Messung von Lageänderungen im Zentimeterbereich

[Kiwi87]

Hallo zusammen,
ich bin auf der Suche nach einem Sensor, der die vertikalen Verformungen (Größenordnung: mehrere Zentimeter) einer Brücke mit einer Genauigkeit von ca. 10mm erfassen und (in Echtzeit) ausgeben kann. Optische Sensoren scheinen zu ungenau zu sein. Wegaufnehmer möchte ich aus verfahrenstechnischen Gründen nicht einsetzen. Meine - zugegeben auf dem Gebiet der Sensorik laienhafte - Vorstellung war zunächst, einen Beschleunigungsmesser anzubringen, der mir dann durch doppelte Integration die vertikalen Weggrößen ausgibt. Nach Studium einiger hier diskutierter Threads scheint dies aufgrund der sich potenzierenden Messfehler nicht möglich zu sein (korrigiert mich, wenn ich falsch liege). Vielleicht kann mir jemand helfen und mir sagen, ob es noch andere Messinstrumente gibt, an die ich noch nicht gedacht habe und die Messwerte in der gewünschten Genauigkeit liefern. Vielen Dank schonmal!

[oberallgeier]

.. Suche nach einem Sensor, der die vertikalen Verformungen (Größenordnung: mehrere Zentimeter) einer Brücke mit einer Genauigkeit von ca. 10mm erfassen .. Optische Sensoren scheinen zu ungenau zu sein ..

Mal nur zum Verständnis: welchen Fixpunkt hast Du (Aristoteles: ".. gebt mir einen Punkt im Universum ..") von dem aus Du die (- relativ dazu -) Verformung der Brücke messen willstkönntestsolltest? Abstand Sensor - Mess-Bezugspunkt ? Brücken sind von recht unterschiedlicher Bauart: aufgeständert, abgehängt oder frei tragend. Welches System meinst Du? Wenn z.B. aufgeständert - wie willst Du u.a. die beachtliche Bewegung des Auflagepunkts durch thermische Einflüsse am Pfeiler eliminieren. Dazu noch weitere Fragen - das Problem ist ziemlich unklar definiert.

Lösung am Beispiel Storebæltsbroen: ein extrem biegesteifes eineinhalb Kilometer langes Lineal (CFK"Blech" hochkant mit zwei spitzen "Beinen" am Ende) als "Hilfsbrücke" über die beiden Brückenpunkte unter/über den Hautauflagen legen. In der Mitte ne feste Rolle an die CFK-Messbrücke. Ein Haken in die Brücke/Fahrbahn, Schnur dran festknoten, Schnur über Rolle, ans andere Ende n Gewicht hängen. Den Abstand als Drehwinkel der Rolle mit Encoder messen und fernmelden. Dürfte bis hohe Windstärken (bzw. deren Schwingungserregung) funktionieren.

[witkatz]

einem Sensor, der die vertikalen Verformungen (Größenordnung: mehrere Zentimeter) einer Brücke mit einer Genauigkeit von ca. 10mm erfassen

Geht es um langsame statische Verformungen, oder um Schwingungen? Wäre die Schwingungsanalyse per FFT ein Themengebiet, in das du dich demnächst einarbeiten möchtest?

[Kiwi87]

Sorry, ich gebe noch ein paar mehr Details: Bei den Brücken handelt es sich um Balkenbrücken aus Stahlbeton, die abgebrochen werden. Um auszuschließen, dass der noch nicht abgebrochene Restüberbau sich beim Abbruchvorgang zu stark vertikal verformt oder gar zusammenbricht, sollen diese Verformungen während des Abbruchs aufgezeichnet werden. D. h. der Sensor muss nicht permanent überwachen, sondern "nur" während des Abbruchs. Je nach Abbruchphase werden entweder die Bewegungen am Kragarm oder (bei kurzem Kragarm) die Bewegungen in Mitte des nächsten Feldes maßgebend. Unterhalb der Brücke steht ein Abbruchgerüst, von dem aus der Kragarm bzw. das nächste Feld gestützt wird und das das Abbruchgut aufnimmt. Dort könnte auch auf einer Art horizontal verschieblichen Konsole ein Sensor platziert werden. Vertikaler Abstand zwischen Sensor und Überbauunterkante liegt bei ca. 2m. Der Sensor hat lediglich eine Kontrollfunktion. Eine Berechnung der maximal auftretenden Verformung der Brücke und des Gerüstes wird im Zuge der statischen Untersuchungen ohnehin geführt. Bewegungen aus Temperatur usw. sind da mit eingeschlossen. Ich würde also einen kritischen Wert festlegen oberhalb dessen ich mit dem Abbruch aussetze, wenn dieser überschritten wird.
@witkatz: Die Bewegungen sind statisch, nicht dynamisch, daher erübrigt sich die Frage, denke ich (FFT sagt mir allerdings auch nicht viel ).

[oberallgeier]

[OT]Ach Herrjee, wieder ein hunderter Beiträge 7300 voll - da muss ich ja ordentlich antworten[/OT]

.. FFT sagt mir allerdings auch nicht viel ..

Na Wikipedia würde helfen: Fast Fourier Transformation - sagen wa mal - ein Werkzeug zur Schwingungsanalyse

.. ein paar mehr Details: .. Balkenbrücken aus Stahlbeton, die abgebrochen werden. Um auszuschließen, dass der noch nicht abgebrochene Restüberbau sich beim Abbruchvorgang zu stark vertikal verformt oder gar zusammenbricht, sollen diese Verformungen während des Abbruchs aufgezeichnet werden ..

Hmmm. Schickes Vorhaben, klevere Frage.

Was meinst Du dazu: irgendwo am Ende des verbliebenen Auskrags (oder so weit davor, dass es noch nicht lebensgefährlich ist) kommt ein Laserpointer mit stetigem Strahl hin - aufgebockt, festgeschraubt etc; der muss auf einen >passenden< Fixpunkt leuchten. Ein Fixpunkt im wesentlichen senkrecht drunter wäre also sehr unpassend. Mit dem Projektionspunkt hat man erstmal ne optische Anzeige was los ist (wenn kein Nebel oder schwerer Smog herrscht UND wenn nix dazwischen liegt). Es scheint mir sehr unwahrscheinlich dass der letzte Teil des Auskrags bei beginnendem Zusammen-/Abbrechen seine Ausrichtung beibehält <=> wenn sich der Laserpunkt bewegt dann tut sich was. Mit ein paar Lichtsensoren kann man Verbleib des Lichtflecks - oder dessen Verschiebung - messen und weiterleiten. Wie geschrieben - bei unsichtigem Wetter klappts nicht :-/

Und ?

[i_make_it]

ich verstehe grade nicht, warum optische Sensoren zu ungenau sein sollen.
Ein Beispiel wo nur noch optische Sensoren für die Messung vertikaler Unterschiede genommen werden, sind Planierraupen und Straßenhobel die eine Fläche gleichmäßig auf ein einheitliches Nivau bringen sollen.

Nimm dir einen Laserpinter mit Kolliminator Optik um eine Divergenz des Strahls zu vermeinden/minimieren.
Dann mach Dir einen Stab mit lauter Fotodioden die zueinader mit Blenden (Kartonstreifen) gegen Streulicht abgeschirmt sind.
Den Laser an einem Wiederlager der Brücke montieren so das er waagerecht strahlt und dann an der Enstsprechenden Stelle auf der Brücke den Sensor senkrecht aufstellen.
Die erreichbare Auflösung hängt von der größe der Fotodioden ab.
Wenn Du eine Scannerzeile (z.B. aus einem Flachbettscanner) nimmst, kann das auch im Bereich von 600DPI gehen, also Änderungen von von 0,04mm werden detektiert.
Bei Forotodioden mit 4mm Durchmesser, wären halt Änderungen ab 4mm erfassbar.

es ist dabei auch egal ob nur eine Fotodiode oder mehrere beleuchtet werden.
Mann prüft ja nur wo der Übergang ist und stellt dann fest ob sich das verschiebt.
Wenn also bei der Scannerzeile 80 Elemente gleichzeitig beleuchtet werden, verschiebt sich der Hell/Dunkel Übergang trotzdem immer nur um eins auf einmal (Wie schnell das geschieht ist was anderes).

Als fertiges Gerät sieht man sowas wenn man nach "laser screed" googled.
Da ich nicht aus dem Baugewerbe bin, kenn ich da keinen professionellen Liefernaten.
Aber das sollte kein Ding der Unmöglichkeit sein das rauszubekommen.

[Peter(TOO)]

Hallo Kiwi87,

Es gibt jede Menge Möglichkeiten mit einem Laser:
Die von i_make_it beschriebene Methode ist sicher einfach umzusetzen.

Im Prinzip kann man auch direkt senkrecht von Oben oder Unten Messen. Mit einem Interferometer könnte man sogar eine Auflösung im µm-Bereich erzielen.

Eine andere Möglichkeit wäre noch mit einem Spiegel, welchen man an der Brücke anbringt. Leuchtet man nicht senkrecht auf den Spiegel ist die Lage des erzeugten Lichtpunktes eine einfache geometrische Funktion.

Weitere Möglichkeiten wären noch eine Abstandsmessung mit Ultraschall oder Radar. Wobei US so seine Probleme mit dem Wetter hat. Je nach Temperatur, Luftdruck und Luftfeuchte ist die Schalllaufzeit unterschiedlich. Kann man natürlich mit einer bekannten Referenzstrecke kompensieren.

Grundsätzlich kannst du dir auch einmal überlegen, wie du Dreiecke bilden kannst, welche bei entsprechender Durchbiegung dann eine Längenänderung der Seiten bekommen.

Das grösste Problem dürfte die Robustheit gegenüber Dreck und Wetter, die einfache Montage und das Einjustieren sein, das muss je nach Bauabschnitt immer wieder versetzt werden.

MfG Peter(TOO)

[wkrug]

Ultraschall und Radar waren auch meine ersten Gedanken, da das Ganze ja Wetterfest sein soll.
Wobei ich denke, das ein System mit einem Träger und Phasenverschiebung hier wohl die beste Idee wäre.
Ein Teil der Welle erreicht direkt den Empfänger, der zweite Teil ist die Reflexion des zu Überwachenden Bauteils.
Anhand der Phasenverschiebung kann man dann die Änderung des Abstandes berechnen.
Moduliert man den Träger kriegt man dann sogar noch eine Grob und eine Feinauflösung.

[Peter(TOO)]

Hallo,

Ultraschall und Radar waren auch meine ersten Gedanken, da das Ganze ja Wetterfest sein soll.

Möglichkeiten gibt es viele.
Das Hauptproblem ist immer die Anwendbarkeit im Feld. Da muss man sich aber zuerst mit den Umgebungsbedingungen auseinandersetzen.

Die Beton-Balkenbrücken sind meistens hohl, da hätte man einen Nebelfreien Tunnel für den Laser. Allerdings sind diese Brücken nicht immer Gerade

MfG Peter(TOO)

[Mxt]

Hallo,

ich habe noch nicht verstanden, ob es jetzt darum geht billig was zu basteln, oder etwas fertiges zu kaufen.

Natürlich gibt es fertige Messgeräte zur Überwachung von Brücken, Staudämmen usw., sowohl im Dauerbetrieb, als auch auf der Baustelle. Die Firma Leica Geosystems z.B. hat sowas.