DE1278758B

DE1278758B - Einrichtung zur Messung der Biege- und Torsionsbeanspruchungen eines Schiffes

Info

Publication number: DE1278758B
Application number: DE1964P0035737
Authority: DE
Inventors: Kurt Eichweber
Original assignee: Precitronic Gesellschaft fuer Feinmechanik und Electronic mbH
Current assignee: Precitronic Gesellschaft fuer Feinmechanik und Electronic mbH
Priority date: 1964-12-22
Filing date: 1964-12-22
Publication date: 1968-09-26

Description

Einrichtung zur Messung der Biege- und Torsionsbeanspruchungen eines Schiffes Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Messung der Biege- und Torsionsbeanspruchungen eines Schiffes, insbesondere bei Seegang, mit einer einen gebündelten kohärenten Lichtstrahl hoher Energie als Meßstrahl in Längsrichtung des Schiffes aussendenden Strahlungsquelle und einer Meßskala, auf die der Meßstrahl fällt.
Biege- und Torsionsbeanspruchungen von Schiffen können bei starkem Seegang Werte erreichen, die das Schiff in hohem Maße gefährden und sofortige Sicherheitsmaßnahmen erfordern. Zur Messung dieser Beanspruchungen hat man bereits verschiedene Einrichtungen entwickelt, denen jedoch wesentliche Nachteile anhaften.
So ist es bekannt, in Längsrichtung des Schiffes mit Gewichten belastete Strecktaue zu spannen, deren je nach der Verformung des Schiffes unterschiedliche Durchbiegung mit Meßlatten gemessen wird. Die Nachteile dieses umständlichen, zeitraubenden und ungenauen Verfahrens liegen auf der Hand.
Es ist weiterhin bekannt, die durch Biege- und Torsionsbeanspruchungen hervorgerufenen Verformungen des Schiffskörpers mittels eines Sextanten oder eines Theodoliten zu messen. Auch dieses Verfahren ist jedoch verhältnismäßig umständlich und in besonderem Maße von der Sorgfalt der Meßperson abhängig. Ein entscheidender Nachteil liegt ferner darin, daß sich eine solche Messung nur bei einwandfreien Sichtverhältnissen durchführen läßt. Erfahrungsgemäß treten jedoch die stärksten Beanspruchungen des Schiffes meist in Schlechtwetterperioden auf.
Man hat die Durchbiegung langer Bauwerke, wie Brücken oder Schwimmdocks, optisch ferner in der Weise gemessen, daß an den beiden äußeren Enden des Bauwerkes zwei beleuchtete Marken so angebracht werden, daß die Verbindungslinie ihrer Mittelpunkte annähernd senkrecht auf jeder der beiden Marken steht. Auf der Verbindungslinie wird ein aus zwei Prismen und einem Fernrohr bestehendes Beobachtungsgerät angeordnet, wobei jede Durchbiegung des Bauwerkes im Fernrohr als eine Verschiebung der Marken zueinander sichtbar wird. Auch diese Messung ist jedoch nur bei einigermaßen guten Sichtverhältnissen möglich.
Es ist weiterhin auch bekannt, die Schiffsbeanspruchungen näherungsweise durch photoelektrische Abtastung einer verhältnismäßig kurzen Meßbasis zu bestimmen. Eine derartige Einrichtung ist jedoch teuer und liefert im Hinblick auf die zwangläufig kurze Meßbasis keine repräsentative Aussage über das Gesamtverhalten des Schiffes. Ähnliche Nach- teile weist auch die bekannte Messung der Schiffsbeanspruchungen mit Hilfe von Dehnungsmeßstreifen auf.
Man könnte nun daran denken, die Messung der Biege- und Torsionsbeanspruchungen eines Schiffes mit Hilfe eines gebündelten kohärenten Lichtstrahles hoher Energie durchzuführen. Derartige kohärente Lichtstrahlen (Laserstrahlen) hat man unter anderem bereits bei der Geländevermessung benutzt. Hierbei wird ein von einer Strahlungsquelle ausgesandter, gebündelter kohärenter Lichtstrahl auf eine mit Photozellen ausgerüstete Meßskala geworfen, die damit den Niveauunterschied der Sende- und Empfangs stelle anzeigt.
Überträgt man nun diesen Gedanken, als Meßstrahl einen gebündelten kohärenten Lichtstrahl hoher Energie zu verwenden, auf eine Einrichtung zur Messung der Biege- und Torsionsbeanspruchungen eines Schiffes, so ermöglicht man eine von den vorhandenen Sichtverhältnissen unabhängige Überwachung der Schiffsbeanspruchungen.
Die Erfindung geht deshalb aus von einer Einrichtung zur Messung der Biege- und Torsionsbeanspruchungen eines Schiffes, insbesondere bei Seegang, mit einer einen gebündelten kohärenten Lichtstrahl hoher Energie als Meßstrahl in Längsrichtung des Schiffes aussendenden Strahlungsquelle und einer Meßskala, auf die der Meßstrahl fällt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung dieser Art so auszubilden, daß nicht nur der Absolutwert der gerade vorhandenen Biege-und/oder Torsionsbeanspruchungen, sondern auch die Tendenz dieser Schiffsbeanspruchungen festgestellt werden kann. Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung soll also insbesondere ermittelt werden können, ob die Beanspruchungen größer oder kleiner werden, wie sie sich in ihrer Art ändern usw. Schließ-Rno ssrnnn lich soll die erfindungsgemäße Einrichtung auch eine automatische Warnsignalgebung bei Erreichen eines bestimmten Gefahrzustandes ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zur Direktanzeige des Meßwertes dienende Meßskala mit einer nachleuchtenden Schicht versehen ist, deren Nachleuchtzeit durch Minderung der Intensität des Lichtstrahles etwa auf eine durchschnittliche Periode der gerade vorhandenen Schiffsschwingungen einstellbar ist und wenigstens eine durch photoelektrische Sensoren gebildete Sicherheitsmarkierung aufweist.
Auf einer solchen nachleuchtenden Meßskala zeichnet der Auftreffpunkt des Meßstrahles eine Kurve, die nicht nur die Größe und Art der gerade vorhandenen Schiffsbeanspruchungen sichtbar macht, sondern auch ihre Änderungstendenz erkennen läßt.
Eine sich vergrößernde Kurve zeigt beispielsweise die Zunahme der Schiffsbeanspruchungen an. Die Schiffsführung kann infolgedessen die Wirkung ihrer einzelnen Maßnahmen (z.B. Änderung von Kurs und Geschwindigkeit) auf die Schiffsbeanspruchungen sofort erkennen und gegebenenfalls korrigieren.
Wird die Meßskala der erfindungsgemäßen Einrichtung darüber hinaus mit einer durch photoelektrische Sensoren gebildeten Sicherheitsmarkierung versehen, so ist gewährleistet, daß dann, wenn der Fußpunkt des Meßstrahles bis zu dieser Markierung auswandert, ein Warnsignal ausgelöst oder ein son stiger Sicherheitsvorgang eingeleitet wird.
Um Verletzungen durch den gebündelten kohärenten Lichtstrahl hoher Energie zu vermeiden, ist die Meßskala gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung gegenüber der Richtung des Lichtstrahles derart geneigt, daß eine direkte Betrachtung der Meßskala von hinten außerhalb des Strahlenganges möglich ist. Damit die Auslenkung des Lichtstrahles gegenüber dem Skalennullpunkt trotzdem verzerrungsfrei abgelesen werden kann, wird die Einteilung der Meßskala der Skalenneigung angepaßt, Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine Kamera zur Aufnahine des die Meßskala und weitere Anzeigewerte enthaltenden Blickfeldes vorgesehen. Die laufende oder in bestimmten Zeitabständen erfolgende Aufnahme der Meßskala erleichtert der Schiffsführung im Schadensfalle den notwendigen Nachweis, In das Blickfeld können dabei weitere Anzeigewerte, insbesondere Datum, Uhrzeit, Kurs, Geschwindigkeit und Beschleunigung des Fahrzeugs sowie Windstärke, eingeführt werden, Um Verletzungen durch den energiereichen kohärenten Lichtstrahl zu vermeiden, sind ferner Vorrichtungen zur anfänglichen Defokussierung des Lichtstrahles zwecks Minderung der Strahlungsintensität und Vorrichtungen zur anschließenden parallelbiindelung des Lichtstrahles vorgesehen.
Durchbiegungen des Schiffsrumpfes um eine horizontale Achse machen sich auf der Meßskala durch ein Auswandern des Lichtstrahles nach oben oder unten bemerkbar. Bei Biegungen des Schiffskörpers um eine vertikale Achse wandert der Lichtstrahl auf der Skala in horizontaler Richtung aus. Bei einer Torsion des Schiffskörpers verlagert sich der Lichtstrahl gleichfalls (meist zugleich in vertikaler und horizontaler Richtung) gegenüber dem Skalennullpunkt, da die Torsionsachse des Schiffskörpers regelmäßig tiefer als die Meßskala liegt.
Daraus ergibt sich nun, daß man im allgemeinen bei einer Auswanderung des Lichtstrahles auf der Meßskala nicht sagen kann, ob nur eine Biegebeanspruchung vorliegt oder ob das Schiff zugleich einer Torsionsbeanspruchung ausgesetzt ist. Um eine reine Torsionsbeanspruchung des Schiffes bzw. den auf Torsion zurückzuführenden Anteil einer Gesamtbeanspruchung zu bestimmen, sind gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung eine Vorrichtung zur Polarisation des gebündelten kohärenten Lichtstrahles sowie ein vor der Meßskala angeordneter Polarisationsfilter vorgesehen. Dieser Filter gestattet eine Bestimmung der Drehung der Meßskala gegenüber der Polarisationsrichtung des Meßstrahles.
Die Strahlungsquelle ist zweckmäßig mit zur Ausrichtung des Lichtstrahles bei nicht beanspruchtem Schiff auf den Nullpunkt der Meßskala dienenden Justiereinrichtungen versehen. Ferner kann auch die Meßskala in horizontaler und vertikaler Richtung justierbar sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in ganz schematischer form in der Zeichnung veranschaulicht, Es zeigt Fig. 1 ein mit der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung versehenes Schiff in Seitenansicht, Fig, 2 eine schematische Darstellung der beiden wesentlichen Teile der Meßeinrichtun, F i g. 3 das von der Kamera erfaßte Blickfeld.
Das in Fig. 1 dargestellte Schiff enthält im Bereich des Vorschiffs und des Achterschiffs je eine Strahlungsquelle 1 bzw, 1', die inen gebündelten kohärnten Lichtstrahl hoher Energie (»Laserstrahl«) 2 bzw. 2' auf eine im Bereich des Mittelschiffs an der Kommandobrücke vorgesehene Meßanordnung 3 bzw. 3' werfen.
Die Strahlungsquelle 1 sowie die Meßanordnung 3 sind in Fig. 2 im einzelnen veranschaulicht. Die Strahlungsquelle 1 enthält einen Strahler 4, der einen sehr energiereichen, gebündelten kohärenten Lichtstrahl (beispielsweise mit einer Wellenlänge im Bereich von 6000 Angström) erzeugt und über ein Objektiv 5 aussendet. Der Strahler 4 sitzt auf einer justierbaren Platte 6 und ist mit einer Zieleinrichtung 7 verschen, die eine Justierung des Strahles 2 gestattet.
Die Meßanordnung 3 enthält eine Meßskala 8, die gegenüber der Richtung des Strahles 2 etwas geneigt ist, so daß die Betrachtung der Meßskala 8 von hinten durch das Fenster 9 außerhalb des Strahlenganges erfolgen kann, Hinter der Meßskala 8 ist eine Kamera 10 vorgesehen. Im Blickfeld der Kamera 10 befindet sich außer der Meßskala 8 noch eine Anzeigevorrichtung 11, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel lediglich Datum und Uhrzeit angibt, die jedoch darüber hinaus auch weitere Werte, wie Kurs, Geschwindigkeit und Beschleunigung des Fahrzeuges sowie die Windstärke, anzeigen kann. Die Meßanordnung 3 einthält ferner noch einen Druckknopfschalter 12, über den die Strahlungsquelle 1 eingeschaltet wird.
Fig. 3 veranschaulicht das Blickfeld der Kamera 10 bzw, das Gesichtsfeld eines durch das Fenster 9 blickenden Betrachters, Die Meßskala 8 enthält eine durch photoelektrische Sensoren gebildete Sicherheitsmarkierung 13, die beispielsweise als ein symmetrisch zum Skalennullpunkt 14 llegendes Rechteck ausgebildet ist. Bei Biege- und Torsionsbeanspruchungen wandert der Auftreffpunkt 2 a des Lichtstrahles 2 in der aus F i g. 3 ersichtlichen Weise gegenüber dem Nullpunkt 14 aus, wobei Richtung und Größe der Auswanderung eine Bestimmung der Biege- und Torsionsbeanspruchungen des Schiffes gestatten.

Claims

Patentansprüche: 1. Einrichtung zur Messung der Biege- und Torsionsbeanspruchungen eines Schiffes, insbesondere bei Seegang, mit einer einen gebündelten kohärenten Lichtstrahl hoher Energie als Meßtrahl in Längsrichtung des Schiffes aussendenden Strahlungsquelle und einer Meßskala, auf die der Meßstrahl fällt, dadurch gekennz ei c h n e t, daß die zur Direktanzeige des Meßwertes dienende Meßskala (8) mit einer nachleuchtenden Schicht versehen ist, deren Nachleuchtzeit durch Änderung der Intensität des Lichtstrahles etwa auf eine durchschnittliche Periode der gerade vorhandenen Schiffsschwingungen einstellbar ist, und wenigstens eine durch photoelektrische Sensoren gebildete Sicherheitsmarkierung (13) aufweist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßskala (8) gegenüber der Richtung des Lichtstrahles (2) derart geneigt ist, daß eine direkte Betrachtung der Meßskala von hinten außerhalb des Strahlenganges möglich ist.
3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kamera (10) zur Aufnahme des die Meßskala (8) und weitere Anzeigewerte enthaltenden Blickfeldes vorgesehen ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Vorrichtungen zur anfänglichen Defokussierung des Lichtstrahles (2) zwecks Minderung der Strahlungsintensität und Vorrichtungen zur anschließenden Parallelbündelung des Lichtstrahles vorgesehen sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 1 zur Ermittlung der reinen Torsionsbeanspruchungen des Schiffes, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zur Polarisation des gebündelten kohärenten Lichtstrahles (2) sowie ein vor der Meßskala (8) angeordneter Polarisationsfilter vorgesehen sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (1) mit zur Ausrichtung des Lichtstrahles (2) bei nichtbeanspruchtem Schiff auf den Nullpunkt (14) der Meßskala (8) dienenden Justiereinrichtungen versehen ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßskala (8) in horizontaler und vertikaler Richtung justierbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Gebrauchsmuster Nr. 1 828 847, 1 883 594 ; USA.-Patentschriften Nr. 2 796 685, 3 000 121; Surveying and Mapping, Dezember 1962, S. 550 bis 554; Control, April 1964, S. 194.