DE2912803A1

DE2912803A1 - Soil movement pendulum inclinometer - has linear motion linkage, pneumatic transducer, and compensation fluid pressure sensor

Info

Publication number: DE2912803A1
Application number: DE19792912803
Authority: DE
Inventors: Franz X Gloetzl; Rainer Gloetzl
Original assignee: Glotzl Gesellschaft fuer Baumesstechnik mbH
Current assignee: Glotzl Gesellschaft fuer Baumesstechnik mbH
Priority date: 1979-03-30
Filing date: 1979-03-30
Publication date: 1980-10-23

Abstract

The inclinometer is for measuring horizontal shifts in soil mechanical applications and has a pendulum (3) in a tube (1) inserted in the ground. The deflection of the pendulum from the vertical is measured. It is a stationary operating device whose cost is low compared to other stationary devices. Rods (5, 6, 9) convert the motion of the pendulum into a motion paralle to the axis of the tube which is then converted (10) into a pneumatic pressure. The pneumatic pressure is measured by a compensation measurement device, (16 t 31) using the counteracting pressure of a fluid. The linear motion to pneumatic pressure conversion is performed by a piston (11) and cylinder (10). The compensation device has a membrane (16) pressurised on both sides. One side is connected to the cylinder via a channel (15). The other blocks a pressure (19) and discharge (20) channel until the compensation pressure is attained.

Description

Neigungsmesser für die Bodenmechanik Inclinometer for soil mechanics

Die Erfindung betrifft einen Neigungsmesser zur Messung horizontaler Verschiebungen in der Bodenmechanik mittels eines Pendels, das in einem in den Boden eingelassenen Rohr angeordnet ist und dessen Auslenkung aus der Vertikalen gemessen wird. Neigungsmesser sind im wesentlichen in zwei Ausführungsformen bekannt, nämlich den sogenannten Inklinometern und den Deflektometern. Bei den Inklinometern handelt es sich um mobile Geräte, die in ein verrohrtes Bohrloch richtungsorientiert eingeführt werden. Das Rohr besteht aus mehreren Abschnitten, die am Innenmantel achsparallele Nuten aufweisen. Am Inklinometer sind Laufrollen angeordnet, die in diese Nuten eingeführt und mittels der das Inklinometer in vorbestimmte Tiefen abgesenkt werden kann. Als Meßwertgeber dient ein Pendel, dessen Auslenkung über ein Drehpotentiometer oder dgl. abgegriffen wird. Das Inklinometer wird nur zum Zwecke der Messung in das Rohr eingeführt und danach wieder entnormen. The invention relates to an inclinometer for measuring horizontal Displacements in soil mechanics by means of a pendulum that is in one in the soil recessed pipe is arranged and measured its deflection from the vertical will. Inclinometers are essentially known in two forms, viz the so-called inclinometers and deflectometers. The inclinometers act These are mobile devices that are inserted into a cased borehole in a direction-oriented manner will. The tube consists of several sections that are axially parallel on the inner jacket Have grooves. On the inclinometer there are rollers that fit into these grooves introduced and by means of the inclinometer in predetermined depths lowered can be. A pendulum is used as a measuring transducer, the deflection of which is controlled by a rotary potentiometer or the like. Is tapped. The inclinometer is only used for the purpose of measuring in the tube inserted and then removed from the mold.

Diese mobilen Inklinometer sind sehr teuer. Einerseits müssen für die Verrohrung des Bohrlochs £pezialrohre verwendet werden, die - je nach Tiefe des Bohrlochs - eine mehr oder minder große Anzahl von Stoßstellen aufweisen. An den Stoßstellen können sich die Rohre verdrehen mit der Folge, daß die Führungsnuten nicht mehr fluchten und das Rohr nicht mehr zur Messung verwendet werden kann. Das gleiche gilt bei starker Durchbiegung des Rohrs aufgrund starker horizontaler Verschiebungen. In diesem Fall kann das Meßgerät sogar stecken bleiben. Schließlich sind für die Messung Bedi enungspersonen erforderlich, die vor Ort das Inklinometer in die Verrohrung einführen. Dies bereitet nicht selten, beispielsweise bei schwierigen Geländegegebenheiten, Probleme. These mobile inclinometers are very expensive. On the one hand need for the casing of the borehole £ special pipes are used, which - depending on the depth of the borehole - have a more or less large number of joints. At the joints can twist the pipes with the result that the guide grooves are no longer aligned and the pipe can no longer be used for measurement. That the same applies to severe bending of the pipe due to severe horizontal displacements. In this case the measuring device can even get stuck. After all, are for that Measurement Operators required to insert the inclinometer into the piping on site introduce. This often prepares, for example in difficult terrain, Problems.

Bei den bereits genannten Deflektomet ern handelt es sich um eine stationär eingebaute Meßeinrichtung. Hier ist innerhalb eines elastischen Rohrs ein Spanndraht angeordnet, dessen Richtungsänderung mittels Stell -motoren abgegriffen wird. Der Weg der Stellmotoren wird gemessen und umgerechnet. Diese stationäre Messung ist sicherer und ihre Betriebskosten sind billiger, jedoch sind die Anschaffungskosten sehr hoch. The deflectometers already mentioned are one stationary built-in measuring device. Here is inside an elastic tube a tension wire arranged, the change of direction tapped by servomotors will. The travel of the servomotors is measured and converted. This stationary measurement is safer and its running costs are cheaper, but the initial cost is very high.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen stationär arbeitenden, kostengünstigeren Neigungsmesser vorzuschlagen. The invention is based on the object of a stationary working, to propose cheaper inclinometers.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von dem bei mobilen Neigungsmessern bekannten Meßprinzip mit einem Pendel aus. Ein solcher Neigungsmesser zeichnet sich erfindungsgemäß aus durch ein die Pendelbewegung in eine lineare, zur Rohrachse parallele Bewegung umformendes Gestänge, einen diese Linearbewegung in einem pneumatischen Druck wandelnden Umformer und eine diesebDruck durch den Gegendruck eines Fluids feststellende Kompensati onsmeßei nrichtung. To solve this problem, the invention is based on that in the case of mobile devices Inclinometers known measuring principle with a pendulum. Such an inclinometer is characterized according to the invention by a pendulum movement in a linear, A rod that transforms movement parallel to the pipe axis, this linear movement in a pneumatic pressure converting converter and this pressure through the Kompensati onsmeßei device determining the counterpressure of a fluid.

Die Pendelbewegung wird demgemäß in eine hydrostatische Größe umgewandelt und diese wiederum durch einen Gegendruck kompensiert, wobei die Größe des Gegendrucks ein Maß für die Auslenkung des Pendels und damit für die erfolgte Horizontalverschiebung ist. Ein solcher Neigungsmesser läßt sich sehr billig herstellen, so daß er stationär in der Bohrlochverrohrung verbleiben kann. Es ist also - im Gegensatz zu den nach dem Pendelprinzip arbeitenden Inklinometern - eine Begehung der Meßstelle nicht erforderlich, vielmehr können ohne Schwierigkeiten Fernmessungen vorgenommen werden. Gegenüber herkömmlichen Deflektometern fallen die wesentlich geringeren Anschaffungskosten ins Auge. Da die Meßeinrichtung auf hydromechanischem Weg arbeitet und sich infolgedessen einfachster mechanischer Bauteile bedienen kann, ist sie zudem auch gegen rauhen Betrieb - selbst bei Unterwasserbetrieb - unempfindlich. Zur Meßwertübertragung können Kunststoffleitungen eingesetzt werden die gegenüber elektrischen Kabeln höhere Zug- und Scherfestigkeit und eine höhere Bruchdehnung besitzen, so daß es auch bei schwierigen Geländeverhältnissen und Beanspruchungen der Leitungen nicht zu Störungen kommt. The pendulum movement is accordingly converted into a hydrostatic variable and this in turn compensated for by a counterpressure, the size of the counterpressure a measure for the deflection of the pendulum and thus for the horizontal displacement that has taken place is. Such an inclinometer can be manufactured very cheaply, so that it is stationary can remain in the well casing. So it is - in contrast to the after inclinometers working on the pendulum principle - an inspection of the measuring point is not required, rather remote measurements can be made without difficulty. Compared to conventional deflectometers, the purchase costs are significantly lower in the eye. Since the measuring device works on a hydromechanical way and as a result Can operate the simplest mechanical components, it is also against rough Operation - even underwater - insensitive. For transmission of measured values Plastic lines can be used which are higher than electrical cables Tensile and shear strength and a higher elongation at break, so that it is also at difficult terrain and strain on the lines do not cause interference comes.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform besteht der Umformer aus einer Zylinder-Kolbeneinheit und weist die Kompensati onsmeßei nr i chtung eine beidseitig beaufschlagte Membran auf, wobei das Gestänge mit dem Kolben verbunden ist, während der Zylinder über einen Kanal mit der einen Seite der Membran in Verbindung steht, deren andere Seite eine Druck-und eine Ablaufleitung für das Fluid verschließt und bei Erreichen des Kompensationsdruck von der Druck- und der Ablaufleitung abhebt und diese öffnet. According to an advantageous embodiment, the converter consists of a cylinder-piston unit and has the Kompensati onsmeßei direction a membrane acted upon on both sides, the rod being connected to the piston is, while the cylinder is in communication with one side of the membrane via a channel stands, the other side of which closes a pressure line and a drain line for the fluid and lifts off the pressure and drainage lines when the compensation pressure is reached and this opens.

Der Umformer ist also als einfache Zyl inder-Kolbeneinheit ausgebildet, während die eigentliche Kompensationsmessung mit einem einfachen Membranventil, das nach Art eines Überströmventils arbeitet, erfolgt. Die Membran verschließt normalerweise die Ausmündung der Druckleitung und die Eintrittsöffnung der Ablaufleitung aufgrund des auf ihrer anderen Seite anstehenden Drucks aus dem Zylinder. Wird nun über die Druckleitung Fluid auf die andere Seite der Membran aufgegeben, so hebt sie in dem Augenblick von der Druckleitung ab, wo der Kompensationsdruck den Belastungsdruck schwach übersteigt. Zugleich gibt sie auch die Eintrittsöffnung der Ablaufleitung frei, so daß das Fluid aus dem Meßkreislauf überströmen und ablaufen kann. Der in diesem Augenblick erreichte Druck im Meßkreislauf kann in herkömmlicher Weise durch M anometer oder dgl. festgestellt werden und gibt somit ein Maß für die Bewegung des Kolbens bzw. die Auslenkung des Pendels. The converter is designed as a simple cylinder-piston unit, while the actual compensation measurement is carried out with a simple diaphragm valve, which works like an overflow valve takes place. The membrane usually closes the outlet of the pressure line and the inlet opening of the drain line due to the pressure from the cylinder on its other side. Is now about the Pressure line applied fluid to the other side of the membrane, so it lifts in the Moment from the pressure line, where the compensation pressure the loading pressure weakly exceeds. At the same time, it also provides the inlet opening for the drainage line free so that the fluid can overflow and drain from the measuring circuit. The in This moment reached pressure in the measuring circuit can be carried out in a conventional manner M anometer or the like. Be determined and thus gives a measure of the movement of the piston or the deflection of the pendulum.

Vorzugsweise ist das Gestänge aus einem Winkelhebel gebildet, dessen einer Arm die Pendel stange bildet und dessen anderer Arm gelenkig an dem Kolben angreift, während der Winkelhebel an der Knickstelle an einer Aufhängung gelagert ist. Aufgrund des Winkelhebels wird die Pendelbewegung um einen Winkel von bei spiel sweise 900 umgeformt, so daß diese dann in eine zur Achse des Rohrs parallele, lineare Bewegung mittels des Kolbens transformiert werden kann. Preferably, the linkage is formed from an angle lever, the one arm forms the pendulum rod and the other arm is articulated on the piston attacks, while the angle lever is mounted on a suspension at the kink is. Due to the angle lever, the pendulum movement about one Angle of at least 900 is formed so that this is then converted into a to the axis of the Rohr's parallel, linear movement can be transformed by means of the piston.

Weitere vor tei hafte Ausführungsbeispiele sind in den Ansprüchen 4 bis 9 gekennzeichnet. Nachstehend ist die Erfindung anhand einer in der Zeichnung im schematischen Schnitt dargestellten bevorzugten Ausführungsform beschrieben. Further before part exemplary embodiments are in the claims 4 to 9 marked. The invention is based on one in the drawing Described preferred embodiment shown in schematic section.

In dem zu untersuchenden Gelände sind Bohrlöcher niedergebracht, die mit einem Rohr 1 ausgekleidet sind. In das Rohr 1 ist ein Neigungsmesser 2 eingesetzt, der ein frei im Rohr 1 hängendes Pendel 3 aufweist. Das Pendel 3 wird von einem Gewicht 4 und dem einen Arm 5 eines Winkelhebels gebildet, dessen anderer, etwa horizontal verlaufender Arm 6 die Pendelbewegung in eine annähernd vertikale Bewegung umformt. Zu diesem Zweck ist der Winkelhebel im Bereich seines Knicks bei 7 an einer Aufhängung 8 gelagert. Boreholes are drilled in the area to be investigated, which are lined with a pipe 1. An inclinometer 2 is inserted into the tube 1, which has a pendulum 3 hanging freely in the tube 1. The pendulum 3 is from a Weight 4 and one arm 5 of an angle lever formed, the other, for example horizontally extending arm 6 the pendulum movement in an approximately vertical movement reshaped. For this purpose, the angle lever is in the area of its kink at 7 on one Suspension 8 stored.

Der Arm 6 des Winkelhebels ist an seinem freien Ende gelenkig mit einer Stoßstange 9 verbunden, die ihrerseits gelenkig an dem Kolben 11 einer Zylinder-Kolbeneinheit 10 angebracht ist. Diese Einheit weist als weiteres Bauteil einen Zylinder 12, mit dem der Kolben 11 über eine Dichtmanschette 13 verbunden ist. Die Zylinder-Kolbeneinheit 10 formt die lineare Bewegung der Stoßstange 9 in einen pneumatischen Druck um, der in dem Zylinder 12 herrscht. The arm 6 of the angle lever is articulated at its free end a bumper 9 connected, which in turn is articulated on the piston 11 of a cylinder-piston unit 10 is attached. This unit has a cylinder 12 as a further component to which the piston 11 is connected via a sealing collar 13. The cylinder-piston unit 10 converts the linear movement of the bumper 9 into a pneumatic pressure, which prevails in the cylinder 12.

Der Zylinder 12 weist einen Kopf 14 auf, der mit einem Kanal 15 versehen ist. Dieser Kanal 15 stellt die Verbindung zwischen dem Zylinder 12 und der einen Seite eines Membranventils 16 her, deren andere Seite einen Meßkopf 17 begrenzt. Der Meßkopf 17 besteht aus einem zylindrischen Gehäuse 18, das mit einer als Bohrung ausgebildeten Druckleitung 19 und einer Ablaufleitung 20 versehen ist. Zwischen dem Gehäuse 18 und dem Membranventil 16 ist ein Ventilkörper 21 eingesetzt. Während die Druckleitung 19 in eine fluchtende Bohrung 22 im Ventilkörper 21 übergeht und damit zu der einen Seite der Membran führt, ist an der Stirnseite zum Ventilkörper 21 hin ein konzentrischer Ringkanal 23 angeordnet, an den die Ablaufleitung 20 angesetzt ist. Der Ringkanal 23 steht über wenigstens zwei Bohrungen 24 mit der gleichen Seite der Membran in Verbindung. Zwischen dem Meßkopf 17 und dem Ventilkörper 21 sind außerhalb des Ringkanals 23 Dichtungen 25 angeordnet. Ferner ist zwischen der Druckleitung 19 und dem Ventilkörper 21 eine weitere Dichtung 26 eingesetzt. Die Bohrung 19 in dem Gehäuse 18 des Meßkopfs 17 setzt eine von außerhalb in das Rohr 1 hineingeführte Druckleitung 27 fort, die an eine Druckluftquelle 28 angeschlossen ist. Nahe der Druckluftquelle 28 sitzen ein Druckminderer 29, ein Mengenregler 30 und ein Manometer 31. The cylinder 12 has a head 14 which is provided with a channel 15 is. This channel 15 provides the connection between the cylinder 12 and the one Side of a diaphragm valve 16, the other side of which is a Measuring head 17 limited. The measuring head 17 consists of a cylindrical housing 18 with a pressure line 19 designed as a bore and a drain line 20 are provided is. A valve body 21 is inserted between the housing 18 and the diaphragm valve 16. While the pressure line 19 merges into an aligned bore 22 in the valve body 21 and thus leads to one side of the membrane, is on the front side to the valve body A concentric annular channel 23 is arranged towards 21, to which the drain line 20 is attached is. The annular channel 23 stands over at least two bores 24 with the same side the membrane in connection. Between the measuring head 17 and the valve body 21 are Outside the annular channel 23 seals 25 are arranged. Furthermore, between the pressure line 19 and the valve body 21 a further seal 26 is used. The 19 in the housing 18 of the measuring head 17 is inserted into the tube 1 from outside Pressure line 27, which is connected to a compressed air source 28. Close to Compressed air source 28 sit a pressure reducer 29, a flow regulator 30 and a manometer 31.

Der in dem Zylinder 12 herrschende Ausgangsdruck ist so bemessen, daß die Membran des Membranventils 16 die Bohrungen 22 (Druck) und 24 (Ablauf) des Ventilkörpers 21 verschließt. Wird das Pendel 3 ausgelenkt, so äußert sich dies in einer Druckerhöhung in dem Zylinder 12 und einer entsprechenden Druckkraft der Membran auf die Bohrungen 22, 24. Zum Messen der Auslenkung des Pendels 3 wird aus der Druckquelle 28 über die Druckleitung 27, die Bohrung 19 und die Bohrung 22 Xgen-druck auf die Membran aufgegeben, bis diese sich von der Bohrung 22 abhebt. Zugleich hebt sich die Membran von den Bohrungen 24 ab, so daß das Druckmittel in diese überströmen und durch die Bohrung 20 abströmen kann. The outlet pressure prevailing in cylinder 12 is dimensioned in such a way that that the membrane of the membrane valve 16, the bores 22 (pressure) and 24 (drain) of the Valve body 21 closes. If the pendulum 3 is deflected, this is expressed in a pressure increase in the cylinder 12 and a corresponding pressure force of the Membrane on the bores 22, 24. To measure the deflection of the pendulum 3 is from the pressure source 28 via the pressure line 27, the bore 19 and the bore 22 Xgen-pressure abandoned on the membrane until it stands out from the bore 22. At the same time it lifts the membrane is removed from the bores 24 so that the pressure medium flows into them and can flow out through the bore 20.

In diesem Augenblick ist der Kompensationsdruck erreicht, der ein Maß für die Auslenkung des Pendels 3 gibt. Aufgrund der wenigstens zwei Bohrungen 24 im Ventilkörper 21, die mit der Ablaufbohrung 20 in Verbindung stehen, ist sichergestellt, daß die Membran gleichmäßig belastet sein muß, bevor Druckmittel über die Ablaufleitung abströmt.At this moment the compensation pressure is reached, the one Measure for the deflection of the pendulum 3 there. Because of the at least two holes 24 in the valve body 21, which are connected to the drain hole 20, is ensured that the membrane must be evenly loaded before pressure medium through the drain line flows off.

Claims

Patent pending 1. Inclinometer for measuring horizontal displacements in soil mechanics by means of a pendulum that is embedded in the soil Tube is arranged and whose deflection from the vertical is measured, g e k e n n z e i c h n e t by the movement of the pendulum (3) in a linear, to the axis of the tube (1) parallel movement deforming rods (5, 6, 9) a this linear movement into a pneumatic pressure converting transducer (10) and a Compensation measuring device which detects this pressure by the counter pressure of a fluid (16 to 31).

2. inclination meter according to claim 1, characterized in that the Converter (10) consists of a cylinder-piston unit (11, 12) and the compensation measuring device has a membrane (16) acted upon on both sides, the linkage (5, 6, 9) is connected to the piston (11), while the cylinder (12) via a channel (15) communicates with one side of the membrane (16), the other side of which is a Pressure and a drain line (19, 20) for the fluid closes and when it is reached of the compensation pressure lifts off the pressure and drainage lines and opens them.

3. Inclinometer according to claim 1 or 2, characterized in that that the linkage is formed from an angle lever (5, 6), one of which is an arm (5) the pendulum rod forms and the other arm (6) articulated on the piston (11) attacks, while the angle lever is mounted on the Knickstel le on a suspension (8) is.

4. Inclinometer according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the piston (11) is connected to the cylinder (12) via a sealing collar (13) is.

5. Inclinometer according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the pressure line (19) and the discharge line (20) in a measuring head (17) parallel are arranged to each other, the pressure line (19) directly, the drain line (20) however, open into an open annular channel (23) on one end face of the measuring head (17) and that between this end face of the measuring head (17) and the membrane (16) a valve disc (21) is arranged, which is aligned with the outlet of the pressure line (19) Bore (22) and at least two more the annular channel (23) with the membrane (16) having connecting bores (24).

6. Inclinometer according to claim 5, characterized in that the Ring channel (5) concentrically surrounds the pressure line (19).

7. Inclinometer according to one of claims 1 to 6, characterized in that that the cylinder (12), the diaphragm valve (16), the valve disc (21) and the measuring head (17) are assembled into a rigid unit, and that the cylinder (12) over the sealing collar (13) with the piston (11) and the measuring head (17) via plastic lines (27) are connected to a pressure medium source (28) and a pressure measuring device (31).

8. Inclinometer according to one of claims 1 to 7, characterized in that that the unit consisting of cylinder (12), valve disc (21) and measuring head (17) is guided via elastic sealing members (32) on the wall of the tube (1).

9. Inclinometer according to one of claims 1 to 8, characterized in that that the suspension (8) for the pendulum (3) on the cylinder (12) or on the measuring head (17) is attached.