DD155708A3

DD155708A3 - DEVICE FOR TOUCH-FREE MONITORING OF MOVEMENTS OF SOLID KOERPERS

Info

Publication number: DD155708A3
Application number: DD21917180A
Authority: DD
Inventors: Karl-Friedrich Gessner; Kurt-Johannes Klengel; Gunter Lange; Bernd Mueller
Original assignee: Gessner Karl Friedrich; Klengel Kurt Johannes; Gunter Lange; Bernd Mueller
Priority date: 1980-02-21
Filing date: 1980-02-21
Publication date: 1982-06-30
Also published as: RO82248B; PL229764A1; RO82248A; BG39091A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der beruehrungslosen Ueberwachung von Bewegungen fester Koerper, insbesondere Gebirgsteilen aus Fest- und Lockergestein, Bauwerkskoerpern usw. Ziel der Erfindung ist der Schutz von Personen und Sachwerten in bzw. auf Gebaeuden, Bauwerken, Verkehrswegen, unterirdischen Hohlraeumen gegenueber Gefahren, die durch die Bewegung von Gesteinsmassen, Bauwerken usw. entstehen. Es ist eine betriebssichere, wirtschaftliche Vorrichtung mit Warnanlage bekannter Bauart zu schaffen, die auf kritische relative dreidimensionale Bewegungen gefaehrdeter Objekte reagiert. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass mindestens ein bekannter beruehrungsloser Schalter so eingesetzt wird, dass ein metallischer Gegenstand an einem ersten Koerper und ein induktiver Initiator an einem zweiten Koerper sich gegenseitig beeinflussend an einer kinematisch kritischen Stelle angebracht sind und dass bei einer erwarteten kritischen Bewegung eines der beiden Koerper der metallische Gegenstand aus dem Ansprechbereich des induktiven Initiators geraet, wodurch Alarmsignale ausgeloest werden.The invention relates to the field of contactless monitoring of movements of solid bodies, in particular mountain parts of solid and loose rock, Bauwerkskoerpern, etc. The aim of the invention is the protection of persons and property in or on buildings, structures, roads, underground cavities against hazards caused by the movement of rock masses, structures, etc. It is a reliable, economical device with a warning device of known type to create, which responds to critical relative three-dimensional movements of endangered objects. According to the invention, the object is achieved in that at least one known non-contact switch is used such that a metallic object on a first body and an inductive initiator on a second body are mutually influencingly attached to a kinematic critical location and that at an expected critical movement one of the two bodies of the metallic object geraet from the response range of the inductive initiator, whereby alarm signals are triggered.

Description

219 17 1-*-219 17 1 - * -

Titel der Erfindung Title of the invention

Vorrichtung zur berührungslosen Überwachung von Bewegungen fester KörperDevice for non-contact monitoring of movements of solid bodies

Anwendungsgebiet der Erfindung Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur ber'ührungslosen Überwachung von Bewegungen fester Körper¹, insbesondere Gebirgsteilen aus Fest- und Lockergestein, Bauelementen, Bauwerkskörpern, Schutz- und Sicherungseinrichtungen, wasser- und bergbaulichen Anlagen im weitesten Sinne oder anderen Objekten, vorzugsweise in Rutschungs-, Hebungs- und Senkungsgebieten,The invention relates to a device for non-contact monitoring of movements of solid body ¹ , in particular mountain parts of solid and loose rock, building elements, building structures, protection and safety devices, water and mining facilities in the broadest sense or other objects, preferably in landslides, Elevation and subsidence areas,

Characteristic of the known technical solutions

Ss ist bekannt, daß man die relative Bewegung zwischen zwei oder mehreren. Gesteinskörpern, Bauteilen verschiedener Konstruktion und anderen Objekten mittels" mechanischer, hydraulischer· und elektrischer Meßeinrichtungen ermitteln kann, welche mit Geräten zum Anzeigen, Aufzeichnen und Registrieren der Verschiebung sowie mit Warnanlagen unterschiedlicher Art gekoppelt sein können₈ Diese Bewegungen können ein plötzliches Zubruchgehen von technischen oder geologischen Körpern oder solche Verformungen betreffen, die langfristig oder phasenhaft vor sich gehen und zu irgendeinem Zeitpunkt mit oder¹ ohne Bruch beendet werden.It is known that the relative movement between two or more. Rock bodies, components of various construction and other objects by means of "mechanical, hydraulic and electrical measuring devices which may be coupled to devices for displaying, recording and registering the displacement as well as warning systems of various types. ₈ These movements may involve a sudden loss of technical or geological relate to bodies or such deformations that go long or phase-way forward and be terminated at any time with or ^one without breaking.

.. ₂ _ - 219 17 1.. ₂ _ - 219 17 1

Bisher werden diese Bewegungen einmal durch metrische und geodätische Methoden oder mechanische Einrichtungen wie Setzdehnungsmesser, Extensometer verschiedenster Bauart, Gleitflächen-Indikatoren, Felsspione, Fissurometer und einen pendelnden Klöppel ermittelt, der in einem offenen glockenförmigen Körper untergebracht ist und je nach Bewegung des Objektes eine Verschiebung erfährt. Der Klöppel regt seinerseits Distanzmeßfühler, Reckdrähte und ähnliche .technische Einrichtungen an. Die Meßfühler der letztgenannten Meßvorrichtungen können die Lageänderungen des Klöppels erfassen, über elektrische Impulse einer entfernt liegenden Zentrale signalisieren und eine Alarmanlage ansteuern. Diese recht aufwendigen mechanischen Verfahren gestatten oft nur eine diskontinuierliche Erfassung ein- oder zweidimensionaler Bewegungen, was durch das Funktionsprinzip, bei dem bestimmte Kontakte verschoben, Reiß- oder Reckdrähte zertrennt, Litzen bzw, Distanzhalter zerbrochen werden, bedingt ist.So far, these movements are determined once by metric and geodetic methods or mechanical devices such as setting strain gauges, extensometers of various designs, sliding surface indicators, Fel spies, fissurometers and a pendulum beater, which is housed in an open bell-shaped body and undergoes a shift depending on the movement of the object , The clapper in turn stimulates Distanzmeßfühler, stretch wires and similar .technische facilities. The sensor of the latter measuring devices can detect the changes in position of the bobbin, signal via electrical impulses a remote center and control an alarm. These elaborate mechanical methods often allow only a discontinuous detection of one- or two-dimensional movements, which is due to the functional principle in which certain contacts moved, tearing or stretching wires severed, strands or spacers are broken, is conditional.

Zum anderen gibt es hydraulische, kompliziert aufgebaute Meßeinrichtungen mit Warnanlage, die auf dem Prinzip der kommunizierenden Röhren beruhen und eine hohe Genauigkeit der Messungen gestatten. Der erforderliche Aufwand ist in den meisten Fällen unvertretbar hoch.On the other hand, there are hydraulic, complicated constructed measuring devices with warning system, which are based on the principle of communicating tubes and allow a high accuracy of the measurements. The required effort is unacceptably high in most cases.

Ferner sind Meßeinrichtungen bekannt, die auf verschiedene Art und ¥eise die Bewegungen von festen Körpern überwachen. Bei Deflektometern wird die Lage eines vorgespannten Drahtes in Präzisionsschneiden mit induktiven Wegaufnehmern abgetastet. In ähnlicher Weise wird beim Vibrationsspannungsmesser ein solcher Draht durch eine entsprechende Bewegung des Systems in Schwingungen versetzt, die über elektromagnetische Fühler aufgenommen, verstärkt, gespeichert bzw, fernübertragen werden. Diese Geräte sind netzabhängig und in der Montage sowie Auswertung recht schwierig. Der Meßbereich ist durch die Vorspannung des Drahtes bzw, den Meßwertgeber begrenzt.Furthermore, measuring devices are known which monitor the movements of solid bodies in various ways and in many ways. In deflectometers, the position of a prestressed wire is scanned in precision cutting with inductive displacement transducers. Similarly, in the case of the vibration voltmeter, such a wire is vibrated by a corresponding movement of the system, which is picked up, amplified, stored or transmitted remotely by electromagnetic sensors. These devices are network dependent and quite difficult to assemble and evaluate. The measuring range is limited by the bias of the wire or the transmitter.

21.9 17 121.9 17 1

Das Spaltmeßgerät berulat auf dem elektrisch-induktiven Übertragungsprinzip und der Trennung in Geber- und Empfangerteile» Die Bewegungen werden in ein elektrisches Signal umgeformt, fernübertragen und automatisch registriert,The gap measuring device is based on the electro-inductive transmission principle and the separation into the transmitter and receiver sections »The movements are converted into an electrical signal, transmitted remotely and automatically registered,

Der Nachteil der Anwendung von Radar-, Puls-Dopplerradar-, Funksignal- und ähnlichen Einrichtungen ist neben dem komplizierten Aufbau die Reaktion des Systems auf die kleinsten Bewegungen,The disadvantage of using radar, pulse Doppler radar, radio signal and similar devices is in addition to the complicated structure of the reaction of the system to the smallest movements,

Eine berührungslose Schaltung wird durch ein nach allen Seiten freischwingendes Pendel über einem induktiven Indikator zur Überwachung der Neigungswinkel von Großgeräten in Tagebauen verwirklicht, wobei das System den Mangel aufweist, nicht vielseitig genug einsetzbar zu sein und zur Erfassung der x^elativen Verschiebung von Körpern untereinander sowie jULarmierung bei kritischen Beträgen der Bewegungen ungeeignet ist.A non-contact circuit is realized by a swinging pendulum on all sides over an inductive indicator for monitoring the inclination angle of large equipment in opencast mines, the system has the lack of not versatile enough to be used and to detect the x ^ elative displacement of bodies with each other and It is unsuitable for critical amounts of movements.

Object of the invention

Ziel der Ex^findung ist es, Personen und Sachwerte in bzw, auf Gebäuden, Bauwerken, Verkehrswegen, unterirdischen Hohlräumen und ähnlichen Objekten gegenüber* Gefahren zu schützen, die durch die Bewegung von Gesteinsmassen, Bauteilen, Bauwerken und Anlagen entstehen*The aim of the invention is to protect persons and property in or on buildings, structures, traffic routes, underground cavities and similar objects against * dangers arising from the movement of rock masses, building components, structures and installations *

Darlegung des T/esens der Ex"findungExplanation of the subject of the ex ception

- Aufgabe der Erfindung ist es, im Gegensatz zu den bisherigen Lösungen eine betriebssichere, wirtschaftliche Vorrichtung mit Warnanlage bekannter Bauart zu schaffen, die auf kritische relative dreidimensionale Bewegungen von gefährdeten Objekten reagiert und insbesondere zum Schutz von Personen und Sachwerten dient.- The object of the invention is to provide in contrast to the previous solutions a reliable, economical device with warning system of known design, which responds to critical relative three-dimensional movements of vulnerable objects and in particular for the protection of persons and property.

219 17 1219 17 1

Die Vorrichtung muß dabei kontinuierlich arbeiten, das Einstellen einer kritischen Verschiebung ermöglichen und ständig Bewegungen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit, das heißt auch bis zum plötzlichen Bruch der Objekte überwachen und messen. Eine einfache Bauweise gegenüber den bisher bekannten technischen Lösungen soll den Einsatz an jeder kinematisch kritischen Stelle der jeweiligen Objekte garantieren, eine dem Gefährenfall weitgehend angenäherte Funktionsprüfung gestatten und durch entsprechende Kapselung vor fremdem Zugriff sowie dem Einfluß der ¥itterungsbedingungen schützen. Die Vorrichtung soll ferner so ausgelegt sein, daß bei jeglicher Unterbrechung des Stromkreises außerhalb der kinematisch kritischen Stelle eine Warnanlage anspricht«The device must work continuously, allow the setting of a critical shift and constantly monitor and measure movements at different speeds, that is, even to the sudden breakage of the objects. A simple design compared to the previously known technical solutions to guarantee the use of any kinematic critical point of the respective objects, allow a case of danger largely approximated functional test and protect by appropriate encapsulation from outside access and the influence of the ungsterungsbedingungen. The device should also be designed so that at any interruption of the circuit outside the kinematic critical point a warning system responds «

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß mindestens ein bekannter berührungsloser Schalter so eingesetzt wird, daß ein metallischer Gegenstand an einem ersten Körper und ein induktiver Initiator an einem zweiten Körper sich gegenseitig beeinflussend an einer im Verhältnis der beiden Körper zueinander kinematisch kritischen Stelle angebracht sind, wobei sich die Körper relativ zueinander bewegen und daß bei einer erwarteten kritischen Bewegung gleich welcher Richtung eines der beiden Körper der metallische Gegenstand aus dem Ansprechbereich des induktiven Initiators gerät, wodurch ein oder mehrere Alarmsignale eingeschaltet werden. Der metallische Gegenstand ist mit einer elektromagnetischen Einrichtung versehen, die eine dem Gefahrenfall weitgehend angenäherte Funktionsprüfung ermöglicht.According to the invention the object is achieved in that at least one known non-contact switch is used so that a metallic object on a first body and an inductive initiator on a second body are mutually influencing attached to a kinematically critical in the relationship of the two bodies body, wherein the bodies move relative to each other, and that at an expected critical movement, regardless of which direction of either body of the metallic object from the response of the inductive initiator device, whereby one or more alarm signals are turned on. The metallic object is provided with an electromagnetic device, which allows a danger test case largely approximated functional test.

Die Vorrichtung ist an der kinematisch kritischen Stelle so angebracht, daß ständig Bewegungen unterschiedlicher Geschwindigkeit überwacht und durch geeignete technische Mittel gemessen werden, · .The device is mounted at the kinematic critical point so that movements of different speeds are constantly monitored and measured by suitable technical means.

Ausführungsbeispielembodiment

Anhand des in Figur 1 dargestellten Prinzipschaltbildes soll die Erfindung näher erläutert werden: Die Vorrichtung umfaßt folgende Baugruppen: Berührungsloser Schalter 1,.Signaleinheit 2, Stromversorgungseinheit 3 und Funktionskontrolleinheit k. Räumlich sind die Baugruppen bzw. Baugruppenteile wie folgt aufgeteilt:The invention will be explained in more detail with reference to the basic circuit diagram shown in FIG. 1. The device comprises the following components: contactless switch 1, signal unit 2, power supply unit 3 and functional control unit k. Spatially, the assemblies or assembly parts are divided as follows:

Der berührungslose Schalter 1 und der Elektromagnet 5 als Teil der Funktionskontrolleinheit k befindet sich an den zu überwachenden festen Körper, die Signalelemente 6 und 7 als Teil der Signaleinheit 2 v/erden an funktionsbedingt wählbarer Stelle untergebracht, die Stromversorgungseinheit 3 sowie Teile der Funktionskontrolleinheit h und Signal· einheit 2, das sind Schalter 8 und 9, Taster 10, Kontrollleuchten 11 und 12, Relais 13 und 14 und elektronische Bauelemente, sind in einem Schaltschrank eingebaut. Die Stromve.rsorgungseinheit 3 besteht aus Netzschalter 8, Netzkontrolleuchte 11, Transformator und Gleichrichter 15j Kontrollampe 12 für Gleichspannung, Batterie 16 mit automatischer Batterieladeregelung 17« Die Batterie 16 übernimmt bei Netzausfall die Stromversorgung der Anlage, Die Stromversorgungseinheit 3 gibt eine gleichgerichtete geglättete Kleinspannung ab.The non-contact switch 1 and the electromagnet 5 as part of the function control unit k is located on the solid body to be monitored, the signal elements 6 and 7 as part of the signal unit 2 v / earth housed functionally selectable location, the power supply unit 3 and parts of the function control unit h and Signal unit 2, that is switches 8 and 9, buttons 10, control lights 11 and 12, relays 13 and 14 and electronic components, are installed in a control cabinet. The Stromve.rsorgungseinheit 3 consists of power switch 8, power indicator 11, transformer and rectifier 15j control lamp 12 for DC voltage, battery 16 with automatic battery charging 17 «The battery 16 takes over power failure of the system, the power supply unit 3 outputs a rectified smoothed low voltage.

Der berührungslose Schalter 1 besteht aus einem induktiven Initiator 18 und einem elektromagnetisch abhebbaren Metallformblech 19) dessen Formgebung den örtlichen Gegebenheiten anzupassen ist; beide Teile werden an den kinematisch kritischen Stellen der Objekte angebracht, wobei es unerheblich ist, auf welchem der beiden beweglichen Körper der induktive Initiator 18 und das Metallformblech 1.9 installiert werden.The non-contact switch 1 consists of an inductive initiator 18 and an electromagnetically liftable metal mold plate 19) whose shape is adapted to local conditions; Both parts are attached to the kinematic critical points of the objects, it is irrelevant on which of the two moving bodies of the inductive initiator 18 and the metal mold sheet 1.9 are installed.

-.6 - 219 17 1-6 - 219 17 1

Bei einer erwarteten kritischen Beilegung der beweglichen Masse wird das Metallformblech 19 aus dem Ansprechbereich des induktiven Initiators 1.8 oder dieser aus dem Bereich des Metallformbleches 19 bewegt, wodurch an dessen Ausgang eine Zustandsänderung des Signales vom L-Signal auf O-Signal eintritt.In an expected critical settlement of the movable mass, the metal mold plate 19 is moved out of the response range of the inductive initiator 1.8 or this from the range of the metal mold plate 19, whereby at its output a change in state of the signal from the L signal to O signal occurs.

Über 2 nachgeschaltete Relais 13 und \h oder elektronische Bauelemente werden der Signalstromkreis geschlossen und .wahlweise ein oder mehrere optische und/oder akustische Signale 7 und 8 ausgelöst»2 downstream relay 13 and \ h or electronic components of the signal circuit are closed and .wahlweise triggered one or more optical and / or acoustic signals 7 and 8 "

Die letztgenannten Bauelemente bilden die Baugruppe Signaleinheit 2, Die Punktionskontrolleinheit h wird durch einen Elektromagneten 5 gebildet, der bei Betätigung des Drucktasters 10 das Metallformblech 19 des induktiven Initiators 18 abhebt und damit eine Zustandsänderung des Signals am Ausgang des induktiven Initiators 18 bewirkt. Die beschriebene Ausführungsform stellt eine der einfachsten Varianten der erfindungsgemäßen Lösung dar. Je nach Gefährdungsgrad und gefährdeter Stelle kann wahlweise Netz- oder Batteriebetrieb, kombinierter Netz- und Batteriebetrieb, doppelt angeordnete Stromversorgungseinheit, Heizung und Temperaturregelung des berührungslosen Schalters einschließlich des Funktionskontrollmagneten, manuelle Prüfung der Funktionsfähigkeit der Anlage oder automatische Alarmauslösung zu einer bestimmten Tageszeit als Funktionsprüfung, Alarmierung in den verschiedensten Varianten vorgesehen werden. Durch die geringe Abmessung der Vorrichtung kann eine Kapselung derselben vor unbefugtem Singriff und ¥itterungseinflüssen schützen.The puncture control unit h is formed by an electromagnet 5, which lifts the metal mold plate 19 of the inductive initiator 18 upon actuation of the pushbutton 10 and thus causes a change in state of the signal at the output of the inductive initiator 18. The embodiment described represents one of the simplest variants of the solution according to the invention. Depending on the degree of danger and vulnerable position can optionally mains or battery operation, combined mains and battery operation, double power supply unit, heating and temperature control of the non-contact switch including the function control magnet, manual testing of functionality the system or automatic alarm triggering at a certain time of day as a functional test, alerting be provided in a variety of variants. Due to the small size of the device, encapsulation of the same can protect against unauthorized signal ripples and influences.

An weiteren Figuren 2-10 werden spezielle, ausgewählte Anwendungsmöglichkeiten erläutert. Die Figur 2 zeigt den Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung a an bestimmten kinematisch kritischen Stellen b von gleitgefährdeten, die Figur 3 an kipp- bzw, fallgefährdeten Böschungen oder Hängen im Festgestein,In further figures 2-10 special, selected applications are explained. FIG. 2 shows the use of the device a according to the invention at certain kinematic critical points b of susceptible to sliding, FIG. 3 at slopes liable to tilt or falling, or slopes in the solid rock,

Die Pfeile in den Figuren bedeuten die mögliche, erwartete Gleit- ader Kipprichtung,The arrows in the figures indicate the possible expected sliding direction of the tilting direction,

Die Vorrichtung a wird in allen aufgerührten Beispielen der Figuren 2-10 über ein entsprechendes Kabel oder Kabelsystem mit der bekannten, entferntgelegenen bzw, am zu schützenden Objekt unterhalb oder neben der Überwachungsstelle befindlichen Warnanlage verbunden. In der Figur k findet die Vorrichtung a an einer rutschungsgefährdeten Lockergestein,"- bzw* Festgest.einsböschung Anwendung, wobei eine Vorrichtung a oder mehrere, kombiniert nach Funkt 3 des Anspruches eingesetzt werden. Desgleichen wird in der Figur 5 der variantenreiche Einsatz bei einem sich bewegenden Vielkörpersystem mit mehreren kinematisch kritischen Stellen b angeführt«The device a is connected in all the stirred examples of Figures 2-10 via a corresponding cable or cable system with the known, remote or located on the object to be protected below or next to the monitoring point warning system. In the figure k , the device a is found at a slip-prone unconsolidated rock, "- or * Festgest.einsböschung application, wherein a device a or more, combined according to the third part of the claim are used in. Likewise, in Figure 5, the varied use in a Moving multi-body system with several kinematic critical points b listed «

Die Figur 6 stellt die Anwendung der Vorrichtung a im Hohlraumbau unter Tage dar, wobei hier die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise in Kavernen, Tunneln und Förderstrecken mit langer Standzeit im nichtausgebaiiten oder ausgebauten Zustand zur Überwachung der Stand- und Firstfallsicherheit dient.Figure 6 illustrates the application of the device a in the underground cavity construction, in which case the device according to the invention is preferably used in caverns, tunnels and conveyor lines with a long service life in nichtausgebaiiten or removed state to monitor the stability and ridge safety.

Das Anwendungsgebiet der Figur 7 betrifft die BewegungsÜberwachung bei Setzungen und Senkungen von oder an Bauwerken, wobei die Vorrichtung a an entsprechenden Stellen des Bauwerkes oder der Umgebung vom Objekt angebracht ist, iiine weitere spezielle Anwendungsmöglichice it in Senkungsgebieten zeigt die Figur 8, wo die erfindungsgemäße Vorrichtung a im Bohrloch c so angebracht ist, daß ein sich zum Hangenden hin ausweitender unterirdischer Hohlraum in bestimmter Tiefe rechtzeitig angezeigt wird und darüber befindliche Personen durch Auslösen der Alarmanlage gewarnt und Sachwerte geschützt werden können»The field of application of Figure 7 relates to the motion monitoring in subsidence and subsidence of or on structures, the device a is attached to the building or the environment of the object, iiine further special Anwendungsmöglichice it in subsidence areas shows Figure 8, where the device of the invention a is placed in the borehole c so that a subterranean cavity extending towards the hanging wall is displayed in a timely manner at a certain depth and persons in danger of being warned by triggering the alarm system and property can be protected »

- β - -219171- β - -219171

In den Figuren 9 und 10 sind allgemein mögliche kinematisch kritische Stellen an Bauwerken, Bauteilen und ähnlichen Objekten dargestellt, wobei das Anbringen der Vorrichtung a je nach örtlichen Gegebenheiten verändert und ein kombinierter Einsatz mit entsprechender Schaltung nach Punkt 3 des Anspruchs vorgesehen werden kann.In Figures 9 and 10 are generally possible kinematic critical points on structures, components and similar objects shown, the attachment of the device a changed depending on local circumstances and a combined use with appropriate circuit according to point 3 of the claim can be provided.

Claims

Invention to spruc.h

1 # Apparatus for contactless monitoring of movements of solid bodies, characterized in that at least one known non-contact switch is used so that a metallic object on a first body and an inductive initiator on a second body interacting with each other in a ratio of the two Body are attached to each other kinematically critical body,

2, device for non-contact monitoring of movements of solid body according to item 1, characterized in that the metallic object is provided with an electromagnetic device that allows an approximate hazardous event testing.

UCiUCi