ES2229406T3 - Dispositivo de medir recorridos. - Google Patents
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Abstract
UN DISPOSITIVO DE MEDICION DE RECORRIDO, EN ESPECIAL PARA USARSE EN UN EXTENSOMETRO PARA MEDIR Y SUPERVISAR MOVIMIENTOS EN LA MECANICA DE ROCAS Y SUELOS, POSEE UNA PIEZA DE ANCLAJE DESPLAZABLE QUE RECOGE EL RECORRIDO A MEDIR Y AL MENOS UN CONDUCTOR OPTICO, QUE PUEDE DILATARSE DEPENDIENDO DEL DESPLAZAMIENTO DE LA PIEZA DE ANCLAJE. APARTE DE ESTO SE HA PREVISTO UN DISPOSITIVO DE VALORACION, POR MEDIO DEL CUAL PUEDEN DETECTARSE LAS CARACTERISTICAS DE REFLEXION O TRANSMISION DEL CONDUCTOR OPTICO QUE VARIAN EN FUNCION DE LA DILATACION. PARA PODER DETECTAR INCLUSO GRANDES DILATACIONES Y RECORRIDOS CON EFICACIA, SE HA DISPUESTO ENTRE LA PIEZA DE ANCLAJE Y EL CONDUCTOR OPTICO UN DISPOSITIVO DE REDUCCION, QUE TRANSFORMA EL RECORRIDO DE DESPLAZAMIENTO DE LA PIEZA DE ANCLAJE EN UN RECORRIDO DE DILATACION MENOR DEL CONDUCTOR OPTICO. COMO DISPOSITIVO DE REDUCCION SE HA PREVISTO EN ESPECIAL UN MUELLE.
Description
Dispositivo para medir recorridos.
La invención se refiere a un dispositivo de
medición de recorridos, en especial para su utilización en un
extensómetro para medir y vigilar movimientos en la mecánica de
rocas y suelos.
Para medir recorridos muy pequeños y/o
movimientos que transcurren muy lentamente, en particular
desplazamientos y dislocaciones en la mecánica de los suelos, se
conocen los llamados extensómetros, que poseen una o más tiras de
medición de dilatación óptica que consisten como mínimo en una fibra
conductora de luz, en especial una fibra de vidrio, en la que se
introduce luz y se analiza en su extremo de salida con respecto a
su espectro. Si en el cuerpo de ensayo provisto de tiras de
medición de dilatación o en una sección del mismo se produce una
dilatación, entonces también se dilata la fibra de vidrio, de tal
manera que en ésta se produce un cambio de densidad que modifica las
propiedades de reflexión y difracción. Este fenómeno, conocido como
"retículo de Bragg" se manifiesta en el extremo de salida de
la fibra de vidrio mediante una modificación del especto de luz
medible. Evaluando el espectro de la luz que sale por el extremo de
la fibra de vidrio se puede determinar cualquier modificación en el
estado de dilatación de la fibra de vidrio, de tal manera que
también pueden calcularse los movimientos y las dilataciones del
cuerpo de ensayo provisto de las tiras de medición de
dilatación.
Aunque con las citadas tiras de medición de
dilatación son posibles, mediante el retículo de Bragg, mediciones
de dilatación o recorrido relativamente precisas, llevan unida la
desventaja de una capacidad de aplicación muy limitada. Se ha
demostrado que una tira de medición de dilatación óptica con fibra
de vidrio se rompe ya a una dilatación de aproximadamente el 4%, de
tal manera que no se pueden registrar dilataciones mayores.
El documento
WO-A-88/05905, del que se parte en
la definición de la reivindicación 1, muestra una dispositivo de
medición de recorridos con una pieza de anclaje en forma de una
cadena. Como consecuencia del movimiento que hay que registrar, la
cadena experimenta una deformación transversal que se transmite
directamente a una fibra óptica que atraviesa la cadena, que con
ello se deforma igualmente de manera transversal a su sentido
longitudinal. Esta deformación de la fibra óptica conduce a una
modificación de las propiedades de conducción de la luz en la fibra
óptica, que se registran y a partir de las cuales se pueden deducir
conclusiones sobre el movimiento que hay que medir. La cadena va
provista parcialmente de una envuelta elástica, que se encarga de
retroceder la cadena al estado original cuando ya no existe el
movimiento que hay que registrar. Puesto que también con este
dispositivo de medición de recorridos el movimiento de la cadena se
transmite directamente a la fibra óptica, también aquí se dan las
desventajas antes citadas.
La invención tiene como objetivo crear un
dispositivo de medición de recorridos del tipo mencionado, con el
que también puedan registrarse de manera fiable dilataciones o
recorridos mayores. Este objetivo se resuelve según la invención
con un dispositivo de medición de recorridos con las características
de la reivindicación 1. Éste presenta una pieza de anclaje
desplazable que registra el recorrido que hay que medir, como
mínimo un conductor de luz que puede dilatarse dependiendo del
desplazamiento de la pieza de anclaje y un dispositivo de
evaluación mediante el cual pueden registrarse las características
de reflexión y transmisión del conductor de luz, que varían
dependiendo de la dilatación. Entre la pieza de anclaje y el
conductor de luz hay dispuesto un dispositivo de reducción, en
forma de un resorte, que transforma cualquier recorrido de
desplazamiento de la pieza de anclaje en una recorrido de
dilatación menor del conductor de luz.
A la pieza de anclaje, que se trata
preferentemente de una varilla de medición colocada de manera
desplazable en una caja, se le aplica directa o indirectamente el
recorrido o la dilatación que hay que medir. Sin embargo, el
desplazamiento de la pieza de anclaje no se aplica directamente
sobre el conductor de luz, que como mínimo comprende una fibra
conductora de luz, especialmente una fibra de vidrio, sino que a
través de un resorte interpuesto se reduce en una proporción
previamente elegida. De esta manera también pueden registrarse y
evaluarse del modo descrito al principio, mediante el conductor de
luz, movimientos relativamente grandes registrados por la pieza de
anclaje.
Para transformar el movimiento de la pieza de
anclaje mediante el dispositivo reductor en un movimiento o una
dilatación más pequeños del conductor de luz, está previsto el
resorte. Con ello, el movimiento de la pieza de anclaje se
transforma a través del resorte en una fuerza dependiente de la
constante de muelle, que se aplica sobre el conductor de luz y que
conduce allí a una dilatación dependiente de sus parámetros
geométricos y del material. La utilización del resorte lleva la
ventaja de que utilizando un resorte muy blando también pueden
transformarse de manera sencilla movimientos de la pieza de anclaje
en una fuerza pequeña y, con ello, una dilatación del conductor de
luz pequeña de manera equivalente. Además, el resorte puede servir
también al mismo tiempo para mantener bajo una determinada
pretensión la pieza de anclaje y conseguir así su desplazamiento
sin juego.
En una configuración preferida de la invención
está previsto que la fibra conductora de luz discurra o esté
arriostrada en el interior de una caja y esté en comunicación con
una pieza deslizante llevada de manera que pueda deslizarse en la
caja, en la que encaje el resorte. Ha resultado ser ventajoso
configurar la pieza deslizante como rodillo de inversión, de tal
manera que la fibra conductora de luz se pueda disponer en forma de
tubo en la caja. Los dos extremos libres de la fibra conductora de
luz pueden estar fijos en un lado de la caja, mientras que la fibra
conductora de luz se lleva en el otro extremo de la caja alrededor
del rodillo de inversión, de tal manera que una fuerza aplicada por
la pieza de anclaje o el resorte sobre el rodillo de inversión se
divide en dos secciones de fibra conductora de luz que discurren
paralelas. Sin embargo, como alternativa también es posible sujetar
la fibra conductora de luz en una sola vía. Para proteger a la
fibra conductora de luz, ésta deberá recogerse en una cubierta
protectora de plástico o acero y ser móvil a lo largo de ella.
Para conseguir un desplazamiento fiable de la
pieza deslizante dentro de la caja y en especial para evitar una
torsión de la fibra conductora de luz, la pieza deslizante está
provista de varillas de guía que encajan en las ranuras
longitudinales formadas en las paredes interiores de la caja y puede
desplazarse a lo largo de ellas. De esta manera se garantiza un
movimiento definido de la pieza deslizante con relación a la caja.
Para la pieza deslizante y/o la pieza de anclaje pueden haber
previstos topes axiales para limitar su movimiento axial y, con
ello, la dilatación de la fibra conductora de luz, de tal manera que
se evita la rotura de la fibra conductora de luz.
La pieza deslizante puede tener la superficie
pulida y/o ser de un material de bajo coeficiente de rozamiento
para mantener pequeñas las pérdidas por rozamiento al aplicar la
fuerza en las secciones de la fibra conductora de luz. Además, la
pieza deslizante debería estar configurada lo más ligera posible o
ser de un material ligero.
La fibra conductora de luz está construida de tal
manera que en cualquier estado de funcionamiento está bajo tensión
de tracción axial. Para llevar la fibra conductora de luz antes del
comienzo de la medición del recorrido a una posición inicial o de
partida deseada del estado de tracción, está previsto
preferentemente que la fibra conductora de luz esté fijada a una
pieza de sujeción que puede desplazarse con relación a la caja por
medio de un dispositivo de ajuste, con lo cual se puede variar la
tensión de la fibra conductora de luz. Como dispositivo de ajuste
se puede utilizar por ejemplo un tornillo de ajuste.
Para la fijación de la fibra de vidrio en la
pieza de sujeción ha dado buenos resultados fijar la fibra
conductora de luz, como mínimo en un extremo, a un tubo capilar que
está sujeto por su parte a la pieza de sujeción. Para la fijación
en el tubo capilar debería utilizarse una unión accionada por
fricción, por ejemplo, una adherencia, de tal manera que en caso de
fuerzas de tracción excesivas ceda la adherencia sin que se rompa
la fibra conductora de luz. El adhesivo debe concebirse de tal
manera que la adherencia se suelte si la fibra conductora de luz
experimenta una dilatación plástica.
La variación de dilatación de la fibra conductora
de luz conduce de la manera mencionada a la variación de su
densidad, con lo cual varían las propiedades de reflexión y
difracción ("retículo de Bragg"). La luz que atraviesa la
fibra conductora de luz sale así con un espectro diferente,
dependiendo de su estado de dilatación, lo cual puede registrarse y
evaluarse mediante un espectómetro conocido en sí.
En un perfeccionamiento de la invención puede
estar previsto conectar en paralelo al conductor de luz otro
conductor de luz de referencia, aunque el conductor de luz de
referencia adicional no experimenta ninguna dilatación mediante la
pieza de anclaje, sino que sólo sirve para registrar las influencia
de la temperatura. Con respecto a la disposición y la conexión, el
conductor de luz de referencia puede coincidir con el conductor de
luz.
Si durante una medición la pieza de anclaje
regresa desde una posición en la que la fibra conductora de luz
presenta una dilatación por tracción relativamente grande, hasta
una posición que equivale a una menor dilatación por tracción de la
fibra conductora de luz, la fuerza de reajuste o de recuperación de
la fibra conductora de luz puede eventualmente no ser suficiente
para superar las fuerzas de rozamiento que aparecen en la pieza
deslizante. Para apoyar la fuerza de reajuste resultante del
descenso de dilatación de la fibra conductora de luz, por lo tanto,
puede haber previsto un resorte de reajuste que actúe esencialmente
paralelo a la fuerza de reajuste de la fibra conductora de luz,
debiendo ser la constante de muelle del resorte de reajuste
esencialmente menor que la constante de muelle del resorte, de tal
manera que la fuerza ejercida por el resorte de reajuste sobre la
pieza deslizante es muy pequeña. El resorte de reajuste actúa
preferentemente entre la pieza deslizante y la caja.
Otros detalles y características de la invención
se deducen de la siguiente descripción de un ejemplo de realización
tomando como referencia los dibujos. Se muestra:
Fig. 1 un corte vertical a través de un
dispositivo de medición de recorridos según la invención en una
representación esquemática y
Fig. 2 un corte horizontal a través del
dispositivo de medición de recorridos según la Fig. 1.
Según las Figs. 1 y 2, un dispositivo de medición
de recorridos 10 presenta una caja 11 esencialmente en forma de
tubo que en un lado, el derecho según la Figura, está cerrada con
una tapa 14 que es atravesada por una varilla de medición 15, que
puede mantenerse desplazable axialmente en la tapa 14.
En su extremo interior dispuesto en la caja 11,
la varilla de medición 15 está unida, a través de un elemento de
unión 19 no representado con más detalles, con un extremo de un
resorte 17 que en su otro extremo se sujeta, a través de un
elemento de unión 18, a una pieza deslizante en forma de un rodillo
de inversión 20 que se desplaza a lo largo de la caja 11. Se
garantiza así que desde la varilla de medición 15 no se puede
transmitir ningún movimiento giratorio al resorte 17, ya que esto
conduciría a fuerzas de torsión en el resorte 17. Tal como muestra
en especial la Fig. 1, el rodillo de inversión 20 posee varillas de
guía 21 que sobresalen a ambos lados que encajan y pueden
desplazarse cada una en una ranura longitudinal 16 formada en la
pared interior de la caja 11. De esta manera, el rodillo de
inversión 20 puede desplazarse axialmente en la caja 11, aunque se
mantiene sujeto firmemente contra giros.
En el extremo de la caja 11 dirigido a la tapa 14
hay prevista una placa de sujeción 13, cuya distancia al lado
frontal de la caja 11 puede modificarse por medio de un tornillo de
ajuste 24. En la placa de sujeción 13 hay formadas dos
perforaciones 13a, 13b paralelas. Una fibra de vidrio 22 que se
encuentra bajo tensión por tracción pasa desde el lado exterior de
la placa de sujeción 13 a través de la perforación 13a hasta el
interior 12 de la caja 11, alrededor del rodillo de inversión 20 y
desde allí de nuevo de vuelta por la perforación 13b hasta el lado
exterior de la placa de sujeción 13. Con ayuda de dos tubos
capilares 23, la fibra de vidrio 22 se sujeta en la placa de
sujeción 13. Tal como muestra la Fig. 2, por un extremo de la fibra
de vidrio 22 puede introducirse en ésta luz L, registrándose y
evaluándose por medio de un espectrómetro 25, sólo señalado
esquemáticamente, la luz que sale del otro extremo de la fibra de
vidrio 22.
En la pieza deslizante 20 encaja además un
extremo de un resorte de reajuste 26 muy blando, que en el otro
extremo se apoya en la caja 11 de un modo no representado. La
fuerza de reajuste ejercida por el resorte de reajuste 26 sobre la
pieza deslizante 20, que actúa paralelamente a la fuerza de reajuste
de la fibra de vidrio 22, es decir, hacia la izquierda según la
Figura, es claramente menor que la fuerza aplicada mediante el
resorte 17.
Si la varilla de medición 15 recibe una fuerza de
tracción, es decir, es extraída de la caja 11 en pequeña medida,
esto conduce a una dilatación del resorte 17, con lo cual en el
rodillo de inversión 20 aparece una fuerza de tracción, dependiente
de la constante de muelle del resorte 17, como fuerza de reacción,
que se dirige a las dos secciones representadas de la fibra de
vidrio 22 y que conduce a su dilatación. Al mismo tiempo, el
resorte de reajuste 26 se dilata. Debido a la dilatación de la fibra
de vidrio 22 se modifica el espectro de la luz que sale por el
extremo del lado de salida de la fibra de vidrio, lo cual puede
detectarse y registrarse por medio del espectrómetro 25.
Si la varilla de medición 15 se introduce después
en pequeña medida en la caja 11, se reduce la dilatación del
resorte 17 y con ello la fuerza ejercida por el resorte 17 sobre el
rodillo de inversión 20, de tal manera que debido a la fuerza de
reajuste elástica de la fibra de vidrio 22 el rodillo de inversión
20 experimenta un desplazamiento en la caja 11, lo cual se apoya
mediante la fuerza del resorte de reajuste 26.
Aunque en los dibujos se muestra una disposición
con resorte que con un movimiento de la varilla de medición 15
dirigido hacia fuera conduce a una fuerza de tracción en la fibra
de vidrio, la disposición también puede ser de tal manera que el
desplazamiento de la varilla de medición 15 dirigida hacia la caja
11 conduzca a una fuerza de tracción en la fibra de vidrio.
Claims (15)
1. Dispositivo para medir recorridos con una
pieza de anclaje (15) desplazable que registra el recorrido que hay
que medir, como mínimo un conductor de luz (22) que puede dilatarse
dependiendo del desplazamiento de la pieza de anclaje (15) y un
dispositivo de evaluación (25), mediante el cual pueden registrarse
las características de reflexión y trasmisión del conductor de luz
(22) que varían dependiendo de la dilatación, caracterizado
porque entre la pieza de anclaje (15) y el conductor de luz (22)
hay dispuesto un dispositivo de reducción en forma de un resorte
(17), que transforma el recorrido de desplazamiento de la pieza de
anclaje (15) en un recorrido de dilatación menor del conductor de
luz (22).
2. Dispositivo para medir recorridos según la
reivindicación 1, caracterizado porque el conductor de luz
comprende como mínimo una fibra conductora de luz (22).
3. Dispositivo para medir recorridos según la
reivindicación 2, caracterizado porque la fibra conductora
de luz (22) está sujeta en una caja (11) y está unida a una pieza
deslizante (20) que puede conducirse de manera desplazable en la
caja (11), en la que encaja el resorte (17).
4. Dispositivo para medir recorridos según la
reivindicación 3, caracterizado porque la pieza deslizante
presenta un rodillo de inversión (20) y porque la fibra conductora
de luz (22) discurre en forma de tubo en la caja (11).
5. Dispositivo para medir recorridos según la
reivindicación 3 ó 4, caracterizado porque la pieza
deslizante (20) presenta varillas de guía (21) que encajan en las
ranuras longitudinales (16) formadas en las paredes interiores de
la caja (11).
6. Dispositivo para medir recorridos según una de
las reivindicaciones 2 a 5, caracterizado porque la fibra
conductora de luz es una fibra de vidrio.
7. Dispositivo para medir recorridos según una
de las reivindicaciones 2 a 6, caracterizado porque la fibra
conductora de luz (22) está fijada a una pieza de sujeción
(13).
8. Dispositivo para medir recorridos según la
reivindicación 7, caracterizado porque la fibra de vidrio
(22) está adherida a un tubo capilar (23) sujeto a la pieza de
sujeción (13).
9. Dispositivo para medir recorridos según la
reivindicación 7 ó 8, caracterizado porque la pieza de
sujeción (13) se puede desplazar con relación a la caja (11) por
medio de un dispositivo de ajuste (24).
10. Dispositivo para medir recorridos según una
de las reivindicaciones 2 a 9, caracterizado porque la fibra
conductora de vidrio (22) está dispuesta en un retículo de
Bragg.
11. Dispositivo para medir recorridos según una
de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la
pieza de anclaje es una varilla de medición (15).
12. Dispositivo para medir recorridos según una
de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque el
conductor de luz (22) se sujeta con una tensión de tracción y
porque hay dispuesto un resorte de reajuste (26) que actúa
paralelamente a la fuerza de reajuste del conductor de luz (22).
13. Dispositivo para medir recorridos según la
reivindicación 12, caracterizado porque la constante de
muelle del resorte de reajuste (26) es esencialmente menor que la
constante de muelle del resorte (17).
14. Dispositivo para medir recorridos según la
reivindicación 12 ó 13, caracterizado porque el resorte de
reajuste (26) actúa entre la pieza deslizante (20) y la caja
(11).
15. Dispositivo para medir recorridos según una
de las reivindicaciones 1 a 14 para su utilización en un
extensómetro para medir y vigilar los movimientos en la mecánica de
rocas y suelos.
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1998
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- 1998-03-19 DE DE59811913T patent/DE59811913D1/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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EP0867688B1 (de) | 2004-09-08 |
EP0867688A3 (de) | 1999-07-07 |
EP0867688A2 (de) | 1998-09-30 |
DE59811913D1 (de) | 2004-10-14 |
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