgeräte in einem verglasten Raum, ge-

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schütz! gegen Witterungseinflüsse, unterzubringen und Entfernung vom Punkt E zum Mittelpunkt des Krei-

eine permanente Überwachung des Bauwerkes durch- ses gemessen, der um das Dreieck FGH herumliegt

zuführen, gleichgültig wie auch das Wetter sein mag. und von der ausgehend sehneil die Drehwinkel des

Dies ist ebenfalls in der Praxis sehr wichtig, denn Punktes A um drei Achsen berechnet werden können,

hauptsächlich während Stürmen, starken Regenfällen 3 Indem die gleichen Lichtquellen Sl, S2 und S3

oder Kälteeinbrüehen besteht die Gefahr von Bewe- und der gleiche Schirm verwendet werden, kann eine

gungen des Geländes oder von Bauwerken, und ge- große Anzahl von Punkten .-1 überwacht werden, die

rade dann darf die Überwachung nicht eingestellt alle auf einem gleichen Bauwerk verteilt sind. In

werden. diesem Falle sind die Lichtquellen Sl, S2 und S3

Die Lichtquellen und der Empfangsschirm werden io vorzugsweise verschiebbar und ausrichtbar, um nach-

in einer sehr großen Entfernung vom Bauwerk in der einander auf jeden überwachten Punkt gerichtet zu

Größenordnung vcn etwa LOO m oder sogar mehr an- werden. Der Aufnahmeschirm und die Linse sind

geordnet. Sie liegen den"gemäß absolut fest, was für ebenfalls beweglich und ausrichtbar, um zu jedem

die Güte der Messungen wesentlich ist. Da außerdem einzelnen der überwachten Punkte ausgerichtet wer-

die Verschiebungen von der Messung von Längen der 15 den zu können.

Verschiebungen von Lichtpunkten auf einem Schirm Die Verschiebungen und Ausrichtungen der Licht-

ausg:hen, ist die Präzision sehr groß und höher als die quellen gehen mechanisch vor sich und können von

der topographischen Messungen, die im allgemeinen dem Kontrollraum aus ferngesteuert werden. Diese

durch das Messen von Winkeln vorgehen. Verschiebungen werden mit Hüie von Mtkrometer-

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschrei- 23 schrauben durchgeführt, und die jeden überwachten

bung zweier in den schematischen Zeichnungen dar- Punkt entsprechenden Ko .dinatcn werden markiert,

gestellter Ausführungsbeispiele erläutert. damit die Stellungen der L'.entquellen einwandfrei

F i g. 1 ist eine schematische Ansicht, die das Ver- konstant bleiben,

fahren nach der Erfindung erläutert; Die Mattglasplatte, die als Schirm dient, ist auf

F i g. 2 ist eine Ansicht der Lichtpunkte nach 25 einem festen Rahmen mit Hilfe von Mikrometer-

F i g. 1 auf einem Bildschirm; schrauben montiert. Sie kann demgemäß nach zwei

F i g. 3 ist eine schematische Ansicht der Anord- zueinander senkrechten Achsen verschoben werden,

nung λ on drei Flachspiegeln, die an einem Punkt eines so daß mit großer Präzision in der Größenordnung

Bauwerkes angeordnet sind, und von einem Zehntel Millimeter die Verschiebungen der

F i g. 4 ist eine schematische, der F i g. 3 analoge 30 Lichtpunkte und ihre gegenseitigen Abmessungen geAnsicht, die ein Reflexionssystem mit drei Spiegeln messen werden können.

darstellt, worin jeder Spiegel aus mehreren kreuzför- F i g. 3 zeigt schematisch einen Satz von drei

mig angeordneten Elementen besteht. Flachsp'egeln 1, 2 und 3, die auf einem Punkt des

Das schematisierte Verfahren nach F i g. 1 besteht Bauwerkes angeordnet sind; diese Spiegel sind auf darin, an einem Punkt A eines Ingenieurbauwerkes, 35 einem skelettartigen Gestell 4 angeordnet, das seinerdessen Verschiebungen überwacht werden sollen, einen seits im Inneren eines nicht dargestellten Gehäuses Satz von drei Flachspiegeln anzubringen, die in ent- angeordnet ist, das fest an einem Punkt des Bauwerkes sprechender Art und Weise ausgerichtet sind, um die befestigt ist. Beispielsweise ist das Gehäuse in die vor-Lichtstrahlbündel, die von drei punktförmigen und dere Fläche eines Staudammes eingebracht. Die Voreinzelnen Lichtquellen Sl, S2 und S3 kommen, in 40 derfläche des Gehäuses, das sichtbar ist, kann durch einer einzigen Richtung AE zu reflektieren. Wenn Schirme verschlossen werden, die getrennt betätigt bei E eine konvergierende Linse untergebracht wird, werden können, so daß nacheinander jeder der Spiegel die die reflektierten Lichtstrahlenbündel auf einen 1, 2 und 3 freigegeben wird. Wenn eine Messung be-Schirm aus Mattglas wirft, ergibt sich auf diesem endet ist, werden alle die Spiegel schützenden Schirme Schirm ein einziger Punkt E. 45 geschlossen. Die Betätigung der Verschlußschirme ist

Die drei Lichtquellen und der Schirm werden in von der Meßstation aus, in der der Aufnahmeschirn-

cine Entfernung von mindestens 100 m von dem Bau- angeordnet ist, ferngesteuert,

werk gebracht. Ursprünglich sind die Spiegel 1, 2 und 3 beweglich,

Hs werden ein für allemal genau die Längen Sl A, so daß sie getrennt ausgerichtet werden können, damit

S2A, S3.4, AE, Sl S2, Sl S3 und S2 S3 topogra- 50 die drei Lichtpunkte auf dem Schirm zusammenfallen,

phisch vermessen. Wenn diese Einstellung einmal erfolgt ist, wc.den die

Wenn der Punkt A sich zu dem Punkt A' verschiebt, Spiegel verriegelt und das Gehäuse mit einem durchfallen die reflektierten Lichtbündel nicht mehr in ein sichtigen, polymerisierbaren Kunstharz, beispielsweise einziges zusammen, und es ergeben sich auf dem Methyl-methacrylat, ausgegossen, so daß die gegen-Schirm drei Lichtpunkte F, G, H, die im allgemeinsten 55 seitigen Ausrichtungen der drei Spiegel festgelegt Falle in Form eines Dreieckes angeordnet sind, wie das werden.

aus F i g. 2 hervorgeht. In Anbetracht der Tatsache, daß der Aufnahme-Auf dem Schirm werden die Abstände FG, FH und schirm von den Spiegeln sehr weit entfernt ist, zeigen GH gemessen, die es gestatten, sehr schnell von den sich selbst sehr geringe Drehungen in Form von sehr vorher beschriebenen topographischen Messungen 60 bedeutenden Verschiebungen uer Lichtflecke, und ausgehend, die drei Verschiebungen der Querverschie- diese laufen aus dem Schirm heraus,
bung im Verhältnis zu drei Achsen vom Punkt A' aus Die in F i g. 4 dargestellte Vorrichtung gestattet es, zu erkennen. diesen Nachteil auszuschalten. Jeder Spiegel 1,2 und 3

Diese Bestimmung kann mit Hilfe einer elektroni- wird durch einen Satz von neun Flachspiegeln la, \b,

sehen Rechenmaschine erfolgen, in die bereits die 65 ic ... \j ersetzt. Diese neun Spiegel werden auf einem

topographischen Meßwerte ein für allemal einpro- Gestell 4 befestigt, das sich wie im vorher beschriebe-

grammiert wurden. Die Bestimmung kann aber auch nen Fall in einem Gehäuse befindet. Sie sind auf diesem

graphisch erfolgen. Auf dem Schirm wird auch die Gestell in Kreuzform angeordnet, wobei das Kreuz

einen im wesentlichen senkrechten Balken hat. Die gegenseitigen Ausrichtungen der neun Spiegel sind fest, und jeder bildet mit seinem Nachbarn einen Winkel, dessen Messung in Radialen gleich dem Verhältnis zwischen den Abmessungen des Schirmes je nach der Richtung des Kreuzbalkens ist, der die beiden Spiegel verbindet, und dem Abstand des Schirmes vom Hin '.r; ί

v> -ι S:ispielsweise der Schirm eine Breite von 2 m ' ι' π' ■. I vi einer Entfernung von 200 m vom Bauwerk Ii ■; ι 'er Winkel zwischen den benachbarten EIe-' '■"' 'eich ¹I₁₀₀ Radian oder ungefähr 0,6 Neu-

\ ' ! ie Weise kommt der Punkt des benachbarten i' ■ ■ elementes auf den Bildschirm, wenn der von einem der Elemente reflektierte Lichtpunkt infolge der Drehung des überwachten Punktes aus dem Bildschirm heraustritt.

Die Messungen werden vorzugsweise nachts durchgeführt, um die Refraktionswirkungen durch die Schichten durch die Sonne erhitzter Luft zu vermeiden. Die Lichtstrahlen können durch infrarote Strahlen oder durch radioelektrische Signale oder ein Elektronenbündel ersetzt werden.

Ein besonders interessantes Anwendungsgebiet liegt in der Beobachtung von Vibrationen oder von Entspannungsbewegungen eines Bauwerkes unter der Einwirkung des Windes, wobei beim Empfang eine Regtstrierkamera oder ein Kathodenschirm verwendet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Pateniansprüche:

1. Optisches Verfahren zum Messen der Verschiebungen eines Ingenieurbauwerkes, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem der Punkte (A) des Bauwerkes, dessen Verschiebungen gemessen werden sollen, ein Satz von mindestens drei Spiegeln (1, 2, 3) angeordnet wird, die im Verhältnis zueinander eine feste Ausrichtung haben, daß jeder Spiegel (1, 2, 3) mit Hilfe einer punktformigen Lichtquelle (S₁, S₂, S₃) beleuchtet wird und auf einem Schirm die von den von jedem Spiegel (1, 2, 3) zurückgeworfenen Strahlenbündeln gebildeten Lichtpunkte (E, F, G, K) gesammelt werden und gegenüber einem festen Bezugssystem die anfänglichen Stellungen der Lichtquellen (S₁, S₂, S₃) eines jeden Punktes (A) des mit Spiegeln ausgerüsteten Bauwerkes und der auf dem Schirm gesammelten Lichtpunkte (E, F, G, H) gemessen werden und daß periodisch auf dem Schirm die Verschiebungen eines jeden Lichtpunktes (E, F, G, H) kontrolliert werden und daraus die Quer- und Drehverschiebungen der Punkte (A) des Bauwerkes abgeleitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem der Punkte (A) des Bauwerkes, dessen Verschiebungen gemessen werden sollen, drei Planspiegel (1, 2, 3) befestigt werden und daß ursprünglich die Ausrichtung dieser drei Planspiegel (1, 2, 3) so eingestellt wird, damit die Punkte von drei Lichtquellen (S₁, S₂, S₃), die auf einem Schirm erzielt wrrden, -uf den die reflektierten Lichtbündel projiz^;ert werden, zusammenfallen.

3. Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegel (1, 2, 3) eines Satzes, die einem Punkt (A) des Bauwerkes entsprechen, im Inneren eines Gehäuses liegen, das fest mit dem Bauwerk verbunden ist, die Lichtquellen (S₁, S₂, S₃) und der Empfangsschirm in einem Abstand vom Bauwerk von mindestens 100 m liegen und der Empfangsschirm aus einer Mattglasscheibe besteht, auf die die reflektierten Lichtbündel mittels einer konvergierenden Linse konzentriert werden und auf der die Lichtpunkte (E, F, G, H) beobachtet werden können, und der Empfangsschirm und die Linse verschiebbar und verstellbar sind, so daß die Achse der Linse auf jeden Punkt (A) des Bauwerkes gerichtet werden kann.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegel (1, 2, 3) zunächst im Verhältnis zu dem Gehäuse ausrichtbar sind und, nachdem sie so eingestellt wurden, daß die auf einem Schirm empfangenen Lichtpunkte (E, F, G, H) zusammenfallen, in einer festen Stellung verriegelt werden, indem das Gehäuse mit einem durchsichtigen polymerisierbaren Kunstharz gefüllt wird.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie drei Gruppen von Spiegeln umfaßt und jede Gruppe aus mehreren kleinen, getrennten Spiegeln besteht, die in Kreuzform angeordnet sind und untereinander einen konstanten Winkel bilden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei nebeneinanderliegende Spiegel einer gleichen Gruppe untereinander einen Winkel bilden, dessen Maß in Radialen im wesentlichen gleich dem Verhältnis zwischen einerseits der Abmessung des Schirmes je nach der Richtung des Kreuzbalkens, der die beiden Spiegel verbindet, und andererseits dem Abstand des Schirmes vom Bauwerk ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfangsschirm beweglich im Verhältnis zu einem festen Rahmen ist, und zwar mit Hilfe von zwei senkrecht zueinander liegenden Mikrometerschrauben, die es gestatten, die Verschiebungen der Lichtpunkte zu messen.