DE102006052979A1 - Supporting construction unit's e.g. roof support, deformation monitoring device for building, has monitoring carrier to interrupt laser light radiation radiated from transmitter to receiver, in passage via which laser light radiation passes - Google Patents
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Abstract
Description
Das hier beschriebene System überwacht die Verformung der tragenden Konstruktionen von Bauwerken, wie Dach-, Deckenträger oder Pfeiler, Stützen und warnt vor Gefährdung durch Einsturz infolge Überlastung, Beschädigung und Alterung.The System described here monitors the Deformation of the load-bearing structures of structures, such as roof, floor beams or pillars, columns and warns of danger due to collapse due to overload, damage and aging.
Auf alle Konstruktionselemente in einem Bauwerk wirken ständig unterschiedliche statische und dynamische Lasten. Sie werden im Laufe der Baustatikberechnungen zum Teil nach technischen Normen angenommen (Wind-, Niederschlagbelastung nach Klimazone), zum Teil ausgerechnet. Durch diese Lasten wird jede Konstruktion verformt (durchgebogen).On All construction elements in a building are constantly changing static and dynamic loads. You will be in the course of structural calculations partly according to technical standards (wind, precipitation pollution according to climatic zone), in part calculated. Through these loads is every construction deformed (bent).
Bild
1: Die Größe der Verformung
(f0) wird beim Entwurf des Bauwerks für jedes
tragendes Element der Konstruktion errechnet, um überhaupt Querschnitt-Masse
dieses Elementes zu ermitteln und sie darf nicht einen bestimmten
Wert überschreiten
(fmax), der wiederum vom Typ des Trägers (
Die Baukatastrophen in den letzten Jahren machen es deutlich, wie wichtig es ist ein Warnsystem für Bauwerke zu haben, das kontinuierlich und zuverlässig die Verformung von tragenden Konstruktionen überwacht und einen Alarm auslöst, wenn ihre Verformung den zulässigen Wert erreicht oder überschreitet.The Construction disasters in recent years make it clear how important it is a warning system for To have structures that continuously and reliably the deformation of load-bearing Constructions monitored and triggers an alarm, if their deformation is the permissible Value reached or exceeded.
Die Statik eines Objektes soll durch festinstallierte Messmittel, kontinuierlich kontrolliert und überwacht werden. Als Messmittel können eingesetzt werden:
- 1. Dehnungsmessstreifen – sie müssen an jedem einzelnen Träger angebracht werden, verlangen große Montagepräzision und großen Aufwand bei der thermischen Kompensation. Kompliziert und teuer.
- 2. Lichtschranken – Infrarot- oder sichtbares Licht – sind ausreichend für Entfernungen bis 10 m. Weil sie großen Abstrahlwinkel haben (30-60 Grad), muss relativ große Energie ausgestrahlt werden. Das führt dazu, dass den Empfänger nicht nur der direkte Strahl erreicht, sondern auch jene, die von der Umgebung (mehrmals) gespiegelt wurden, was zu einer starken Unschärfe der Erkennung führt. Um größere Entfernungen zwischen dem Sender und Empfänger zu erreichen, muss ein kompliziertes, optisches Lichtbündelungs system eingesetzt werden, um die Lichtstreuung zu reduzieren. Unpräzise – gut, um Flaschen in einer Brauerei zu zählen.
- 3. Lichtschranken – sichtbares Laserlicht – kohärentes, sehr stark gebündeltes (Abstrahlwinkel unter 0,5 Grad), rotes Licht. Laser Klasse 2 mit max. 2mW, ungefährlich für menschliches Auge, auch ohne Schutzausrüstung. Entfernungen auf mehrere Kilometer sind möglich – gebe es nicht den Nebel im Freien.
- 1. Strain Gages - They must be attached to each individual carrier, require great mounting precision and great expense in thermal compensation. Complicated and expensive.
- 2. Photocells - infrared or visible light - are sufficient for distances up to 10 m. Because they have large viewing angles (30-60 degrees), relatively large amounts of energy have to be emitted. This causes the receiver to reach not only the direct beam but also those that have been mirrored (several times) by the environment, resulting in a strong blur of detection. To achieve greater distances between the transmitter and receiver, a complicated, optical light bundling system must be used to reduce the light scattering. Imprecise - good for counting bottles in a brewery.
- 3. Photocells - visible laser light - coherent, very concentrated (angle of radiation less than 0,5 degrees), red light. Laser Class 2 with max. 2mW, harmless to the human eye, even without protective equipment. Distances to several kilometers are possible - do not give it the fog outdoors.
Das
hier beschriebene System nutzt bei der Überwachung drei, modulierte
Laserstrahlen (
Das
Mess- und Überwachungsprinzip
ist im Bild 2 dargestellt. Drei Laser auf Senderseite (
- 1 Strahl (
4 ): 1/3-1/4 (abhängig von Art und Verwendungszweck des Bauwerkes) der Durchbiegungsgröße (f0), oberhalb des errechneten Punktes bei maximaler Belastung des Trägers (Baustatik), - 2 Strahl (
5 ): genau auf der Höhe des errechneten Punktes und - 3 Strahl (
6 ): 1/4 der Durchbiegungsgröße, unterhalb des Punktes, aber nicht tiefer als die theoretische, zulässige Durchbiegung (fmax), die abhängig von Länge und Ausführung des Trägers ist.
- 1 jet (
4 ): 1 / 3-1 / 4 (depending on the type and intended use of the structure) the deflection amount (f 0 ), above the calculated point at maximum load of the beam (structural design), - 2 beam (
5 ): exactly at the height of the calculated point and - 3 beam (
6 ): 1/4 of the deflection size, below the point, but not lower than the theoretical allowable deflection (f max ), which is dependent on the length and design of the carrier.
Die drei Laser sowie drei Photosensoren sind jeweils als ein Modul, in einem am Gebäude festmontiertem Gehäuse eingebaut. Das Sendermodul wird beim Einbau des Systems einmalig ausgerichtet und ist dann zu seinem Gehäuse und dem Bauwerk absolut unempfindlich gegen Erschütterungen, Schwingungen und sonstigen mechanischen Einflüssen, die auf das Bauwerk normalerweise wirken.The three lasers and three photosensors are each as a module, in a fixed to the building casing built-in. The transmitter module becomes unique when installing the system aligned and is then absolutely to his housing and the building insensitive to shocks, Vibrations and other mechanical influences that affect the structure normally Act.
Die
Module werden an solchen Stellen der Konstruktion montiert, die
keine Fehler in der Überwachung
verursachen und vor allem selbst nicht gleichen Deformationen unterliegen,
die überwacht
werden, z.B. an einem Stützpfeiler – Bild 3:
Sendermodul (
Falls das nicht möglich wäre, wird eine von den folgenden Ausführungsvarianten verwendet:
- 1. In jedem Modul wird ein zusätzlicher
Laser zur Kontrolle der Eigenposition eingesetzt, der nachgeführt werden
kann und dessen Korrekturgrößen zum
Ausgleich der Modul-Position in den Überwachungsprozess miteinbezogen
werden – Bild
4: Sendermodul (
1 ), Laserstrahlen (2 ), Empfängermodul (3 ), zusätzlicher, nachgeführter Laserstrahl (4 ) und sein Empfänger (5 ), der keiner Verlagerungen unterliegt. - 2. Die Sender-/Empfängermodule
werden so angebracht, dass sie keiner Verlagerung unterliegen können. Die
Laserstrahlen werden umgelenkt durch Ablenkmodule – in einem
Gehäuse
eingeschlossen freihängender
Ablenkspiegel mit Öldämpfung,
um das Spiegelpendeln durch Stöße und Bewegungen
des Bauwerks zu kompensieren – Bild
5: Sendermodul (
1 ), Ablenkmodul (2 ), Laserstrahlen (3 ), Empfängermodul (4 ).
- 1. In each module, an additional laser is used to control the self-position, which can be tracked and whose correction values are included in the monitoring process to compensate for the module position - Fig. 4: Transmitter module (
1 ), Laser beams (2 ), Receiver module (3 ), additional, tracked laser beam (4 ) and its recipient (5 ), which is not subject to relocation. - 2. The transmitter / receiver modules are mounted so that they can not be subject to relocation. The laser beams are deflected by deflection modules - encased in a housing including free-hanging deflection mirrors with oil damping, to compensate for the mirror oscillation due to impact and movement of the building - Figure 5: Transmitter module (
1 ), Deflection module (2 ), Laser beams (3 ), Receiver module (4 ).
Der dritte (unterste) Laserstrahl, der normalerweise immer frei sein sollte, wird vor allem zur Position- und Ausrichtungskontrolle des Senders zum Empfänger verwendet, an dem die Photosensoren in gleichen Abständen, wie die Laser eingebaut werden. Falls er doch verdeckt werden soll, deutet das auf einen absolut kritischen Zustand der überwachten Träger hin. Im Sendergehäuse misst ein Photosensor das von der Gehäuseglasabdeckung am Lichtausgang zurückgestrahlte und im Inneren verstreute Laserlicht und das Modul meldet an das Zentralmodul eine Verschmutzung des Glases, noch bevor die Lichtstärke des Laserstrahles soweit absinkt, dass es nicht mehr eindeutlich empfangen wird. Zum gleichen Zweck bestrahlt von innen eine LED die Glasabdeckung am Lichteingang des Empfängergehäuses.Of the third (lowest) laser beam, which normally always be free should, above all, be used for position and orientation control of the Transmitter to the receiver used on which the photosensors at equal intervals, like the lasers are installed. If he is to be covered, this indicates an absolutely critical state of the monitored carrier out. In the transmitter housing a photosensor measures the from the housing glass cover at the light exit remitted and inside scattered laser light and the module reports to the Central module contamination of the glass, even before the light intensity of the Laser beam drops so far that it no longer received unambiguous becomes. For the same purpose, an LED illuminates the glass cover from the inside at the light entrance of the receiver housing.
Die
Verwendung von Laserstrahlen garantiert eine Genauigkeit der Überwachung
von bis zu einem Millimeter. Dadurch, dass der einzelne Photosensor
im Empfängermodul
nicht nur den Strahl von dem jeweils ihm zugeordnetem Laser empfängt, sondern
auch von den anderen, lassen sich mehrere Zwischenkombinationen
feststellen und die verschiedenen Belastungsphasen der Konstruktion
relativ flüssig
auswerten und überwachen – Bild 6:
Sendermodul (
Falls
eine Fläche
(z.B. eine Decke) überwacht
werden soll – Bild
7, sind kleine Blenden (
Für genaue,
kontinuierliche Verformungsmessung des dynamischen Verhaltens der
Träger eignet
sich eine Erweiterung des Überwachungssystems – Bild 8,
die aus einer Reihe nebeneinander positionierten Laser als Sender
und gleich angeordneten Photosensoren (
Die Sender- und Empfängermodule kommunizieren ständig mit einem zentralen Modul, das für die (Not-) Stromversorgung aller Module zuständig ist. Es wertet die von den Empfängermodulen gesendeten Daten über Bestrahlungszustand der Empfängersensoren aus, meldet Störungen in den Modulen und – im Falle eines kritischen Zustands der Konstruktion – löst den Alarm am überwachten Objekt selbst und einen Fernalarm über einen automatischen Anrufautomat aus. Es kann auch mit einer schon vorhandenen Alarmanlage gekoppelt werden, die dann den Alarm auslöst.The Transmitter and receiver modules communicate constantly with a central module for the (Emergency) power supply of all modules is responsible. It evaluates those of the receiver modules sent data via Irradiation state of the receiver sensors off, reports faults in the modules and - im Critical condition of the construction - triggers the alarm at the supervised Object itself and a remote alarm via an automatic call automat out. It can also be paired with an existing alarm system which then triggers the alarm.
Das zentrale Modul verfügt auch über einen nichtflüchtigen Speicher, wo alle Änderungszustände der überwachten Konstruktionen mit Lage-, Datum- und Zeitinformationen gespeichert und über eine Schnittstelle gelesen und ausgewertet werden können, um eine Übersicht über Tragfähigkeit und Zustand des Objektes zu ermöglichen.The central module features also over a non-volatile one Store where all change states of the monitored Constructions with location, date and time information saved and over an interface can be read and evaluated to an overview of carrying capacity and condition of the object.
Durch niedrige Spannungsversorgung des gesamten Systems, kann es ohne besondere Schutzmaßnahmen und Veränderungen, in Ex-geschützten Objekten betrieben werden.Due to low voltage supply of the entire system, it can be operated without special protective measures and modifications in explosion-proof objects.
Der Einsatz von Mikroprozessoren ermöglicht eine sehr flexible und 'intelligente' Überwachung- und Warnanlage, die aufgrund vorkommender Verformungen der Träger (Häufigkeit, Zeitabstände, Intensität) und Art des überwachten Bauwerks (ein- oder mehrstockig, Nutz-, Freizeit- oder Industrieobjekt, wie Produktion- oder Lagerhalle), lässt gut über die Stabilität und Tragfähigkeit von einzelnen Elementen, wie auch der ganzen Konstruktion beurteilen. Alle Module des Systems führen ständig Selbstkontrolle und jeder Fehler wird eindeutig signalisiert, was die Zuverlässigkeit der Anlage erhöht und ihre Wartung vereinfacht. Niedrige Leistungsaufnahme im Normalbetrieb, außer minimalen Betriebskosten, erlaubt auch langfristigen Batterie- oder Solarzellen-Betrieb, was sehr nützlich sein kann, bei freistehenden und/oder entlegenen Objekten wie Brücken oder Dämmen, für die eine 'Black Box'-/Protokoll-Funktion die Turnuskontrollen der Bauwerke vereinfachen und beschleunigen würde.Of the Use of microprocessors allows a very flexible and 'intelligent' monitoring and alarm system, due to occurring deformations of the wearer (frequency, time intervals, intensity) and Art of the supervised Building (single or multi-storey, commercial, recreational or industrial object, such as production or warehouse), leaves good about the stability and load capacity judge of individual elements, as well as the whole construction. All modules of the system lead constantly self-control and every error is clearly signaled, indicating the reliability the plant increased and simplify their maintenance. Low power consumption during normal operation, except Minimum operating costs, also allows long-term battery or Solar cell operation, which is very useful can be with freestanding and / or remote objects such as bridges or dams, for the a 'black box' / protocol feature the rotation controls would simplify and accelerate the works.
Claims (6)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200610052979 DE102006052979A1 (en) | 2006-11-10 | 2006-11-10 | Supporting construction unit's e.g. roof support, deformation monitoring device for building, has monitoring carrier to interrupt laser light radiation radiated from transmitter to receiver, in passage via which laser light radiation passes |
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ID=39311122
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DE (1) | DE102006052979A1 (en) |
Cited By (2)
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-
2006
- 2006-11-10 DE DE200610052979 patent/DE102006052979A1/en not_active Withdrawn
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Effective date: 20140603 |