Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung betrifft eine Sensoreinheit zur kontinuierlichen Überwachung des Korrosionszustandes, der Korrosionsgeschwindigkeit von Bauwerken und der beeinflussenden Parameter nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung einer Sensoreinheit zur kontinuierlichen Korrosionsüberwachung von Bauwerken nach dem Oberbegriff des unabhängigen Verfahrensanspruchs.
Stand der Technik
[0002] Korrosion an Bauwerken ist die Hauptursache für die hohen Kosten für deren Instandsetzung und für die oft stark verringerte Lebensdauer. Um den Zeitpunkt der Korrosionsinitiierung, die Korrosionsgeschwindigkeit und die beeinflussenden Parameter, wie Betonfeuchtigkeit, Temperatur, Chloridgehalt zu erfassen, wurden verschiedene Sensorsysteme entwickelt und intensiv an Bauwerken eingesetzt.
Die Messung dieser Sensoren erfolgte bisher durch Einzelmessungen in regelmässigen Zeitabständen. In neueren Arbeiten konnte gezeigt werden, dass eine Vorhersage der weiteren Schadensentwicklung nur möglich ist, wenn die Messungen kontinuierlich durchgeführt werden. Die Interpretation der schwankenden Messgrössen aufgrund täglicher und saisonaler Veränderungen der klimatischen Grössen, Temperatur und Feuchtigkeit ist nur möglich, wenn mehrere Messwerte pro Tag aufgezeichnet werden. Nur so sind zuverlässige Aussagen über die weitere Entwicklung des Schadensverlaufs, die Erstellung von Prognosen, die optimale Planung von Instandsetzungsmassnahmen oder die Überwachung der Wirksamkeit von Instandsetzungsmassnahmen möglich.
Bei Einzelmessungen in periodischen Abständen von Tagen, Monaten oder Jahren können die momentanen Gegebenheiten bei der Messung die längerfristige Entwicklung überdecken.
[0003] Das Messsystem basiert auf einem Datenlogger und verschiedenen Sensorelementen für Korrosionsinitiierung, Korrosionsgeschwindigkeit, Betonleitfähigkeit, Temperatur und Chloridgehalt. Mehrere Datenlogger können über ein Bussystem miteinander verbunden werden, um verschiedene Elemente des Bauwerks überwachen zu können und eine ganzheitliche Aussage über den Korrosionszustand zu erhalten. Aus der Bauwerksüberwachung ist zudem bekannt, dass die gemessenen Parameter durch eine Fernüberwachung abgefragt werden können, um kontinuierlich über deren Zustand informiert zu sein. Dafür werden vor allem Mobilfunknetze genutzt, aber auch der Einsatz von Satelliten ist bekannt.
Weiter ist auch die Verwendung von Alarmwerten gebräuchlich, welche beim Erreichen von kritischen Bedingungen die Durchführung von Massnahmen erfordern.
[0004] Die Problematik bei den bisher eingesetzten Systemen für die kontinuierliche Überwachung des Korrosionszustandes besteht in der Verkabelung des Bauwerks. Einerseits mussten die Sensorelemente mit dem Datenlogger verbunden werden und andererseits musste der Datenlogger an eine Stromquelle angeschlossen und mit den anderen Datenloggern verbunden werden. Dies bedeutete einen erheblichen Aufwand für die Installation des Messsystems, erforderte geschultes Personal, und die Kabel beeinträchtigen in vielen Fällen die Ästhetik des Bauwerks.
Dies hatte zur Folge, dass das Überwachungssystem teuer in der Installation und die Akzeptanz wegen der optischen Beeinträchtigung gering waren.
[0005] Es sind verschiedene Typen von Sensorelementen bekannt. Sie bestehen oft aus einem Träger für die einzelnen Sensoren. So können Widerstandssensoren, Chloridsensoren, Referenzelektroden und Sensoren für die Messung der Korrosionsgeschwindigkeit auf einem Träger kombiniert sein. Es ist aber auch möglich, diese Sensoren einzeln auf einem Träger zu installieren. Die Sensorelemente können entweder vor dem Betonieren in das Bauwerk eingebracht werden oder nachträglich an bestehenden Strukturen in Kernbohrungen eingemörtelt oder eingespannt werden. In gewissen Fällen wurden auch Bohrkerne von bestehenden Bauwerken mit Sensoren bestückt und wieder eingebaut (Schiegg).
Die Sensoren wurden dann mittels Kabel mit dem Datenlogger verbunden. Die Problematik bei diesen Sensorelementen besteht darin, dass eine Fachperson für die Installation der empfindlichen Sensorelemente am Bauwerk, die Verlegung der Anschlusskabel und für den korrekten Anschluss an den Datenlogger erforderlich ist. Weiter besteht die Gefahr, dass sie während dem Betonieren beschädigt werden. Demzufolge hat auch die Installation der Sensorelemente einen hohen Aufwand an Kosten und Koordination während dem Bau zur Folge.
Die im Beton verlegten Kabel beinhalten zudem die Gefahr, dass Betonporenlösung durch die Kapillarwirkung der Kabelmäntel aufgesaugt wird, in Kabelanschlüsse gelangt und dort Korrosion auslöst, oder die Lebensdauer der Kabelisolation durch den hohen pH-Wert beeinträchtigt wird.
Darstellung der Erfindung
[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und kostengünstige Installation zur Überwachung des Korrosionszustands von Bauwerken zu ermöglichen.
[0007] Erfindungsgemäss wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs erreicht.
[0008] Kern der Erfindung ist, dass der Träger der Sensoreinheit gleichzeitig als Kabelkanal, Installationseinheit, Steckeranschluss und Bewehrungsanschluss wirkt.
Der Einbau der Sensoreinheit erfordert keinerlei Verkabelungen oder Installationen.
[0009] Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Installation der Sensoreinheit keine Verkabelung erfordert und dadurch schnell und einfach ist. Sie erfordert keinerlei technische Kenntnisse und kann direkt durch das Baustellenpersonal vorgenommen werden.
[0010] Durch die kabellose Datenübertragung an eine Zentraleinheit und durch die unabhängige Stromversorgung wird die Ästhetik des Bauwerks nur minimal beeinträchtigt und der Installationsaufwand ist gering. Auch nachträgliche Installation oder Nachrüstung eines Bauwerks mit zusätzlichen Sensoreinheiten ist problemlos möglich und erfordert nur minimalen Aufwand.
[0011] Die Sensoreinheit besteht aus einem Träger, welcher gleichzeitig verschiedene Funktionen wahrnimmt. Er ist einerseits der Träger für die verschiedenen Sensoren.
Da er aus einem Hohlprofil oder einem U-Profil besteht, können die Verbindungskabel zu den Sensoren im Inneren geführt werden. Somit sind die Kabel vor der stark alkalischen Betonporenlösung und vor den rauen Bedingungen bei der Installation und während dem Betonieren geschützt. Die Kabel im Inneren des Hohlprofils werden direkt auf einen Stecker geführt. Dieser kann ebenfalls am Träger installiert sein. Der Träger kann über eine Klemmverbindung direkt an die Bewehrung angeschlossen werden. Dadurch wird einerseits eine solide Befestigung während dem Betonieren erreicht. Andererseits wird gleichzeitig ein elektrischer Anschluss an die Bewehrung erreicht, welche bei gewissen Sensoren als Kathode wirkt. Die Verwendung der Bewehrung als Kathode ist wesentlich, da die Kathodenfläche eine mindestens fünfzig Mal grössere Fläche als die Anode aufweisen muss.
Bei Sensoren, welche eine Oberfläche aus nichtrostendem Stahl als Kathode verwenden, wird die Korrosionsgeschwindigkeit unterschätzt. Für die Installation vor dem Betonieren kann der Träger zusätzlich an der Schalung befestigt werden. Die Installation der Sensoreinheit entspricht damit exakt jener eines Erdungsanschlusses. Dieser Arbeitsschritt ist gebräuchlich und kann einfach durch das Baustellenpersonal vorgenommen werden. Idealerweise weist die Sensoreinheit zusätzlich eine Unterputz-Buchse mit Deckel auf, welche die Steckverbindung vor Witterungseinflüssen schützt.
[0012] Idealerweise wird die Sensoreinheit in Kombination mit einem Datenlogger betrieben, welcher mit einer unabhängigen Stromversorgung ausgerüstet ist und die Daten mittels kabelloser Übertragung an eine Zentraleinheit sendet.
Damit entfallen sämtliche Verkabelungen am Bauwerk und die Installation von Sensoreinheit und Datenerfassung stellt nur einen minimalen Aufwand dar. Weiter sollen Datenlogger und Sensoreinheit mit entsprechenden Steckeranschlüssen ausgerüstet sein, dass die Verkabelung und/oder die Inbetriebnahme der Sensoreinheit und/oder des Datenloggers durch einfaches Einstecken erfolgt. Die Konfiguration erfolgt über Fernsteuerung von einem beliebigen Ort über die Zentraleinheit. Die Zentraleinheit ist im Bereich des Bauwerks lokalisiert. Ihre Funktion besteht im Sammeln der Daten von den verschiedenen Datenloggern, welche zusammen mit den Sensoreinheiten am Bauwerk installiert sind.
Von der Zentraleinheit werden die Daten über ein beliebiges Kabel, Funknetz oder eine Satellitenverbindung an den Bestimmungsort gesandt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0013]
<tb>In Fig. 1<sep>ist das Messsystem für die Datenerfassung mittels kabelloser Datenübertragung und unabhängiger Stromversorgung gezeigt.
<tb>In Fig. 2<sep>ist der Aufbau der Sensoreinheit für die Installation vor dem Betonieren und deren Anschluss an den Datenlogger gezeigt.
<tb>In Fig. 3<sep>ist der Aufbau der Sensoreinheit für den nachträglichen Einbau in einem bestehenden Bauwerk und deren Anschluss an den Datenlogger gezeigt.
Weg zur Ausführung der Erfindung
[0014] Fig. 1 zeigt das Messsystem umfassend eine Zentraleinheit 1, einen Computer 2 und Datenlogger 3. Die Zentraleinheit 1 kommuniziert über eine Kabel- oder funkgebundene Datenverbindung 20 mit dem Computer 2 und wird mit einer Solaranlage mit Akkumulatoren oder vom Stromnetz elektrisch versorgt. Weiter kommuniziert die Zentraleinheit mit den Datenloggern 3, welche bei den Sensoreinheiten 4 auf einem Bauwerk 5 installiert sind. Vom Computer 2 können Steuersignale über die Zentraleinheit an die Datenlogger gesandt werden. Umgekehrt werden die Daten der Logger an die Zentraleinheit gesandt und von dort an den Computer 2 geleitet.
Der Computer 2 nimmt die Berechnung, Auswertung, Archivierung und Weiterleitung der Daten vor. Indem die Datenübertragung zwischen der Zentraleinheit 1 und den Datenloggern 3 optimiert wird, kann der Stromverbrauch für die Kommunikation stark verringert werden. Dies wird durch Datenaustausch zwischen der Zentraleinheit 1 und den Datenloggern 3 in fest vorgegebenen Intervallen erreicht. Zusammen mit dem gezielt geringen Stromverbrauch der Datenlogger 3 und langlebigen Lithiumbatterien können Betriebsdauern von mehreren Jahren oder sogar Jahrzehnten erreicht werden.
[0015] In Fig. 2 ist eine Sensoreinheit 4 gezeigt, deren Träger 6 vor dem Betonieren mit einem Anschluss 7 an der Bewehrung 8 des Bauwerks befestigt wird. Dieser Anschluss 7 erfolgt idealerweise durch Klemmen, Spreizen, Schrauben, Dübeln, Löten, Schweissen oder mittels eines eingetriebenen Bolzens.
Der Anschluss 7 ist am Träger 6 derart montiert, dass die Einbautiefe der vorgesehenen Überdeckungshöhe angepasst werden kann. Idealerweise erfolgt dies über eine Nut, einen Schlitz oder einfach eine frei bewegliche Klemmung direkt am Träger 6. Der Träger 6 besteht aus einem Material, welches in der stark alkalischen Betonporenlösung beständig ist. Er kann aus Kunststoff oder Metall bestehen. Wenn das Material aus einem elektrisch leitenden Werkstoff besteht, wie nichtrostendem Stahl, Titan, Stahl, oder karbonfaserverstärktem Kunststoff, kann der Träger 6 zusätzlich die Funktion des Bewehrungsanschlusses übernehmen. Durch das Befestigen des Trägers 6 mit dem Anschluss 7 an der Bewehrung 8 wird in diesem Fall sofort auch ein elektrischer Bewehrungsanschluss erstellt.
Der Träger 6 ist derart geformt, dass keine bevorzugten Transportwege für Schadstoffe durch den Beton entstehen. Im Bereich von Sensoren 11 der Sensoreinheit 4 sind keine Durchführungen durch die Betonoberfläche vorhanden.
[0016] Am Träger kann zusätzlich eine Buchse 9 befestigt sein, welche mit einem Deckel verschlossen sein kann und wodurch das Eindringen von Beton oder Wasser und Verunreinigungen verhindert wird. Diese Buchse 9 kann bei der Installation der Sensoreinheit 4 an der Schalung festgenagelt werden. Die Kabel 10 für den elektrischen Anschluss der verschiedenen Sensoren 11 sind entlang des Trägers 6 geführt, welcher idealerweise ein Hohlprofil oder ein U-Profil aufweist. Diese Kabel 10 sind entlang des Trägers 6 zur Buchse 9 geführt, wo sie an einen Stecker 12 angeschlossen sind. Dieser Stecker kann direkt am Träger 6 installiert sein.
Die Kabel 10 können aber auch aus dem Träger 6 herausgeführt und der Stecker 12 kann am Kabelende installiert sein. Die Kabel 11 sind dabei idealerweise in einer gemeinsamen Isolation geführt und bereits werkseitig mit den erforderlichen Elementen, wie Gummidichtung und Mutter, für die Durchführung durch eine Stopfbuchse 13 versehen. Wesentlich ist, dass keine Kabel 10 frei durch den Beton verlegt sind. Durch die Führung der Kabel entlang des Trägers sind Verletzungen während dem Betonieren nahezu vollständig ausgeschlossen. Im Falle eines Trägers 6, der aus einem Hohlprofil besteht, sind die Anschlusspunkte und die Kabel komplett vor der aggressiven Betonporenlösung geschützt. Dadurch kann eine hohe Lebensdauer der Sensoreinheit 4 sichergestellt werden.
Idealerweise werden Öffnungen im Träger 6, welche für die Installation der Sensoren 11 und die Einführung der Kabel 10 erforderlich sind, mittels Stopfen verschlossen, verschraubt, zugeschweisst, zugeklebt oder anderweitig verschlossen. Eine weitere Möglichkeit besteht im Vergiessen mit einem Kunstharz, beispielsweise Epoxidharz, der Beschichtung des gesamten Trägers 6 mit einem Anstrich oder der Kombination der verschiedenen genannten Verschlussmöglichkeiten.
[0017] Nach dem Betonieren kann an dem Stecker 12 der Datenlogger 3 angeschlossen werden. Die Verkabelung kann dabei derart ausgestaltet sein, dass durch das Anschliessen der Datenlogger direkt in Betrieb genommen wird, wodurch Fehlmanipulationen durch ungeschultes Personal ausgeschlossen sind. Der Datenlogger wird wasserdicht und witterungsbeständig installiert.
Der erforderliche Witterungsschutz wird dabei idealerweise durch ein Gehäuse 14 erreicht. Dieses Gehäuse 14 kann über der Buchse 9 installiert werden, wodurch ein zusätzlicher Witterungsschutz des Steckers 12 erreicht wird. Dabei kann die Befestigung des Gehäuses 14 direkt an dafür vorgesehenen Elementen der Buchse 9, wie zum Beispiel Gewinde, erfolgen. Das Gehäuse 14 kann aber auch am Bauwerk 5 montiert werden. Die Kabel 10 werden dicht in das Gehäuse 14 geführt. Diese Einführung kann durch Vergiessen oder Schäumen der Durchführung oder durch eine Stopfbuchse 13 erfolgen. Idealerweise ist die Stopfbuchse 13 vor direkter Bewitterung geschützt, indem sie beispielsweise auf der Rückseite des Gehäuses 14 installiert wird. Durch Verfüllen der Buchse 9 mit Kunststoff oder Dichtmaterial kann eine weitere Verbesserung der Dichtwirkung erreicht werden.
Das Gehäuse 14 ist derart ausgebildet, dass ein einfaches Austauschen des Datenloggers 3 möglich ist. In Fig. 3 ist eine Sensoreinheit 4 gezeigt, welche nachträglich in ein Bauwerk 5 eingebaut wurde. Dazu wurde aus dem Bauwerk 5 ein Bohrkern entnommen. In diese Öffnung wird ein vorbetonierter zylindrischer Block eingemörtelt, welcher die Sensoreinheit 4 enthält. Die Sensoreinheit 4 ist analog zur Fig. 2 aus einem Träger 6 aufgebaut, welcher als Führung für die Kabel 10 dient. Die gezeigte charakteristische U-Form des Trägers 6 dient der Verhinderung von bevorzugten Stofftransportwegen im Bereich der Sensoren 11. Dadurch soll ein möglichst realitätsnahes Verhalten erreicht werden. Im gezeigten Beispiel werden die Kabel 10 in einen Stecker 12 geführt.
Dieser Stecker 12 wird durch die Rückwand witterungsgeschützt in das Gehäuse 14 geführt und am Datenlogger 3 angeschlossen, was durch die Verwendung eines Rahmens 15 als Abstandhalter möglich ist. Durch Verlängerung des Trägers 6 auf der Betonoberfläche wird erreicht, dass keine offenen Kabel vorliegen und dass das Gehäuse 14 den Stofftransport im Bereich der Sensoren 11 nicht signifikant beeinflusst. Durch Verfüllen des Rahmens 15 mit Kunststoff oder Dichtmaterial kann eine weitere Verbesserung der Dichtwirkung erreicht werden. Der Anschluss an die Bewehrung 8 muss getrennt erfolgen. Idealerweise wird dieser Kontakt unter dem Gehäuse 14 mit einem Anschlusskabel 16 vorgenommen. Eine Alternative ist die Kontaktierung im Loch der Kernbohrung an ein durchgetrenntes Bewehrungseisen.
Diese Kontaktierung kann beispielsweise durch Punktschweissung, Löten, Klemmen oder Schrauben erfolgen. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das gezeigte und beschriebene Anwendungsbeispiel beschränkt. So kann der Träger auch eine zylinderförmige Sensoreinheit bilden, welche direkt in eine Kernbohrung an einem Bauwerk eingemörtelt wird und über eine dünne Mörtelschicht Kontakt zwischen Sensor und dem Originalbeton macht. Dadurch wird die Situation im Originalbeton untersucht. Weiter kann sich die gezeigte planare Darstellung der Träger 6 durch Verdrehen auch in die dritte Dimension erstrecken. Dadurch wird eine breitere Staffelung der Sensoren erreicht. Weiter kann der Stecker bei beiden gezeigten Darstellungen direkt am Datenlogger 3 installiert sein und der Datenlogger 3 kann auch gleichzeitig die Funktion des Gehäuses 15 übernehmen.
Das Gehäuse 15 wäre in diesem Fall nicht mehr benötigt.
[0018] Wesentlich ist zudem, dass der Träger gleichzeitig als Kabelkanal und Träger der Sensoren benutzt wird und dass er derart ausgebildet ist, dass er keinen bevorzugten Stofftransport im Bereich der Sensoren ermöglicht.
Technical area
The invention relates to a sensor unit for continuous monitoring of the corrosion state, the corrosion rate of structures and the influencing parameters according to the preamble of the first claim. The invention further relates to a method for producing a sensor unit for continuous corrosion monitoring of structures according to the preamble of the independent method claim.
State of the art
Corrosion of structures is the main cause of the high cost of their repair and often greatly reduced lifespan. In order to record the time of the corrosion initiation, the corrosion rate and the influencing parameters, such as concrete moisture, temperature, chloride content, various sensor systems were developed and intensively used on buildings.
The measurement of these sensors used to be done by individual measurements at regular intervals. Recent work has shown that it is only possible to predict the further development of damage if the measurements are carried out continuously. The interpretation of the fluctuating quantities due to daily and seasonal changes in climatic variables, temperature and humidity is only possible if several readings are recorded per day. This is the only way to obtain reliable information about the further development of the damage history, the preparation of forecasts, the optimal planning of repair measures or the monitoring of the effectiveness of repair measures.
In individual measurements at periodic intervals of days, months or years, the current conditions in the measurement can cover the longer-term development.
The measuring system is based on a data logger and various sensor elements for corrosion initiation, corrosion rate, concrete conductivity, temperature and chloride content. Several dataloggers can be interconnected via a bus system to monitor various elements of the structure and to obtain a holistic statement of the corrosion state. From the structure monitoring is also known that the measured parameters can be queried by a remote monitoring to be continuously informed about the condition. For this purpose, especially mobile networks are used, but also the use of satellites is known.
Furthermore, the use of alarm values is common, which require the implementation of measures when critical conditions are reached.
The problem with the systems used so far for the continuous monitoring of the corrosion state consists in the wiring of the building. On the one hand the sensor elements had to be connected to the data logger and on the other hand the data logger had to be connected to a power source and connected to the other data loggers. This involved considerable effort in installing the measuring system, requiring trained personnel, and in many cases the cables compromise the aesthetics of the structure.
As a result, the surveillance system was expensive to install and the acceptance due to optical degradation was low.
Various types of sensor elements are known. They often consist of a carrier for the individual sensors. Thus, resistance sensors, chloride sensors, reference electrodes and sensors for measuring the corrosion rate on a support can be combined. But it is also possible to install these sensors individually on a support. The sensor elements can either be introduced into the structure prior to concreting or subsequently mortared or clamped to existing structures in core bores. In certain cases, drill cores of existing structures were equipped with sensors and reinstalled (Schiegg).
The sensors were then connected by cable to the datalogger. The problem with these sensor elements is that a specialist is required for the installation of the sensitive sensor elements on the structure, the laying of the connection cables and for the correct connection to the data logger. Furthermore, there is a risk that they will be damaged during concreting. Consequently, the installation of the sensor elements has a high cost of costs and coordination during construction result.
The cables laid in the concrete also entail the risk that the concrete pore solution will be absorbed by the capillary action of the cable sheaths, get into cable connections and trigger corrosion there, or the life of the cable insulation will be impaired by the high pH value.
Presentation of the invention
The invention has for its object to enable a simple and inexpensive installation for monitoring the corrosion state of buildings.
This is achieved by the characterizing features of the first claim according to the invention.
Core of the invention is that the carrier of the sensor unit acts simultaneously as a cable channel, installation unit, connector and reinforcement connection.
The installation of the sensor unit requires no wiring or installations.
The advantage of the invention is that the installation of the sensor unit requires no wiring and is therefore quick and easy. It requires no technical knowledge and can be made directly by the site staff.
Due to the wireless data transmission to a central unit and the independent power supply, the aesthetics of the building is minimally affected and the installation cost is low. Even subsequent installation or retrofitting of a building with additional sensor units is easily possible and requires only minimal effort.
The sensor unit consists of a carrier which simultaneously performs various functions. He is on the one hand the carrier for the various sensors.
Since it consists of a hollow profile or a U-profile, the connecting cables can be routed to the sensors inside. Thus, the cables are protected against the highly alkaline concrete pore solution and the harsh conditions of installation and concreting. The cables inside the hollow profile are routed directly to a connector. This can also be installed on the carrier. The carrier can be connected directly to the reinforcement via a clamping connection. As a result, on the one hand a solid attachment during concreting is achieved. On the other hand, an electrical connection to the reinforcement is simultaneously achieved, which acts as a cathode in certain sensors. The use of the reinforcement as a cathode is essential, since the cathode surface must have an area at least fifty times larger than the anode.
For sensors using a stainless steel surface as the cathode, the corrosion rate is underestimated. For installation before concreting, the support can be additionally fastened to the formwork. The installation of the sensor unit thus corresponds exactly to that of a ground connection. This step is common and can be easily done by the site staff. Ideally, the sensor unit additionally has a flush-mounted socket with a lid, which protects the plug connection from the effects of weathering.
Ideally, the sensor unit is operated in combination with a data logger, which is equipped with an independent power supply and sends the data by means of wireless transmission to a central unit.
This eliminates all wiring to the building and the installation of sensor unit and data acquisition is only a minimal effort. Furthermore, the data logger and sensor unit should be equipped with appropriate plug connections that the wiring and / or commissioning of the sensor unit and / or the data logger is done by simply plugging , The configuration is made by remote control from any location via the central unit. The central unit is located in the area of the building. Their function is to collect the data from the various data loggers that are installed along with the sensor units on the building.
The central unit sends the data to the destination via any cable, radio network or satellite link.
Brief description of the drawings
[0013]
<tb> In Fig. 1 <sep>, the measuring system for data acquisition by means of wireless data transmission and independent power supply is shown.
<tb> In Fig. 2 <sep>, the structure of the sensor unit for pre-concreting installation and its connection to the data logger is shown.
<tb> In Fig. 3 <sep>, the structure of the sensor unit for retrofitting in an existing structure and its connection to the data logger is shown.
Way to carry out the invention
Fig. 1 shows the measuring system comprising a central unit 1, a computer 2 and data logger 3. The central unit 1 communicates via a cable or radio-bound data connection 20 with the computer 2 and is supplied with a solar system with batteries or electricity from the mains. Furthermore, the central unit communicates with the data loggers 3, which are installed on a building 5 in the sensor units 4. From the computer 2 control signals can be sent via the central unit to the dataloggers. Conversely, the data of the loggers are sent to the central unit and sent from there to the computer 2.
The computer 2 performs the calculation, evaluation, archiving and forwarding of the data. By optimizing the data transmission between the central processing unit 1 and the data loggers 3, the power consumption for the communication can be greatly reduced. This is achieved by exchanging data between the central unit 1 and the data loggers 3 at fixed intervals. Together with the deliberately low power consumption of the Datalogger 3 and long-life lithium batteries, operating times of several years or even decades can be achieved.
In Fig. 2, a sensor unit 4 is shown, the support 6 is fixed before concreting with a connection 7 to the reinforcement 8 of the building. This connection 7 is ideally carried out by clamping, spreading, screws, dowels, soldering, welding or by means of a driven bolt.
The connection 7 is mounted on the support 6 in such a way that the installation depth of the intended cover height can be adjusted. Ideally, this is done via a groove, a slot or simply a freely movable clamping directly on the carrier 6. The carrier 6 is made of a material which is stable in the highly alkaline concrete pore solution. It can be made of plastic or metal. If the material consists of an electrically conductive material, such as stainless steel, titanium, steel, or carbon fiber reinforced plastic, the carrier 6 can also take over the function of the rebar connection. By attaching the carrier 6 to the terminal 7 on the reinforcement 8, an electrical reinforcement connection is created immediately in this case.
The carrier 6 is shaped in such a way that no preferred transport paths for pollutants through the concrete arise. In the area of sensors 11 of the sensor unit 4, there are no passages through the concrete surface.
On the carrier, a bush 9 may be additionally attached, which may be closed with a lid and whereby the penetration of concrete or water and impurities is prevented. This bushing 9 can be nailed to the formwork during the installation of the sensor unit 4. The cables 10 for the electrical connection of the various sensors 11 are guided along the carrier 6, which ideally has a hollow profile or a U-profile. These cables 10 are guided along the carrier 6 to the socket 9, where they are connected to a plug 12. This plug can be installed directly on the carrier 6.
However, the cables 10 can also lead out of the carrier 6 and the plug 12 can be installed at the cable end. The cables 11 are ideally performed in a common isolation and already factory provided with the necessary elements, such as rubber seal and nut, for the implementation of a stuffing box 13. It is essential that no cables 10 are laid freely through the concrete. By guiding the cables along the support, injuries during concreting are almost completely eliminated. In the case of a carrier 6, which consists of a hollow profile, the connection points and the cables are completely protected from the aggressive concrete pore solution. As a result, a long service life of the sensor unit 4 can be ensured.
Ideally, openings in the carrier 6 required for the installation of the sensors 11 and the introduction of the cables 10 are plugged, bolted, sealed, sealed or otherwise closed by plugs. Another possibility is by casting with a synthetic resin, such as epoxy resin, the coating of the entire carrier 6 with a coat or the combination of the various closure options mentioned.
After concreting can be connected to the plug 12 of the data logger 3. The wiring can be designed in such a way that is taken directly by the connection of the data logger in operation, which mishandling by untrained personnel are excluded. The data logger is installed waterproof and weatherproof.
The required weather protection is ideally achieved by a housing 14. This housing 14 can be installed over the socket 9, whereby an additional weather protection of the plug 12 is achieved. In this case, the attachment of the housing 14 directly to designated elements of the socket 9, such as thread, done. The housing 14 can also be mounted on the building 5. The cables 10 are guided tightly into the housing 14. This introduction can be made by casting or foaming the bushing or by a stuffing box 13. Ideally, the gland 13 is protected from direct weathering, for example by being installed on the back of the housing 14. By filling the bush 9 with plastic or sealing material, a further improvement of the sealing effect can be achieved.
The housing 14 is designed such that a simple replacement of the data logger 3 is possible. In Fig. 3, a sensor unit 4 is shown, which was subsequently installed in a building 5. For this purpose, a core was taken from the structure 5. Into this opening is grouted a precast cylindrical block containing the sensor unit 4. The sensor unit 4 is constructed analogously to FIG. 2 from a carrier 6, which serves as a guide for the cable 10. The illustrated characteristic U-shape of the carrier 6 serves to prevent preferred mass transfer paths in the region of the sensors 11. This is intended to achieve the most realistic possible behavior. In the example shown, the cables 10 are guided in a plug 12.
This plug 12 is weatherproof protected by the rear wall in the housing 14 and connected to the data logger 3, which is possible by using a frame 15 as a spacer. By extending the carrier 6 on the concrete surface is achieved that there are no open cables and that the housing 14 does not significantly affect the mass transfer in the region of the sensors 11. By filling the frame 15 with plastic or sealing material, a further improvement of the sealing effect can be achieved. The connection to the reinforcement 8 must be made separately. Ideally, this contact is made under the housing 14 with a connection cable 16. An alternative is the contacting in the hole of the core hole to a severed rebar.
This contacting can be done for example by spot welding, soldering, clamping or screws. Of course, the invention is not limited to the application example shown and described. Thus, the carrier can also form a cylindrical sensor unit, which is mortared directly into a core hole on a building and makes a thin layer of mortar contact between the sensor and the original concrete. This examines the situation in the original concrete. Further, the illustrated planar representation of the carrier 6 may extend by twisting in the third dimension. This achieves a broader graduation of the sensors. Furthermore, the plug can be installed directly on the data logger 3 in both depictions shown, and the data logger 3 can also simultaneously assume the function of the housing 15.
The housing 15 would not be needed in this case.
It is also essential that the carrier is used simultaneously as a cable channel and carrier of the sensors and that it is designed such that it does not allow a preferred mass transfer in the area of the sensors.