DE10102577C1 - Verfahren zur Zustandserkennung von elektrisch leitfähigen länglichen Spanngliedern - Google Patents
Verfahren zur Zustandserkennung von elektrisch leitfähigen länglichen SpanngliedernInfo
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Abstract
Ein Verfahren zur Zustandserkennung von elektrisch leitfähigen länglichen Spanngliedern (1) hat die Schritte: DOLLAR A - Einkoppeln eines elektromagnetischen Messsignals in ein Spannglied (1a); DOLLAR A - Verändern der Frequenz des Messsignals; DOLLAR A - Messen des Reflektionsspektrums des Messsignals; DOLLAR A - Erkennen des Zustands des Spanngliedes (1a) in Abhängigkeit von den Resonanzfrequenzen aus dem Reflektionsspektrum.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zustandserkennung von elektrisch leitfähigen
länglichen Spanngliedern sowie ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln zur
Durchführung des Verfahrens.
Längliche Spannglieder werden insbesondere bei vorgespannten Betonkonstruktionen
und rückverankerten Systemen im Bauwesen verwendet. Ausschlaggebend für die
Sicherheit dieser vorgespannten Betonkonstruktionen und rückverankerten Systeme
ist im wesentlichen die Funktion der Spannglieder. Die Spannglieder können z. B. durch
Korrosion oder unplanmäßige Belastung Schäden erleiden, so dass die Standsicherheit
der Bauwerke nicht mehr gewährleistet ist. Es ist daher von besonderer Bedeutung,
die vorhandene Zugkraft der Spannglieder sowie eventuelle Schäden der Spannglieder
zu überprüfen und zu überwachen. Um gezielte Reparaturen vornehmen zu können, ist
zudem eine Feststellung und Ortung von Bruchstellen der Spannglieder erwünscht.
In Krumbach, R.; Heyn, A.: "Spannungsrisskorrosion von Spannstahl - Vorstellung
einer neuen Untersuchungsmethode"; in Konferenz-Einzelbericht: DAfStb - For
schungskolloquim, Beiträge zum 35. Forschungskolloquim, Leipzig, 19. bis 20. März
1998, Seiten 229 bis 238 ist ein Verfahren zur Untersuchung der Spannungsrisskor
rosionsneigung an Spannstählen durch Erfassung des elektrochemischen Rauschens
beschrieben. Auf diese Weise kann die Empfindlichkeit der Spannstähle sowie die
Störanfälligkeit bestimmt werden.
Aus Mießeler, H. J.; Wolff, R.: "Glasfaserstäbe: ein neuartiger Stoff zur Brückenvor
spannung. Sensoren überwachen das Bauwerk"; in: Beratende Ingenieure 1992, Heft
7/8, Seiten 43 bis 47 ist bekannt, Spannglieder im Spannbeton-Brückenbau mittels
zusätzlich eingebauter Kupferdrahtsensoren sowie Lichtwellenleitersensoren perma
nent zu überwachen, wobei die Lichtwellenleiter und Kupferdrähte in Zugzonen der
Spannglieder eingebaut sind.
In der DE OS 42 09 661 A1 ist ein Verfahren zur permanenten Überwachung von Be
tonbauwerken beschrieben, bei dem Risse mit Hilfe eines elektrisch leitenden Films
detektiert werden, die auf dem Bauteil schubfest haftend aufgebracht sind. Bei einer
Rissbildung werden die Filme derart getrennt, dass sich der zu messende elektrische
Widerstand zwischen den Enden des Filmes erhöht. Nachteilig ist bei diesem Verfah
ren eine zusätzliche Behandlung der Spannglieder erforderlich.
In der DE OS 27 29 150 A1 ist ein Verfahren zur Messung von Zugkraftänderungen
mit Hilfe einer Brückenschaltung beschrieben. Hierbei sind die Spannglieder Teil der
Brückenschaltung und werden als elektrische Impedanzen ausgewertet. Bei einer Än
derung der Zugkraft tritt eine Impedanzänderung und somit eine Verstimmung der
Brückenschaltung auf, die gemessen werden kann. Nachteilig ist hierbei, dass die
Brückenschaltung zunächst im unbeschädigten Zustand abgestimmt werden muss und
ein Vergleich mit dem beschädigten Zustand erforderlich ist. Eine nachträgliche Mes
sung nur an einer beschädigten Konstruktion ist nicht möglich.
Ein entsprechendes Verfahren ist auch aus dem US-Patent 4,055,078 bekannt.
Ein weiteres Verfahren zur Überprüfung von Spanndrähten in Spannbetonteilen ba
siert auf einer magnetischen Streuflussmessung. Das Verfahren ist zum Beispiel in
Savade, G.: "Anwendung der Methode der magnetischen Streufeldmessung zur Or
tung von Spannstahlbrüchen"; in Konferenz-Einzelbericht: Bauwerksdiagnose. Prakti
sche Anwendungen zerstörungsfreier Prüfungen, München, 21. bis 22. Januar 1999,
Deutsche Gesellschaft für zerstörungsfreie Prüfung e. V., Band 66, Seiten 73 bis 81
beschrieben. Hierbei wird ein Prüfkopf mit einer Magnetisierungsvorrichtung gemein
sam mit Magnetfeldsensoren längs der Stahlbewehrung bewegt. Fehler in Form von
Brüchen eines Spanndrahtes sind als Magnetfeldmaximum deutlich erkennbar. Die
Messung erfolgt durch Bildung eines Differenzsignals aus zwei Messfahrten und durch
Variation des erregenden Messfeldes, wodurch der Einfluss von Querbügelsignalen
reduziert wird.
Eine ähnliche Methode ist in Hillemeier, B.; Scheel, H.: "Magnetische Ortung von
Spanndrahtbrüchen in Spannbeton"; in: Materials and Corrosion, Band 49, 1998, Heft
11, Seiten 799 bis 804 beschrieben. Dieses Verfahren basiert auf dem Nachweis von
Remanenzmagnetismus, wobei ein Spanndraht zunächst magnetisiert wird. Ein ma
gnetisierter gerissener Stahldraht verhält sich dann wie ein gebrochener Stabmagnet
und es entsteht ein neuer magnetischer Dipol in der Umgebung der Bruchstelle. Die
Bruchstelle kann durch Messung der magnetischen Flussdichte transversal oder verti
kal geortet werden. An der Bruchstelle sind zwei Extremwerte der Flussdichte mit ei
nem Wendepunkt sichtbar. Zur Durchführung des Verfahrens wird der Spanndraht
durch einen Elektromagneten magnetisiert und das Magnetfeld mit einem fahrbaren
Wagen von der Oberfläche gemessen.
Nachteilig bei dem Verfahren ist, dass die gesamte Oberfläche des Bauwerkes abge
fahren werden muss. Da Bauwerke oftmals nicht unbeschränkt zugänglich sind, ist
das Verfahren oftmals nicht oder nur mit großem Aufwand einsetzbar.
In der DE 36 06 836 A1 ist ein Wellenleiter-Sensor für Zugkräfte offenbart, der als
Hochfrequenzkoaxialkabel ausgebildet und in ein zu überwachendes Bauwerk einge
bettet wird. Mit Hilfe einer Messeinrichtung wird der Gleichstromwiderstand oder der
Wellenwiderstand des Wellenleiter-Sensors gemessen und hieraus ein Maß für eine
mechanische Beanspruchung, wie Zug, Bruch oder Biegung ermittelt. Der Wellenlei
ter-Sensor muss nachteilig als separates Überwachungselement in das zu überwa
chende Bauwerk eingebaut sein.
Aufgabe der Erfindung war es daher, ein verbessertes Verfahren zur Zustandserken
nung von elektrisch leitfähigen länglichen Spanngliedern anzugeben, mit dem eine ein
fache nachträgliche Überprüfung eines Spanngliedes möglich ist.
Die Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren mit den Schritten gelöst
von:
- - Einkoppeln eines elektromagnetischen Messsignals in ein Spannglied;
- - Verändern der Frequenz des Messsignals;
- - Messen des Reflektionsspektrums des Messsignals;
- - Erkennen des Zustands des Spanngliedes in Abhängigkeit von den Resonanzfre quenzen aus dem Reflektionsspektrum.
Erfindungsgemäß wird somit der Zustand eines Spanngliedes, insbesondere ein Bruch,
mit Hilfe der Resonanzfrequenzen aus dem Reflektionsspektrum eines elektromagneti
schen Messsignals bestimmt. Das elektromagnetische Messsignal kann hierbei relativ
einfach an einer freigelegten Stelle des Spanngliedes eingekoppelt werden.
Auf diese Weise ist ein Abfahren der gesamten Länge des Spanngliedes nicht mehr
erforderlich.
Das Reflektionsspektrum ist von der Gesamtlänge und den Abständen der Spannglie
der zueinander, sowie von den dielektrischen Eigenschaften des Materials zwischen
den Spanngliedern abhängig. Weiterhin haben die Abschlüsse der Spannglieder sowie
die Einkoppelung des elektromagnetischen Signals Auswirkungen auf das Reflektions
spektrum. Bei einem Riss des Spanngliedes ändert sich für die elektromagnetische
Welle des Messsignals die effektive Länge des Spanngliedes und damit das Reflekti
onsspektrum.
Die Auswertung des Messergebnisses erfolgt je nach Stärke der Verkoppelung der
Spannglieder miteinander auf unterschiedliche Art.
Bei gering verkoppelten Spanngliedern fließen nur die Resonanzfrequenzen des ange
regten Spannglieds in das Messergebnis ein. Dann kann die Länge I von der Einkop
pelungsstelle des Messsignals zu einem Schadensort aus der Differenz von zwei be
nachbarten Resonanzfrequenzen Δf mit der Formel
bestimmt werden, wobei c die Vakuumlichtgeschwindigkeit und εr die Dielektrizitäts
zahl des das Spannglied umgebenden Mediums ist. Durch Vergleich der berechneten
Bruchlänge Ib mit der Gesamtlänge Ig des Spanngliedes kann die Existenz eines Scha
dens festgestellt werden. Die ermittelte Bruchlänge Ib gibt Aufschluss über den unge
fähren Schadensort. Das Verfahren ist anwendbar, da die Differenz Δf je zweier be
nachbarter Resonanzfrequenzen konstant ist.
Sofern die Dielektrizitätszahl nicht bekannt ist, kann eine Vergleichmessung an minde
stens einem entsprechenden Vergleichs-Spannglied gleicher Länge durchgeführt wer
den. Die Bruchlänge Ib der Einkoppelungsstelle des Messsignals zu einem Schadensort
kann bei der Vergleichsmessung aus den Differenzen zweier benachbarter Resonanz
frequenzen des Spanngliedes Δf1, der Differenz von zwei benachbarten Resonanzfre
quenzen des Vergleichs-Spanngliedes Δf2 und der Gesamtlänge Ig des Vergleichs-
Spanngliedes mit der Formel
bestimmt werden.
Bei verkoppelten Spanngliedern treten zusätzliche Resonanzen auf, so dass die vor
stehend genannten Berechnungsverfahren nicht verwendet werden können. Es wird
daher ein Verfahren vorgeschlagen, das auf einer Modellbildung der verkoppelten
Spannglieder beruht.
Hierzu werden zunächst die Anzahl n, die Gesamtlänge Ig und der Durchmesser d der
miteinander verkoppelten Spannglieder bestimmt. Zudem wird die Dielektrizitätszahl
des Mediums, das sich zwischen den Spanngliedern befindet, z. B. für Beton, be
stimmt. Anschließend wird ein Streumatrix-Gleichungssystem für das Modell der ver
koppelten Spannglieder aufgestellt und das Reflektionsspektrum für das Streumatrix-
Gleichungssystem berechnet.
Das berechnete Reflektionsspektrum wird mit dem gemessenen Reflektionsspektrum
verglichen und Parameter des Streumatrix-Gleichungssystem iterativ solange ange
passt, bis das berechnete Reflektionsspektrum mit dem gemessenen Reflektionsspek
trum annähernd übereinstimmt. Der Zustand des Spanngliedes kann dann aus den Pa
rametern des Streumatrix-Gleichungssystems erkannt werden.
Der im wesentlichen für das iterative Anpassen relevante Parameter ist die Bruchlänge
Ib zwischen der Einkoppelungsstelle des Messsignals zu einem Schadensort. Unter
Umständen muss auch die Anzahl der möglicherweise schadhaften Spannglieder an
gepasst werden. Üblicherweise wird das Modell jedoch von einer Anzahl n - 1 -
Spannglieder am Schadensort, d. h. von einem einzigen schadhaften Spannglied,
ausgehen.
Das Streumatrix-Gleichungssystem beinhaltet vorzugsweise fünf Streumatrizen, wobei
eine erste Streumatrix für den Einkoppelungsabschnitt der verkoppelten Spannglieder,
eine zweite Streumatrix für den Abschnitt der verkoppelten Spannglieder zwischen
Einkoppetungsabschnitt und einer Bruch- oder Störstelle, eine dritte Streumatrix für
den Abschnitt einer Bruch- oder Störstelle, eine vierte Streumatrix für den Abschnitt
der verkoppelten Spannglieder zwischen der Bruch- oder Störstelle und dem Ab
schluss der Spannglieder, und eine fünfte Streumatrix für den Abschlussabschnitt der
verkoppelten Spannglieder vorgesehen ist.
Das Modell sieht somit fünf einzelne in sich längs homogene Bereiche der Spannglie
der vor, die als Modell gekoppelter Leitungen in bekannter Weise theoretisch mit
Streumatrix-Gleichungssystemen beschrieben werden können.
Bei der Einkoppelung des elektromagnetischen Messsignals ist zwischen zwei Ausfüh
rungsformen der Spannglieder zu unterscheiden. Für Spannglieder, deren Enden nicht
miteinander elektrisch leitend verbunden sind, d. h. die ohne eine Ankerplatte abge
schlossen sind, wird das elektromagnetische Messsignal an der Stirnfläche eines
Spanngliedes eingekoppelt.
Auf der anderen Seite wird das elektromagnetische Messsignal an dem Umfang des
Spanngliedes im Abstand von der Stirnfläche eingekoppelt, wenn die Enden der
Spannglieder miteinander elektrisch leitend verbunden, d. h. mit einer Ankerplatte ab
geschlossen sind.
Vorzugsweise werden die restlichen Spannglieder, an denen bei einer Messung des
elektromagnetischen Messsignal nicht eingekoppelt wird, an Massepotential gelegt.
Bei Spanngliedern, die mit einer Ankerplatte abgeschlossen sind, kann die Ankerplatte
an Masse gelegt werden.
Das beschriebene Verfahren zur Zustandserkennung von Spanngliedern eignet sich zur
Detektion und Ortung von Spannstrahlbrüchen sowohl in der Herstellungs-, als auch in
der Nutzungsphase von Bauwerken und Bauteilen, wie z. B. Behältern, Stahlspannbe
tonbrücken, rückverankerten Systemen (Spundwänden etc.), Balken, Plattenbalken,
Spannbeton-Fertigbauteilen mit Verbund usw.
Es ist typischerweise anwendbar zur Überprüfung der Spannglieder während und nach
der Bauwerksfertigung, zur Überwachung des Spanngliedzustandes bei Nutzungs- und
Konstruktionsänderungen von Bauwerken und zur Kontrolle des Zustands der
Spannglieder bei Spannkraftänderung (z. B. durch Baugrundverformungen oder Tempe
raturschwankungen).
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 Skizze von drei elektrisch leitfähigen länglichen parallelen Spanngliedern
ohne Ankerplatte, wobei ein Spannglied gebrochen ist;
Fig. 2 Skizze von drei elektrisch leitfähigen länglichen parallelen Spanngliedern,
die mit einer Ankerplatte abgeschlossen sind, wobei ein Spannglied ge
brochen ist;
Fig. 3 schematische Darstellung des Modells von fünf parallelen Spanngliedern
mit Parametern für das entsprechende Streumatrix-Gleichungssystem.
Fig. 4 Streumatrix-Gleichungssystem zur Bestimmung eines Bruchortes
Die Fig. 1 lässt drei elektrisch leitfähige längliche parallele Spannglieder 1a, 1b und 1c
erkennen, wobei eines der Spannglieder 1a eine Bruchstelle 2 aufweist. Die Bruch
stelle 2 befindet sich auf einer Bruchlänge Ib des Spanngliedes 1a von einer Einkoppe
lungsstelle 3 für ein elektromagnetisches Messsignal entfernt.
Um den Zustand der Spannglieder zu bestimmen, wird ein elektromagnetisches Mess
signal an der Einkoppelungsstelle 3 in das Spannglied 1a eingekoppelt und die Fre
quenz des Messsignals verändert. Mit einem Messsystem 4, das an die Einkoppe
lungsstelle 3 geschaltet ist, werden das Reflektionsspektrum des elektromagnetischen
Messsignals gemessen und die Resonanzfrequenzen aus dem Reflektionsspektrum be
stimmt. Anhand der Resonanzfrequenzen wird der Zustand des Spanngliedes 1a er
kannt. Dies basiert auf der Erkenntnis, dass die elektromagnetische Welle an der
Bruchstelle 2 reflektiert wird und damit das Reflektionsspektrum aufgrund der verrin
gerten Länge im Vergleich zu einem unbeschädigten Spannglied 1b, 1c verändert ist.
Bei dem dargestellten System von Spanngliedern 1, die nicht durch eine Ankerplatte
abgeschlossen und auch nicht miteinander elektrisch leitend verbunden sind, erfolgt
die Einkoppelung des elektromagnetischen Messsignals an der Stirnfläche eines
Spanngliedes 1a.
Die Fig. 2 lässt eine andere Ausführungsform eines Systems von Spanngliedern 1 er
kennen, die mit einer Ankerplatte 5 an ihren Enden abgeschlossen sind. Die Einkop
pelung des elektromagnetischen Messsignals erfolgt hierbei an dem Umfang des
Spanngliedes 1a in einem definierten Abstand hinter der Ankerplatte 5a.
Die Auswertung des Resonanzfrequenzen für die Zustanderkennung erfolgt je nach
Stärke der Verkoppelung der Spannglieder 1 auf unterschiedliche Art.
Bei einer geringen Verkoppelung der Spannglieder 1 sind nur die Resonanzen des mit
dem elektromagnetischen Messignals angeregten Spanngliedes 1a erkennbar. Die Dif
ferenz Δf je zweier benachbarter Resonanzen ist hierbei konstant. Daher kann aus der
Differenz zweier benachbarter Resonanzfrequenzen Δf mit der Formel
direkt auf die Bruchlänge Ib bzw. die Gesamtlänge Ig des angeregten Spanngliedes 1a
bzw. die Länge von der Einkoppelungsstelle 3 des Messsignals zu einem Schadensort
2 des Spanngliedes 1a geschlossen werden. Hierbei ist c die Vakuumlichtgeschwin
digkeit (c = 299,792 × 106 m/s) und εr die Dielektrizitätszahl des die Spannglieder 1
umgebenden Materials (z. B. Beton).
Sofern die Dielektrizitätszahl εr nicht bekannt ist, kann eine Vergleichsmessung an ei
nem Vergleichs-Spannglied 1b oder 1c durchgeführt werden, wobei das Vergleichs-
Spannglied 1b oder 1c dem zu messenden Spannglied 1a entsprechen und die gleiche
Länge aufweisen muss. Bei der Vergleichsmessung wird die Bruchlänge Ib der Einkop
pelungsstelle des Messsignals zu einem Schadensort aus der Differenz Δf1 von zwei
benachbarten Resonanzfrequenzen des Spanngliedes 1a, der Differenz Δf2 von zwei
benachbarten Resonanzfrequenzen des Vergleichs-Spanngliedes 1b oder 1c und der
Gesamtlänge Ig des Vergleichs-Spanngliedes 1b oder 1c mit der Formel
bestimmt.
Die vorgenannten Berechnungsverfahren sind für Spannglieder 1 nicht gültig, die stark
miteinander verkoppelt sind, da dann zusätzliche Resonanzen auftreten. Für derartige
Systeme wird ein Zustandserkennungsverfahren vorgeschlagen, das auf einer Modell
bildung eines Systems gekoppelter Leitungen beruht.
Hierzu wird die Anzahl n, die Gesamtlänge Ig und der Durchmesser d der miteinander
verkoppelten Spannglieder sowie die Dielektrizitätszahl εr des Mediums, das sich zwi
schen den Spanngliedern 1 befindet, bestimmt. Anschließend wird in bekannter Weise
ein Streumatrix-Gleichungssystem für das Modell der verkoppelten Spannglieder 1
aufgestellt und das Reflektionsspektrum für das Streumatrix-Gleichungssystem be
rechnet. Das berechnete Reflektionsspektrum wird mit dem gemessenen Reflektions
spektrum verglichen und die Parameter der Streumatrix-Gleichungssystems solange
iterativ angepasst, bis das berechnete Reflektionsspektrum mit dem gemessenen Re
flektionsspektrum annähernd übereinstimmt. Anschließend wird der Zustand der
Spannglieder 1 aus den Parametern, insbesondere aus der iterativ bestimmten
Bruchlänge Ib des Streumatrix-Gleichungssystems erkannt.
Ein Modell gekoppelter Leitungen für verkoppelte Spannglieder 1 ist in der Fig. 3 skiz
ziert. Das System aus fünf Spanngliedern 1a, 1b, 1c, 1d und 1e berücksichtigt den
Durchmesser d der Spannglieder 1, deren Gesamtlänge Ig und die Höhe h eines
Spanngliedes 1 von einer Masseebene 6. Weiterhin berücksichtigt das Modell die
Selbstinduktivitäten Lnn der Spannglieder, die Kapazitäten Cin zwischen den Spannglie
dern 1i und 1n, die Kapazitäten der Spannglieder 1i mit der Masseebene 6, sowie die
Gegeninduktivität Min zwischen den Spanngliedern. Die Kapazitäten C und Induktivitäten
L, M können für ein System in bekannter Weise analytisch bestimmt werden, so
dass die für die Modellierung wichtigen Größen nur noch von den Abmessungen der
Spannglieder 1 und der Dielektrizitätszahl εr des die Spannglieder 1 umgebenden Me
diums abhängig sind.
Das in der Fig. 4 gezeigte Streumatrix-Gleichungssystem wird in einzelne Bereiche
aufgeteilt, die in sich längs homogen sind. Bei der Simulation einer Bruchstelle 2 an
einem Spannglied 1a sind fünf Abschnitte, d. h. fünf Streumatrizen SE, SL1, SB, SL2, SA,
vorgesehen.
Eine erste Streumatrix SE repräsentiert den Einkoppelungsabschnitt der verkoppelten
Spannglieder 1 entweder mit oder ohne eine Ankerplatte 5a.
Eine zweite Streumatrix SL1 repräsentiert den Abschnitt der verkoppelten Spannglieder
1 zwischen dem Einkoppelungsabschnitt 3 und einer Bruch- oder Störstelle 2.
Eine dritte Streumatrix SB ist für den Abschnitt der Bruch- oder Störstelle 2 vorgese
hen. Hierbei wird in der Regel ein einziger gebrochener Leiter bzw. Spannglied und bei
einer Anzahl n von Spanngliedern n - 1 intakte Leiter bzw. Spannglieder 1 berücksich
tigt.
Eine vierte Streumatrix SL2 berücksichtigt den Abschnitt der verketteten Spannglieder
1 hinter der Bruch- oder Störstelle 2 bis zu dem Abschluss der Spannglieder 1.
Eine fünfte Streumatrix SA ist für den Abschlussabschnitt der verketteten Spannglie
der 1 entweder mit oder ohne Abschlussplatte 5b vorgesehen.
Diese fünf Streumatrizen SE, SL1, SB, SL2, SA werden in bekannter Weise hintereinander
geschaltet und aus dem System der Streumatrizen wird das Reflektionsspektrum
durch Einsetzen unterschiedlicher Frequenzen in das Streumatrix-Gleichungssystem
bestimmt. Die Ausgangsvektoren des Systems eines Bereiches werden wie dargestellt
durch Multiplikation der entsprechenden Streumatrix mit einem Eingangsvektor be
rechnet.
Das aus der Modellierung gewonnene berechnete Reflektionsspektrum wird iterativ an
das gemessene Reflektionsspektrum angepasst, um auf diese Weise eine Brucherken
nung oder eine Bruchortbestimmung durchzuführen.
Claims (8)
1. Verfahren zur Zustandserkennung von elektrisch leitfähigen länglichen
Spanngliedern (1) gekennzeichnet durch
Einkoppeln eines elektromagnetischen Messsignals in ein Spannglied (1a);
Verändern der Frequenz des Messsignals;
Messen des Reflektionsspektrums des Messsignals;
Erkennen des Zustands des Spanngliedes (1a) in Abhängigkeit von den Resonanzfrequenzen aus dem Reflektionsspektrum.
Einkoppeln eines elektromagnetischen Messsignals in ein Spannglied (1a);
Verändern der Frequenz des Messsignals;
Messen des Reflektionsspektrums des Messsignals;
Erkennen des Zustands des Spanngliedes (1a) in Abhängigkeit von den Resonanzfrequenzen aus dem Reflektionsspektrum.
2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Zustandserkennung eines gering verkoppelten
elektrisch leitfähigen länglichen Spanngliedes (1), gekennzeichnet durch Be
rechnen der Bruchfänge (Ib) von der Einkoppelungsstelle (3) des Messsignals zu
einem Schadensort aus der Differenz von zwei benachbarten Resonanzfrequen
zen Δf mit der Formel
wobei c die Vakuumlichtgeschwindigkeit und εr die Dielektrizitätszahl des das Spannglied (1a) umgebenden Mediums ist.
wobei c die Vakuumlichtgeschwindigkeit und εr die Dielektrizitätszahl des das Spannglied (1a) umgebenden Mediums ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch
Durchführen einer Vergleichsmessung an mindestens einem entsprechen den Vergleichs-Spannglied (1b, 1c) gleicher Länge;
Berechnen der Bruchlänge (Ib) der Einkoppelungsstelle (3) des Mess signals zu einem Schadensort aus der Differenz von zwei benachbarten Resonanzfrequenzen des Spanngliedes (1a) Δf1, der Differenz von zwei benachbarten Resonanzfrequenzen des Vergleichs-Spanngliedes (1b, 1c) Δf2 und der Gesamtlänge Ig des Vergleichs-Spanngliedes (1b, 1c) mit der Formel
Durchführen einer Vergleichsmessung an mindestens einem entsprechen den Vergleichs-Spannglied (1b, 1c) gleicher Länge;
Berechnen der Bruchlänge (Ib) der Einkoppelungsstelle (3) des Mess signals zu einem Schadensort aus der Differenz von zwei benachbarten Resonanzfrequenzen des Spanngliedes (1a) Δf1, der Differenz von zwei benachbarten Resonanzfrequenzen des Vergleichs-Spanngliedes (1b, 1c) Δf2 und der Gesamtlänge Ig des Vergleichs-Spanngliedes (1b, 1c) mit der Formel
4. Verfahren nach Anspruch 1 zur Zustandserkennung von verkoppelten elektrisch
leitfähigen länglichen Spanngliedern (1) gekennzeichnet durch
Bestimmen der Anzahl n, der Gesamtlänge Ig und des Durchmessers d der miteinander verkoppelten Spannglieder (1);
Bestimmen der Dielektrizitätszahl εr des Mediums, das sich zwischen den Spanngliedern (1) befindet;
Aufstellen eines Streumatrix-Gleichungssystems für das Modell der ver koppelten Spannglieder (1);
Berechnen des Reflektionsspektrums für das Streumatrix-Gleichungssy stems;
Vergleichen des berechneten Reflektionsspektrums mit dem gemessenen Reflektionsspektrum;
iteratives Anpassen der Parameter des Streumatrix-Gleichungssystems solange, bis das berechnete Reflektionsspektrum mit dem gemessenen Reflektionsspektrum annähernd übereinstimmt;
Erkennen des Zustands des Spanngliedes (1) aus den Parametern des Streumatrix-Gleichungssystems.
Bestimmen der Anzahl n, der Gesamtlänge Ig und des Durchmessers d der miteinander verkoppelten Spannglieder (1);
Bestimmen der Dielektrizitätszahl εr des Mediums, das sich zwischen den Spanngliedern (1) befindet;
Aufstellen eines Streumatrix-Gleichungssystems für das Modell der ver koppelten Spannglieder (1);
Berechnen des Reflektionsspektrums für das Streumatrix-Gleichungssy stems;
Vergleichen des berechneten Reflektionsspektrums mit dem gemessenen Reflektionsspektrum;
iteratives Anpassen der Parameter des Streumatrix-Gleichungssystems solange, bis das berechnete Reflektionsspektrum mit dem gemessenen Reflektionsspektrum annähernd übereinstimmt;
Erkennen des Zustands des Spanngliedes (1) aus den Parametern des Streumatrix-Gleichungssystems.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Streumatrix-Glei
chungssystem fünf Streumatrizen beinhaltet, wobei
eine erste Streumatrix für den Einkoppelungsabschnitt der verkoppelten Spannglieder (1),
eine zweite Streumatrix für den Abstand der verkoppelten Spannglieder (1) zwischen dem Einkoppelungsabschnitt und einer Bruch- oder Stör stelle (2),
eine dritte Streumatrix für den Abschnitt einer Bruch- oder Störstelle (2),
eine vierte Streumatrix für den Abschnitt der verkoppelten Spannglieder (1) zwischen der Bruch- oder Störstelle (2) und dem Abschluss der Spannglieder (1), und
eine fünfte Streumatrix für den Abschlussabschnitt der verketteten Spannglieder (1)
vorgesehen ist.
eine erste Streumatrix für den Einkoppelungsabschnitt der verkoppelten Spannglieder (1),
eine zweite Streumatrix für den Abstand der verkoppelten Spannglieder (1) zwischen dem Einkoppelungsabschnitt und einer Bruch- oder Stör stelle (2),
eine dritte Streumatrix für den Abschnitt einer Bruch- oder Störstelle (2),
eine vierte Streumatrix für den Abschnitt der verkoppelten Spannglieder (1) zwischen der Bruch- oder Störstelle (2) und dem Abschluss der Spannglieder (1), und
eine fünfte Streumatrix für den Abschlussabschnitt der verketteten Spannglieder (1)
vorgesehen ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Enden der
Spannglieder (1) nicht miteinander elektrisch leitend verbunden sind, gekenn
zeichnet durch Einkoppelung des elektromagnetischen Messsignals an der Stirn
fläche eines Spanngliedes (1).
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Enden der Spannglieder
miteinander elektrisch leitend verbunden sind, gekennzeichnet durch Einkoppe
lung des elektromagnetischen Messsignals an dem Umfang eines Spanngliedes
(1) im Abstand von der Stirnfläche des Spanngliedes (1).
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
Anschließen der restlichen Spannglieder (1), an denen das elektromagnetische
Messsignal nicht eingekoppelt wird, an Massepotential.
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D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
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