DE4322800A1

DE4322800A1 - Compressive strain and tensile stress determining appts. for measuring snow profile - has measuring instruments at various depths in material arranged to be coupled to material and to measurement output

Info

Publication number: DE4322800A1
Application number: DE19934322800
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Vogel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-07-30
Filing date: 1993-07-08
Publication date: 1994-02-03

Abstract

The measurement device determines the compressive strain and tensile stress inside a material. Measuring levels (7) are provided at different depths inside the material or workpiece (3). Each level (7) has a measuring device (1) including a measured value output (6) and a pressure device (2, 4a-c, 6) for coupling the output (6) to the material or work piece (3). The outputs (6) of each measuring device (1) are arranged to measure linear shape changes in different directions. The pressure device coupler (2, 4-c, 6) has a probe (2) on the side adjacent the material (3) and a pressure device (4a-c) on the other side. The measurement output (6) is arranged between these. A temperature sensor transmits its findings via ultrasound or microwave. USE/ADVANTAGE - Even relatively small stresses, esp. in layers, can be accurately measured. Can determine, e.g. hardness of snow at different depths more quickly.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Druck- und Zugspannungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie z. B. aus der US-PS 29 27 459 bekannt ist. Diese Vorrichtung ist zum Messen von Spannungen im Erdreich oder in Gestein gedacht und wird in ein Bohrloch abgesenkt. Die Meßgeber messen lineare Formänderungen. Die Ankopplung an die Umgebung sowie die mechanischen bzw. hydrauli schen Druckvorrichtungen sind kompliziert aufgebaut.The invention relates to a device for measuring pressure and Tensile stresses according to the preamble of claim 1, such as. B. is known from US-PS 29 27 459. This device is for measuring of tensions in the ground or in rock and is thought of in one Borehole lowered. The sensors measure linear changes in shape. The Coupling to the environment and the mechanical or hydraulic pressure devices are complicated.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, Zug- und Druckspannungen im Inne ren von Materialien oder Werkstücken genauer zu messen. Dies wird erfindungsgemäß durch die Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vor teilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 12 gekennzeichnet.An object of the invention is internal tensile and compressive stresses to measure materials or workpieces more precisely. this will solved according to the invention by the device according to claim 1. Before partial configurations of the device are in the subclaims 2 to 12 marked.

Mit dieser Vorrichtung ist es möglich, auch relativ kleine Druck- und Zugspannungen zu messen, die Vorrichtung wiederzuverwenden und insbesondere die Zug- und Druckspannung in Schichten zu messen.With this device, it is also possible to print relatively small and Measure tensile stresses, reuse the device and especially to measure the tensile and compressive stress in layers.

Mit dieser Vorrichtung (Spannungsmeßsonde) können in einem festen Medium die auftretenden mechanischen Wegänderungen meßtechnisch erfaßt und mit dem Auswertegerät die daraus resultierenden Spannungs änderungen bestimmt werden. Die Sonde kann sowohl während der Herstellung, z. B. eines Werkstückes, wie auch nachträglich mittels einer Bohrung eingebracht werden. Anschließend werden die Meßeinrichtungen an die Bohrlochwandung angedrückt.With this device (voltage measuring probe) can in a fixed Medium the occurring mechanical path changes by measurement recorded and the resulting voltage with the evaluation device changes can be determined. The probe can be used both during the Manufacturing, e.g. B. a workpiece, as well as subsequently by means of a Hole are introduced. Then the measuring devices pressed against the borehole wall.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn z. B. vier Geber an den Orten A, B, C, D in einer Meßebene angeordnet sind, da dann die Geber doppelt in x- und y-Richtung messen und falls ein Geber ausfällt, der andere noch ein Meßergebnis liefert. Es kann jedoch von Vorteil sein, die gesamte Vorrichtung billiger zu bauen und in jeder Meßebene nur zwei Geber vorzusehen. Auf der gegenüberliegenden Seite müssen jedoch die Druck vorrichtung und Meßfühler vorhanden sein, um die resultierende Kraft aufzunehmen.It is particularly advantageous if, for. B. four donors at locations A, B, C, D are arranged in one measuring plane, because then the encoder is double in Measure the x and y direction and if one encoder fails, the other still provides a measurement result. However, it can be beneficial to the whole Device cheaper to build and only two sensors in each measuring plane to provide. On the opposite side, however, the pressure needs to be device and sensor to be present to the resulting force to record.

Es ist vorteilhaft, wenn zur Führung der Meßfühler und Abdichtung gegen Feuchtigkeit zwischen den Meßfühlern Dichtungsringe aus Kunst stoff oder Gummi vorgesehen sind, so haben die Meßfühler gleichen Abstand voneinander und damit auch die Meßebenen. Es kann vorteilhaft sein, diese Abstandshalter auch auf der Innenseite vorzusehen, um die gesamte Vorrichtung zu stabilisieren.It is advantageous if to guide the sensor and seal against moisture between the sensors sealing rings made of art fabric or rubber are provided, the sensors have the same Distance from each other and thus also the measuring planes. It can be beneficial be to provide these spacers on the inside to the stabilize entire device.

Gemäß Anspruch 6 ist vorgesehen, daß alle Meßfühler einer Meßebene gleichmäßig mit Druck beaufschlagt werden. Es kann jedoch genügen, daß die Meßfühler nur mit einem gewissen Druck an dem Material anliegen, damit Zug- und Druckspannungen auf die Meßfühler und damit auf die Geber übertragen werden.According to claim 6 it is provided that all sensors of a measuring level be evenly pressurized. However, it may be sufficient that the sensor only with a certain pressure on the material so that tensile and compressive stresses on the sensors and thus transferred to the donor.

Es kann vorteilhaft sein, daß sich der Druck nach dem Einbau nicht mehr ändert, was die Vergleichbarkeit der Meßergebnisse der Meßebenen verbessert (Anspruch 8). In jedem Fall sollte aber gewährleistet sein, daß ein Mindestdruck bestehen bleibt, da sonst Zugspannungen bzw. eine Druckentlastung nicht mehr gemessen werden können. It may be advantageous that the pressure does not change after installation more changes what the comparability of the measurement results of the measurement levels improved (claim 8). In any case, it should be ensured that a minimum pressure remains, otherwise tensile stresses or a Pressure relief can no longer be measured.

Es kann gemäß Anspruch 7 vorteilhaft sein, daß nur eine Druckvor richtung für alle Meßebenen vorgesehen ist.It can be advantageous according to claim 7 that only one Druckvor direction is provided for all measuring levels.

Am einfachsten wird der Druck hydraulisch auf die Meßfühler auszuüben sein, es sind jedoch auch mechanische oder elektrische Lösungen denk bar, wobei eine mechanische unter Umständen die billigste sein wird.The easiest way is to apply the pressure hydraulically to the sensors be mechanical or electrical solutions bar, with a mechanical one being the cheapest.

Im allgemeinen sollten die Meßebenen parallel angeordnet sein, es können jedoch auch oben oder unten senkrecht zu den normalen Meß ebenen eine oder mehrere Meßvorrichtungen vorgesehen sein, die die Druck- und Zugspannungen in z-Richtung messen.In general, the measuring planes should be arranged in parallel However, can also be perpendicular to the normal measurement above or below level one or more measuring devices can be provided, which the Measure compressive and tensile stresses in the z direction.

Es ist vorteilhaft, die gesamte Vorrichtung mit einer elastischen Hülle zu versehen, damit die Vorrichtung vor Feuchtigkeit geschützt ist. (In den Figuren nicht dargestellt).It is advantageous to cover the entire device with an elastic cover provided so that the device is protected from moisture. (In the Figures not shown).

Für gewisse Anwendungen ist es weiterhin von Vorteil, wenn eine Tem peraturmeßeinrichtung mit entsprechenden Übertragungsmitteln für das Meßergebnis vorhanden ist.For certain applications it is also advantageous if a tem temperature measuring device with appropriate transmission means for Measurement result is available.

Es ist alternativ bevorzugt, eine elastische, schlauchartige Meßhaut als Mittel zum Ankoppeln der Geber an das Material oder Werkstück zu verwenden. Die Geber sind dann an der Innenwand der Meßhaut an geordnet. Die Meßhaut, die vorzugsweise einstückig alle Meßebenen umfaßt, kann mit Fluid auf einen bestimmten Druck befüllt werden, so daß sich deren Außenwandung an das Material anlegt. Die Geber in den einzelnen Meßebenen erstrecken sich vorzugsweise über den gesamten Umfang der Meßebene. It is alternatively preferred to use an elastic, tubular measuring skin Means for coupling the encoder to the material or workpiece use. The sensors are then on the inner wall of the measuring skin orderly. The measuring skin, which preferably integrally all measuring levels includes, can be filled with fluid to a certain pressure, so that their outer wall lies against the material. The donors in the individual measurement levels preferably extend over the entire Scope of the measurement level.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung insbesondere zur Messung eines Schneeprofils sowie ein Verfahren zur Messung eines Schneeprofils. Unter Schneeprofil wird in diesem Zusammenhang eine diagrammartige Aufnahme des Schneeschichthärtewertes über die Schnee höhe einer Schneedecke verstanden. Es ist bekannt, ein Schneeprofil mittels einer Rammsonde zu erstellen. Eine Rammsonde wird sukzessive in den Schnee eingerammt, indem man ein Fallgewicht von einer gewis sen Höhe darauf fallen läßt. Die festgestellte Eindringtiefe ist ein Maß für die Härte des Schnees ins Bereich der Sondenspitze. Die Wegauflö sung hängt von der Masse des Fallgewichts ab und kann nicht beliebig verkleinert werden, da sonst der Meßvorgang unakzeptabel lang wird (ca. 10 bis 15 Minuten), der mindestens eine Bedienperson einer Lawinen gefahr ausgesetzt ist. Es ist nicht möglich, mit einer Rammsonde eine Genauigkeit von unter 2 cm zu erzielen. Mit der Rammsonde kann ein Schneeprofil nur in der vertikalen Richtung ermittelt werden.The invention further relates to a device in particular for Measuring a snow profile and a method for measuring a Snow profile. In this context, a snow profile is a Diagram-like recording of the snow layer hardness value over the snow height of a blanket of snow understood. It is known to have a snow profile using a ram probe. A ram probe is successively rammed into the snow by taking a falling weight from a certain drops its height on it. The determined penetration depth is a measure for the hardness of the snow in the area of the probe tip. The path resolution solution depends on the mass of the falling weight and cannot be arbitrary be reduced in size, otherwise the measuring process will be unacceptably long (approx. 10 to 15 minutes), the at least one operator of an avalanche is exposed to danger. It is not possible to use a ram probe Achieve accuracy of less than 2 cm. With the ram probe one can Snow profile can only be determined in the vertical direction.

Zur Beurteilung der Lawinengefährdung ist die Kenntnis von, z. B. ver eisten Grenzschichten innerhalb der Schneedecke von entscheidender Bedeutung. Die Dicke solcher Grenzschichten liegt im Bereich von wenigen Millimetern.To assess the avalanche risk, knowledge of, e.g. B. ver boundary layers within the snowpack are of crucial importance Importance. The thickness of such boundary layers is in the range of a few millimeters.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist daher die Messung der Schnee härte in verschiedenen Tiefenlagen in kurzer Zeit und mit hoher Weg auflösung.Another object of the invention is therefore the measurement of snow hardness in different depths in a short time and with a long way resolution.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 16. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Vorrichtung sind in den Unteransprü chen 17 bis 30 beschrieben. Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 31. This object is achieved with a device according to claim 16. Advantageous embodiments of this device are in the subclaims Chen 17 to 30 described. The task is still solved by a The method of claim 31.

Mit der Vorrichtung zum Messen eines Schneeprofis (Schneeprofimeß sonde) ist es möglich, relativ gefahrlos die Härte in verschiedenen Schneeschichten eines Schneedeckenaufbaus zu messen. Die Vorrichtung kann von einer Person alleine bedient werden. Das Verfahren zum Messen eines Schneeprofils kann innerhalb nur 1 Minute ausgeführt werden, so daß eine Bedienperson nur kurzzeitig der Gefahr eines Lawinenabgangs ausgesetzt ist. Die Schneeprofilmeßsonde kann senkrecht zur Schneeoberfläche in die Schneedecke eingerammt werden, so daß das tatsächliche Schneeprofil unmittelbar gemessen werden kann.With the device for measuring a snow professional (snow professional measurement probe) it is possible to use the hardness in different relatively safely Measure snow layers of a snowpack structure. The device can be operated by one person alone. The procedure for Measuring a snow profile can be done within just 1 minute be so that an operator only briefly the risk of Avalanche is exposed. The snow profile measuring probe can be vertical be rammed into the snow cover to the snow surface, so that the actual snow profile can be measured immediately.

Die Vorrichtung weist eine Vielzahl von elastisch verformbaren Fühlern auf, die mit Verformungsdetektoren versehen sind zum Ermitteln der Verformung der Fühler. Es ist eine Einrichtung bereitgestellt, mit der die Fühler von einer Ruheposition, bei der die Fühler keinen Druck auf die Schneeschicht ausüben, in eine Meßposition versetzt werden, wobei die Fühler um einen vorgegebenen Weg versetzt werden und sich durch Andruck auf die Schneeschicht verformen. Aus der Verformung der Fühler resultiert ein Meßsignal von den Verformungsdetektoren. Die Meßsignale werden in einer weiteren Einrichtung ausgewertet und es wird ein Schneehärtewert für jeden Fühler ausgegeben. Die Fühler sind an oder in einem zylindrischen länglichen Gehäuse angeordnet.The device has a large number of elastically deformable sensors on, which are provided with deformation detectors for determining the Deformation of the sensors. A facility is provided with which the Sensor from a rest position in which the sensor does not press the Exercise layer of snow, be put in a measuring position, the Feeler to be moved a predetermined way and through Deform pressure on the snow layer. From the deformation of the Sensor results in a measurement signal from the deformation detectors. The Measurement signals are evaluated in a further device and it a snow hardness value is output for each sensor. The feelers are arranged on or in a cylindrical elongated housing.

In einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich ein Fühler in jeder Meßebene. Die Fühler sind vorzugsweise plättchenförmig und mit Ab stand voneinander aufeinander geschichtet. Die plättchenförmigen Fühler sind dann alle in einer Meßrichtung entlang des zylindrischen Gehäuses orientiert. In a preferred embodiment there is a sensor in each Measuring plane. The sensors are preferably plate-shaped and with Ab stood on top of each other. The platelet-shaped antennae are then all in one measuring direction along the cylindrical housing oriented.

Es ist bevorzugt, die Fühler durch eine Vorschubeinrichtung in die Meßposition zu versetzen, jedoch ist dazu auch eine Schwenkvorrichtung geeignet.It is preferred to feed the sensors through a feed device To move the measuring position, but there is also a swivel device suitable.

Im Falle der Vorschubeinrichtung ist als Schubmechanismus ein ellipsen- oder nockenförmiger Zylinder bevorzugt, der sich im wesentlichen über die Länge des Gehäuses erstreckt und mit dem jeder Fühler in Eingriff ist. Durch Drehen des ellipsen- oder nockenförmigen Zylinders um etwa einen rechten Winkel werden die Fühler zwischen einer Ruheposition und einer Meßposition verschoben.In the case of the feed device, an elliptical or preferred cam-shaped cylinder, which is essentially over extends the length of the housing and with which each sensor engages is. By rotating the elliptical or cam-shaped cylinder by approximately The sensors are at a right angle between a rest position and a measuring position shifted.

Im Falle der Schwenkeinrichtung sind die Fühler vorteilhafterweise an einer gemeinsamen Schwenkachse befestigt.In the case of the swivel device, the sensors are advantageously on attached to a common pivot axis.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist die Versetzeinrichtung ein Drucksack, der im Inneren des Gehäuses angeord net ist und der an der Innenseite der Fühler anliegt. Wenn der Druck sack mit Fluid gefüllt wird, werden durch die Expansion des Drucksacks die Fühler in die Meßposition versetzt.In another preferred embodiment of the device Moving device a pressure bag, which is arranged inside the housing net and which rests on the inside of the sensor. If the pressure sack is filled with fluid due to the expansion of the pressure sack the sensors are placed in the measuring position.

In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Gehäuse entlang dessen Längsachse eine längliche Öffnung auf. Die Fühler befin den sich in Ruheposition im Gehäuse und treten in der Meßposition durch die Öffnung aus dem Gehäuse hervor. Bevorzugterweise sind die Fühler in Ruheposition bündig mit der Außenfläche des zylindrischen Gehäuses, so daß sie über den gesamten Versetzweg in die Schneeschicht eindringen. Es ist ferner bevorzugt, daß die Meßfühler die zu messende Schneeschicht im wesentlichen lückenlos erfassen. Das heißt, die jeweils benachbarten Fühler liegen von der zu messenden Schneeschicht gesehen aneinander an. In a further preferred exemplary embodiment, the housing has along its longitudinal axis an elongated opening. The feelers are which are in the rest position in the housing and occur in the measuring position through the opening from the housing. They are preferably Sensor in rest position flush with the outer surface of the cylindrical Housing, so that it over the entire path in the snow layer penetration. It is also preferred that the probe be the one to be measured Capture snow layer essentially without gaps. That is, each one neighboring sensors are seen from the layer of snow to be measured to each other.

Zur Gleitlagerung der Fühler ist bevorzugt, eine Führung aus selbst schmierendem Kunststoff zu verwenden.For the slide bearing of the sensors, it is preferred to use a guide by itself to use lubricating plastic.

Zur Erfassung der Verformung der Fühler zwischen Ruheposition und Meßposition werden vorzugsweise Dehnungsmeßstreifen (DMS) verwendet. Die DMS sind vorzugsweise an einer Oberfläche des Fühlers angebracht, die senkrecht zur Oberfläche ist, die mit dem Schnee in Berührung kommt.To detect the deformation of the sensor between the rest position and Strain gauges are preferably used for the measuring position. The strain gauges are preferably attached to a surface of the sensor, that is perpendicular to the surface that is in contact with the snow is coming.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Versetzeinrichtung von einem elektrischen Antrieb betätigt. Dieser Antrieb kann mit einer Steuervorrichtung gekoppelt sein, mit dem der Meßvorgang des Ver setzens der Fühler und des Ermittelns der Verformung automatisch ausgeführt werden. Die Einrichtung zum Ansteuern der Verformungs detektoren und zum Erfassen der Meßsignale befindet sich vorzugsweise innerhalb des zylindrischen Gehäuses. Jedoch können diese Elemente oder Teile davon auch außerhalb des Gehäuses angeordnet sein.In a preferred embodiment, the offset device is from operated an electric drive. This drive can be used with a Control device with which the measuring process of the Ver automatic placement of sensors and detection of deformation be carried out. The device for controlling the deformation detectors and for detecting the measurement signals is preferably located inside the cylindrical housing. However, these items can or parts thereof can also be arranged outside the housing.

Eine Vorrichtung zum Auswerten der Meßsignale und zum Ausgeben von Schneeschichthärtewerten ist vorzugsweise außerhalb des zylindrischen Gehäuses angeordnet und mit der Einrichtung zum Ansteuern und Erfassen gekoppelt.A device for evaluating the measurement signals and for outputting Snow layer hardness values are preferably outside the cylindrical Arranged housing and with the device for control and Capture coupled.

Es wird weiterhin bevorzugt, daß an jedem Fühler ein Temperatursensor angeordnet ist, mit dem gleichzeitig mit der Erfassung der Schneeschicht härte ein Temperaturprofil gemessen werden kann.It is further preferred that a temperature sensor be provided on each sensor is arranged with the simultaneous with the detection of the snow layer hardness a temperature profile can be measured.

Bevorzugterweise hat die Vorrichtung eine Wegauflösung von unter 3 mm. Noch bevorzugter ist eine Wegauflösung von unter 1 mm. The device preferably has a path resolution of less than 3 mm. A path resolution of less than 1 mm is even more preferred.

In einem bevorzugten Verfahren zur Messung eines Schneeprofils wird zuerst ein länglicher Hohlraum, der sich über die abzumessende Schnee höhe erstreckt, geschaffen, was zum Beispiel durch Einrammen eines zylindrischen Körpers in den Schnee erreicht wird. Dann wird eine Vielzahl von elastisch verformbaren Fühlern entlang der Tiefe des Hohl raums eingebracht. Die Vielzahl von Fühlern wird parallel gegen die Innenwand des Schneehohlraums angedrückt, wobei sie sich entsprechend der Härte der ihnen gegenüberliegenden Schneeschicht verformen. Die Fühler sind mit Verformungsdetektoren versehen, die ein Meßsignal liefern, das erfaßt wird. Die Meßsignale von den Verformungsdetektoren werden ausgewertet und es wird ein Schneehärtewert für jeden Fühler ausgegeben.A preferred method for measuring a snow profile is first an elongated cavity that extends over the snow to be measured heights, created, for example, by ramming one cylindrical body in the snow is reached. Then one Variety of elastically deformable sensors along the depth of the hollow brought into the room. The large number of sensors is used in parallel against the Pressed inside wall of the snow cavity, changing accordingly deform the hardness of the layer of snow opposite them. The Sensors are provided with deformation detectors that provide a measurement signal deliver that is captured. The measurement signals from the deformation detectors are evaluated and there is a snow hardness value for each sensor spent.

Es ist bevorzugt, daß sich der längliche Hohlraum im wesentlichen senkrecht zu Grenzflächen des Schnees erstreckt.It is preferred that the elongate cavity be substantial extends perpendicular to the interfaces of the snow.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegen den Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeich nung zeigen:Further advantages, features and possible uses of the present the invention result from the following description of Embodiments in connection with the drawing. In the drawing show:

Fig. 1 die Vorrichtung zum Bestimmen von Zug- und Druck spannungen in einer Bohrung; Figure 1 shows the device for determining tensile and compressive stresses in a bore.

Fig. 2 eine Meßebene mit vier Gebern; Fig. 2 shows a measuring plane with four donors;

Fig. 3 einen Ausschnitt einer Meßebene; Fig. 3 is a detail of a measuring plane;

Fig. 4 eine mögliche Spannungsverteilung der Vorrichtung zum Bestimmen von Zug- und Druckspannungen; Fig. 4 shows a possible stress distribution of the apparatus for determining tensile and compressive stresses;

Fig. 5 eine Querschnittansicht eines alternativen Ausführungs beispiels der Vorrichtung zum Bestimmen von Zug- und Druckspannungen in einer Bohrung; Figure 5 is a cross-sectional view of an alternative embodiment of the device for determining tensile and compressive stresses in a bore.

Fig. 6 eine Rammsonde nach dem Stand der Technik zur Bestimmung des Rammwiderstandes von Schnee; Figure 6 shows a penetrometer according to the prior art for determining the Rammwiderstandes of snow.

Fig. 7 eine Teilschnittansicht eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung zur Messung eines Schneeprofils; Fig. 7 is a partial sectional view of an embodiment of the apparatus for measuring a snow profile;

Fig. 8 eine Querschnittsansicht des Ausführungsbeispiels von Fig. 7 im Ruhezustand; FIG. 8 shows a cross-sectional view of the exemplary embodiment from FIG. 7 in the idle state;

Fig. 9 eine Querschnittsansicht des Ausführungsbeispiels von Fig. 7 im Meßzustand in Schnee; FIG. 9 shows a cross-sectional view of the exemplary embodiment from FIG. 7 in the measuring state in snow;

Fig. 10 eine mit der Vorrichtung von Fig. 7 erstellte Schnee profilaufnahme. Fig. 10 is a snow profile shot created with the device of Fig. 7.

Die Beschreibung betrifft zunächst die Vorrichtung zum Bestimmen von Zug- und Druckspannungen.The description first relates to the device for determining Tensile and compressive stresses.

Die Konstruktion der Meßsonde ist variabel gehalten, um mit möglichst geringen Änderungen in der Sondenkonfiguration verschiedene Meßmög lichkeiten zu realisieren.The design of the measuring probe is kept variable in order to be as possible minor changes in the probe configuration realizations.

Fig. 1 zeigt die Meßsonde 1 und schematisch die Meßebenen 7, die senkrecht zur Achse der erfindungsgemäßen Vorrichtung (Spannungs sonde) liegen. Fig. 1 shows the measuring probe 1 and schematically the measuring planes 7 , which are perpendicular to the axis of the device according to the invention (voltage probe).

Die Meßsonde mißt nun die Formänderungen an den Punkten A, B, C, D, an denen die Meßfühler an das zu prüfende Material bzw. Werkstück stoßen (Fig. 2).The measuring probe now measures the changes in shape at points A, B, C, D, at which the sensors come into contact with the material or workpiece to be tested ( FIG. 2).

Die Erfassung erfolgt somit schichtweise über die gesamte Sondenlänge. Die Meßebenen können je nach Aufgabenstellung variabel und in axialen Abständen von mindestens 1 mm angeordnet werden. Die Meßsonde ist für hohe und tiefe Temperaturen geeignet und kann sowohl für Kurz- als auch Langzeitmessungen eingesetzt werden.The detection is thus carried out in layers over the entire length of the probe. The measuring planes can vary depending on the task and in axial Clearances of at least 1 mm must be arranged. The measuring probe is Suitable for high and low temperatures and can be used for both short and long-term measurements can also be used.

Das Andrücken der Meßfühler an die Bohrlochwand erfolgt mechanisch, hydraulisch oder elektrisch. Unter Umständen kann über den Andruck ausgewählt werden, ob eine Bohrlocherweiterung (Zug) oder eine Bohr lochverengung (Druck) erfaßt werden soll. Im Normalfall wird man einen gewissen Andruck wählen, damit Zug- und Druckspannung gemeinsam mit der Meßsonde erfaßt werden können. Das Meßprinzip beruht auf der Verwendung von Dehnungsmeßstreifen, könnte aber auch mittels Aus lenkung von Membranen o. ä. dafür geeigneten Drucksensoren bestehen.The sensors are pressed mechanically onto the borehole wall, hydraulic or electric. Under certain circumstances, the pressure be selected whether a borehole extension (train) or a Bohr hole narrowing (pressure) should be detected. Usually you become one choose a certain amount of pressure so that tensile and compressive stress are common can be detected with the measuring probe. The measuring principle is based on the Use of strain gauges, but could also by means of off steering of diaphragms or similar suitable pressure sensors.

Die Dehnungsmeßstreifen sind in bekannter Technik auf ein Trägermate rial aufgebracht, z. B. aufgedampft, mit aufgebondeten Zuleitungen und der eventuell vorhandenen Temperaturmeßstelle.The strain gauges are on a carrier mat in known technology applied rial, z. B. evaporated, with bonded leads and the possibly existing temperature measuring point.

Die Ausbildung der Meßeinrichtung in der Meßebene 7 geht im Prinzip aus Fig. 3 hervor, wobei der Meßfühler 2, der Meßgeber 6, z. B. der Dehnungsmeßstreifen und die Druckeinrichtung 4a, 4b, 4c auf einer Kraftlinie und in der Meßebene liegen. Über die Teleskoparme 4a, 4b wird der Anpreßdruck, z. B. mittels Luft- oder Öldruck, oder eine mecha nische Kraft der Druckvorrichtung 4c über den Meßfühler 2 auf das Material 3 aufgebracht. Die Geber 6 sind auf der Meßeinrichtung fest angebracht, wobei der Dehnungsmeßstreifen von der Wand 3 über den Meßfühler 2 mit Druck beaufschlagt wird und die Druckänderungen messen kann.The design of the measuring device in the measuring plane 7 is shown in principle in Fig. 3, the sensor 2 , the transmitter 6 , z. B. the strain gauge and the pressure device 4 a, 4 b, 4 c lie on a line of force and in the measuring plane. Via the telescopic arms 4 a, 4 b, the contact pressure, for. B. by means of air or oil pressure, or a mechanical force of the pressure device 4 c applied to the material 3 via the sensor 2 . The transducers 6 are fixedly attached to the measuring device, the strain gauge being pressurized by the wall 3 via the sensor 2 and being able to measure the pressure changes.

Die Meßeinrichtung 4a, 4b sollte bis zum Meßfühler 2 den gleichen Querschnitt aufweisen; der Geber kann dann auf einer verbreiterten, aber dünneren Fläche 10, wie in Fig. 3 schematisch gezeigt, aufgebracht werden.The measuring device 4 a, 4 b should have the same cross-section up to the sensor 2 ; the sensor can then be applied to a widened but thinner surface 10 , as shown schematically in FIG. 3.

Die Meßeinrichtung 2, 6, 4a, 4b muß dabei relativ starr sein, da bei flexibler Ausbildung der Geber 6 unter Umständen ein zu großes Meßsi gnal zeigen wurde.The measuring device 2 , 6 , 4 a, 4 b must be relatively rigid, since with a flexible design of the encoder 6 may show a too large Meßsi signal.

Die Meßfühler 2 müssen hart sein, können deformierbar sein, aber nicht elastisch.The sensors 2 must be hard, can be deformable, but not elastic.

Bei mechanischer Ausbildung der Druckvorrichtung 4c kann ebenfalls ein Teleskoparm 4a, 4b verwendet werden. In diesem Fall könnte z. B. in dem Teleskopteil 4b ein Kleber enthalten sein, der bei mechanischer Druckausübung durch die Druckvorrichtung 4c, z. B. durch einen Stöpsel mit konischer Spitze oder überhaupt Konus, zwischen der Umrandung des Teleskoparmes 4b heraustritt, aushärten kann und so die Lage der Meßfühler und Druckübertragungsteile 4a, 4b unter einem gewissen Druck fixiert. Lösbar wäre die Einrichtung dann z. B. durch Herausziehen des Stöpsels und Einleiten von Warmluft, so daß der Kleber flüssig wird, und durch Wackeln die Teleskoparme gelockert werden, und die Meß sonde aus der Bohrung herausgezogen werden kann.With mechanical design of the printing device 4 c, a telescopic arm 4 a, 4 b can also be used. In this case, e.g. B. in the telescopic part 4 b, an adhesive can be used, the mechanical pressure by the pressure device 4 c, z. B. by a stopper with a conical tip or cone at all, emerges between the border of the telescopic arm 4 b, can harden and thus fixes the position of the sensors and pressure transmission parts 4 a, 4 b under a certain pressure. The device would then be z. B. by pulling out the plug and introducing warm air so that the adhesive becomes liquid, and by wiggling the telescopic arms are loosened, and the measuring probe can be pulled out of the hole.

Die Meßfühler können auch über ein Gestänge analog zu einem Regen schirm nach außen gepreßt werden, wobei die "Regenschirm-Zentral stange" im Zentrum der Meßdose zu liegen kommt. Diese Konstruktion kann für alle Ebenen verwendet werden.The sensors can also be operated via a linkage analogous to rain umbrella are pressed outwards, the "umbrella central rod "comes to rest in the center of the load cell. This construction can be used for all levels.

Bei einer elektrischen Lösung könnte z. B. der Teleskoparm 4a, 4b durch eine Gewindestange ersetzt werden, wobei ein Elektromotor 4c über die Gewindestange den Meßfühler an das Material anpressen bzw. entlasten kann. Durch Abstellen des Motors bleibt dann die Meßeinrichtung starr fixiert und der Anpreßdruck erhalten.An electrical solution could e.g. B. the telescopic arm 4 a, 4 b can be replaced by a threaded rod, wherein an electric motor 4 c can press or relieve the sensor on the material via the threaded rod. By switching off the engine, the measuring device remains rigidly fixed and the contact pressure is maintained.

Im Falle einer hydraulischen Lösung kann z. B. auf die Teleskoparme 4a, 4b über eine Hülle 8, die sich im Inneren der Meßdose erstreckt, eine Druckvorrichtung Druck auf alle Teleskoparmenden 4b ausüben. Durch Abschalten der Druckvorrichtung bleibt dann der Druck erhalten.In the case of a hydraulic solution, e.g. B. on the telescopic arms 4 a, 4 b via a sleeve 8 which extends inside the load cell, a pressure device exert pressure on all telescopic arm ends 4 b. The pressure is then maintained by switching off the printing device.

Die Meßeinrichtungen sollten in der Meßebene und diese parallel an geordnet sein, damit die Meßergebnisse vergleichbar sind und insbesonde re Druckprofile über die Tiefe erstellt werden können. Dies kann z. B. dadurch erfolgen, daß, wie in Fig. 3 angedeutet, die Meßeinrichtungen auf einer dünnen Ringfolie 9 gelagert sind. Es kann dabei bei einer preiswerten Einrichtung vorgesehen sein, nur zwei Meßeinrichtungen zu verwenden, dann muß jedoch auf den gegenüberliegenden Seiten die Druckvorrichtung ebenfalls vorhanden sein, wie auch die Meßfühler, damit sich die Meßfühler 2 an gegenüberliegenden Punkten abstützen können, z. B. an den Orten A-B und C-D.The measuring devices should be arranged in the measuring plane and these in parallel so that the measuring results are comparable and in particular pressure profiles can be created over the depth. This can e.g. B. done in that, as indicated in Fig. 3, the measuring devices are mounted on a thin ring film 9 . It can be provided in an inexpensive device to use only two measuring devices, but then the pressure device must also be present on the opposite sides, as well as the sensors, so that the sensors 2 can be supported at opposite points, e.g. B. at the locations AB and CD.

Für sehr geringe Kräfte kann es vorgesehen sein, daß die Dehnungsmeß streifen auf einer Metallfolie oder Folie aus anderem Material aufge bracht sind, die selbst zum Teil an der Wandung anliegt. Es können dann z. B. nur zwei Meßfühler an den Orten A und C mit den ent sprechenden Dehnungsmeßstreifen angeordnet sein. An diesen Orten sollten die Meßfühler jedoch durch eine Druckvorrichtung an die Wan dung gedrückt werden, damit definierte Kräfte in x- und y-Richtung übertragen werden. Die auf die Folie und/oder die Meßfühler über tragenen Kräfte können dann mittels der Dehnungsmeßstreifen, die z. B. auf die Folie aufgeklebt sind, erfaßt werden.For very low forces, it can be provided that the strain gauges strips on a metal foil or foil made of other material are brought, which itself is partly against the wall. It can then z. B. only two sensors at locations A and C with the ent speaking strain gauges may be arranged. In these places however, the sensors should be connected to the pan by a pressure device be pressed so that defined forces in the x and y direction be transmitted. The over the film and / or the probe Carried forces can then by means of the strain gauges, the z. B. are glued to the film can be detected.

Zwischen den Meßebenen 7 sind, wie in Fig. 1 angedeutet, Abstands halterungen 5 vorgesehen, die gewährleisten, daß die Meßfühler vonein ander gleichbleibenden Abstand einhalten. Vorteilhafterweise werden die Abstandshalter auch auf der Innenseite, z. B. am inneren Rand 9a der Folie 9, vorgesehen, damit die Kraftlinien zu den Meßfühlern 2 in den Meßebenen 7 auch tatsächlich parallel liegen.Between the measuring planes 7 , as indicated in Fig. 1, spacing brackets 5 are provided, which ensure that the sensors maintain a constant distance from each other. Advantageously, the spacers are also on the inside, for. B. on the inner edge 9 a of the film 9 , provided so that the lines of force to the sensors 2 in the measuring planes 7 are actually parallel.

Die Verformung des Materials bzw. des Werkstücks werden mittels der Meßfühler erfaßt. Aus den Meßergebnissen werden dann die Zug- und Druckspannungen ermittelt und die Spannungsverteilung über die Tiefe des Bohrloches ermittelt.The deformation of the material or the workpiece is determined by the Sensor detected. The tensile and Compressive stresses are determined and the stress distribution over the depth of the borehole determined.

Die Meßsignalverarbeitung erfolgt interaktiv in einem Anzeige- und Auswertegerät und kann dort mittels graphischer Darstellung und rech nerischer Verknüpfung der jeweiligen Meßpunkte erfolgen. Die Meßdaten können zugleich über eine Standardschnittstelle ausgegeben und/oder auf einem Standarddatenträger abgespeichert werden.The measurement signal processing takes place interactively in a display and Evaluation device and can there by means of graphical representation and arithmetic nerischer connection of the respective measuring points. The measurement data can be output and / or at the same time via a standard interface be saved on a standard data carrier.

Vorteilhafterweise kann auch am Ausgang der Meßsignale ein Vorver stärker angeordnet sein, ebenso eine Langzeitbatterie, um z. B. die Meßsi gnale telegraphisch zu verschicken.Advantageously, a pre-ver can also be at the output of the measurement signals be arranged more strongly, as well as a long-term battery, e.g. B. the Meßsi to send gnale telegraphically.

Zusätzlich können mit der Spannungssonde die in den jeweiligen Meß ebenen herrschenden Temperaturen erfaßt werden. In addition, the voltage probe can be used in the respective measurement level prevailing temperatures can be detected.

Fig. 4 zeigt eine mögliche Spannungsverteilung einer erfindungsgemäßen Meßsonde. Fig. 4 shows a possible voltage distribution of a measuring probe according to the invention.

Die Spannungsmeßsonde kann z. B. für Spannungsänderungen in Schnee decken verwendet werden, um Zugspannungen im Schneedeckenaufbau zu erfassen und damit Lawinengefahr zu erkennen. Die Meßergebnisse können z. B. über Ultraschall oder Mikrowellen oder elektrisch übertragen werden und von der entsprechenden Berg- oder Talstation empfangen und dort ausgewertet werden. Die Meßsonde kann z. B. in die vorhande ne Schneedecke eingepreßt werden. Sobald Schnee auf die vorhandene Schneeschicht fällt, wird auf die Meßsonde von allen Seiten Druck ausgeübt, so daß sie Zug- und Druckänderungen erfassen kann. Man kann auch die Meßsonde in einigem Abstand über dem Boden vor Schneebeginn an einem flexiblen Faden aufhängen, so daß die Meßsonde einige Zentimeter über dem Erdboden hängt und die Meßsonde in der Grundschneeschicht zu liegen kommt. Sobald die Grundschneeschicht durch darüber gefallenen Schnee zusammengepreßt wird, kann die Span nungssonde, da sie nachgiebig aufgehängt ist, mit nach unten gepreßt werden. Die Zug- und Druckspannungen werden auf diese Weise nicht verfälscht. Es werden dann die Zug- und Druckänderungen der untersten Schicht erfaßt, was besonders für abgehende Grundschneelawinen wichtig ist. Wenn sich die Druckverhältnisse z. B. durch Lockerwerden der Haf tung auf dem Untergrund ändern und die Schneeschicht zu schieben anfängt, können derartige Formänderungen übermittelt, und die Lawinen gefahr angezeigt werden.The voltage measuring probe can e.g. B. for voltage changes in snow ceilings are used to reduce tensile stress in the snowpack structure detect and thus recognize the risk of avalanches. The measurement results can e.g. B. transmitted via ultrasound or microwaves or electrically and received by the corresponding mountain or valley station and be evaluated there. The measuring probe can e.g. B. in the existing a blanket of snow can be pressed in. As soon as snow falls on the existing one Snow layer falls, pressure is exerted on the probe from all sides exercised so that it can detect train and pressure changes. Man the measuring probe can also be placed at some distance above the ground Hang the beginning of snow on a flexible thread so that the measuring probe hangs a few centimeters above the ground and the measuring probe in the Basic snow layer comes to rest. Once the base snow layer If the snow is pressed together, the chip can as it is resiliently suspended, also pressed down become. The tensile and compressive stresses are not in this way adulterated. Then the tensile and pressure changes of the lowest Layer captures what is particularly important for outgoing basic snow avalanches is. If the pressure ratios z. B. by loosening the port Change the direction on the ground and push the layer of snow starts, such shape changes can be transmitted, and the avalanches danger are displayed.

Die zusätzliche Temperaturerfassung mittels der Spannungssonde wäre dann eine günstige Ergänzung. The additional temperature detection using the voltage probe would be then a cheap addition.

Die Meßsonde kann selbstverständlich auch in Beton oder Metallteilen, z. B. bei Brücken, Hochhäusern oder anderen Bauwerken im Mauerwerk oder in Putzen eingesetzt werden; oder z. B. auch Holzbauwerken, wo die Alterung des Holzes dann entsprechende Zug- und Druckänderungen ergibt. Ebenso ist die Anwendung im Maschinenbau, z. B. in Motoren, denkbar.The measuring probe can of course also be used in concrete or metal parts, e.g. B. in bridges, skyscrapers or other structures in masonry or used in plasters; or z. B. also wooden structures, where the Aging of the wood then corresponding changes in tension and pressure results. The application in mechanical engineering, e.g. B. in engines, conceivable.

Bei Bergwänden kann die Meßsonde im Boden, im Geröll oder im Gestein Spannungszustände durch Bergverschiebungen, Muren oder Ge steinsverwitterung anzeigen, und so vor drohenden Gefahren warnen.In the case of mountain walls, the measuring probe can be in the ground, in scree or in Rock stress states due to mountain shifts, mudflows or ge Show stone weathering and thus warn of impending dangers.

Es ist auch denkbar, daß die Sonde für kurzfristige Überwachungsmessun gen eingesetzt wird. So kann eine an einer bestimmten Stelle vorbereite te Bohrung in einem Bauwerk vorhanden sein, in die dann die Sonde zu einer bestimmten Jahreszeit oder vor einer größeren Witterungsumbil dung, z. B. einem vom Wetterdienst vorhergesagten Orkan, eingesetzt wird. So könnte auch ein Brückenbauwerk an exponierter Stelle bei anhalten den Niederschlägen mit der Sonde versehen werden, um auftretende Spannungen zu überwachen und gegebenenfalls Alarm zu geben, wenn ein vorgegebener Wert der Spannung über- oder unterschritten wird.It is also conceivable that the probe for short-term monitoring measurements gene is used. So one can prepare at a certain point te hole in a building, into which the probe is then closed a certain time of year or before a major weather situation manure, e.g. B. a hurricane predicted by the weather service is used. A bridge structure could also stop at an exposed point the precipitates are provided with the probe in order to Monitor voltages and, if necessary, give an alarm if a predetermined value of the voltage is exceeded or fallen below.

Fig. 5 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der Spannungsmeßsonde im Querschnitt. Hierbei wird durch Zuführen eines Fluids, wie Luft oder Öl, über eine Zuleitung 19 in den Zwischenraum 20 eine Meßhaut 16 gegen das Medium 3 gedrückt, wobei gewährleistet wird, daß sich ein angelegter Druck nicht ändert. Die Meßhaut 16 ist flexibel und trägt an deren Innenseite die Geber 17 für die Vielzahl von Meßebenen. Fig. 5 shows an alternative embodiment of the voltage measuring probe in cross section. Here, a measuring skin 16 is pressed against the medium 3 by supplying a fluid, such as air or oil, via a feed line 19 into the intermediate space 20 , whereby it is ensured that an applied pressure does not change. The measuring skin 16 is flexible and carries the transmitter 17 for the plurality of measuring planes on the inside.

Nach dem Einsetzen der Sonde auftretende Verformungen des Mediums, z. B. als Vergrößerung oder Verkleinerung des Hohlraums auf Grund einer Temperatur- oder Feuchtigkeitsschwankung, bewirken eine Verfor mung der Meßhaut 16 und damit zusammenhängend der Geber 17. Die daraus resultierenden Meßsignale werden entsprechend ausgewertet. Die Geber 17 sind vorzugsweise flächige Dehnungsmeßstreifen. Die daraus resultierenden Meßsignale werden entsprechend ausgewertet.Deformation of the medium occurring after insertion of the probe, e.g. B. as an enlargement or reduction of the cavity due to a temperature or humidity fluctuation, cause a deformation of the measuring skin 16 and, in connection therewith, the encoder 17th The resulting measurement signals are evaluated accordingly. The encoders 17 are preferably flat strain gauges. The resulting measurement signals are evaluated accordingly.

Um die gesamte Sonde zu stabilisieren, ist ein Trägerrohr 21 aus Kunst stoff oder Metall vorgesehen. Dieses dient zusätzlich zur Befestigung und Abdichtung der Meßhaut über die Länge der Sonde und zur Aufnahme einer Ansteuerelektronik 12 für die Geber. Die Sondenspitze 22 dient ebenfalls zur Befestigung der Meßhaut, sowie als Schutz der Meßhaut beim Einführen in das Medium vor Beschädigung, da die nicht unter Druck stehende Meßhaut 16 mit den Gebern 17 dann an dem Träger rohr 21 anliegt und dessen Umfangsabmessung dann kleiner als die der Sondenspitze 22 ist.In order to stabilize the entire probe, a support tube 21 made of plastic or metal is provided. This also serves to fasten and seal the measuring skin over the length of the probe and to accommodate control electronics 12 for the sensors. The probe tip 22 also serves to fasten the measuring skin, and to protect the measuring skin from damage when it is introduced into the medium, since the non-pressurized measuring skin 16 with the sensors 17 then bears against the support tube 21 and its circumferential dimension is then smaller than that of the Probe tip 22 is.

In einem externen Gehäuse, das vorzugsweise nicht in das Medium 3 eindringt, sind eine Stromversorgung 22 und eine Auswerteelektronik 23 untergebracht. Dieses Gehäuse ist von der Sonde abkoppelbar.A power supply 22 and evaluation electronics 23 are accommodated in an external housing, which preferably does not penetrate into the medium 3 . This housing can be disconnected from the probe.

Die Beschreibung betrifft nun die Vorrichtung zum Messen eines Schnee profils.The description now relates to the device for measuring snow profiles.

Fig. 6 zeigt eine Rammsonde nach dem Stand der Technik zur Bestim mung des Rammwiderstandes einer Schneedecke. Dabei läßt man ein Fallgewicht mit vorbestimmter Masse und aus vorbestimmter Fallhöhe auf die Rammsonde fallen. Es wird dann die Eindringtiefe der Sonde gemes sen. Die Genauigkeit der Rammsonde ist stark von der Masse des Fall gewichts und dessen Fallhöhe abhängig. Die Genauigkeit ist ferner von der Beschaffenheit des Schneeschichtprofiis beeinflußt, was besonders nachteilig ist. Weiterhin ist auch die Zeit zur Ermittlung des Schnee profils von der Beschaffenheit des Schneeschichtaufbaus beeinflußt. Fig. 6 shows a ram probe according to the prior art for determining the ram resistance of a snow pack. A falling weight with a predetermined mass and a predetermined falling height is allowed to fall onto the ramming probe. The depth of penetration of the probe is then measured. The accuracy of the ram probe is heavily dependent on the mass of the drop weight and its drop height. The accuracy is also influenced by the nature of the snow layer professional, which is particularly disadvantageous. Furthermore, the time for determining the snow profile is influenced by the nature of the snow layer structure.

Fig. 7 zeigt in Teilschnittansicht ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zum Messen eines Schneeprofils. Die Schneeprofilmeßsonde wird über ihre ganze Länge in die Schneedecke 3 eingerammt. Die Schneeprofilmeßsonde ist in eine Vielzahl von Meßebenen unterteilt, die jede jeweils einen Meßfühler 2 aufweist. Durch Betätigen eines Exzenters oder eines ellipsen- oder nockenförmigen Zylinders 4d werden die Fühler 2 von der Ruheposition in die Meßposition versetzt. Der Zylinder 4d wird dabei von einem am Oberteil der Sonde angeordneten Motorantrieb 13 betätigt. Es kann jedoch auch einfach ein Knebel verwendet werden. Die Fühler sind in einer Führung 5 aus selbstschmierendem Kunststoff gefährt, die zugleich als Abstandhalterung zwischen den Fühlern in den benachbarten Meßebenen dient. Fig. 7 shows a partial sectional view of a preferred embodiment of the device for measuring a snow profile. The snow profile measuring probe is rammed into the snow cover 3 over its entire length. The snow profile measuring probe is divided into a plurality of measuring levels, each of which has a measuring sensor 2 . By actuating an eccentric or an elliptical or cam-shaped cylinder 4 d, the sensors 2 are moved from the rest position into the measuring position. The cylinder 4 d is actuated by a motor drive 13 arranged on the upper part of the probe. However, a gag can simply be used. The sensors are driven in a guide 5 made of self-lubricating plastic, which also serves as a spacer between the sensors in the adjacent measuring planes.

Fig. 7 zeigt die Schneeprofilmeßsonde mit deren Fühlern in Meßposition. Jeder Fühler ist mit einem Verformungsdetektor 6 versehen, mit dem die Verformung des jeweiligen Fühlers in dessen Meßebene beim Eindringen in die dem Fühler dargebotenen Meßschicht erfaßt wird. Bei den Ver formungsdetektoren handelt es sich vorzugsweise um Dehnungsmeßstrei fen. Fig. 7 shows the snow profile probe with its sensors in the measuring position. Each sensor is provided with a deformation detector 6 , with which the deformation of the respective sensor in its measuring plane is detected when it penetrates into the measuring layer presented to the sensor. The deformation detectors are preferably strain gauges.

Die Fühler sind derart angeordnet, daß Grenzschichten in der Schnee decke von bis auf ein Millimeter Dicke von der Sonde erfaßt werden. Die Ortung solcher Grenzschichten ist bei der Beurteilung der Lawinen gefährdung von besonderer Bedeutung.The sensors are arranged so that boundary layers in the snow ceiling up to a millimeter thick can be detected by the probe. The location of such boundary layers is in the assessment of avalanches threat of particular importance.

Die Ansteuer- und Erfassungselektronik 12 für die Verformungsdetektoren befindet sich im Inneren des Zylinders 4d. Eine Stromversorgung und Anzeige- und Steuerschaltungen sind in einem separaten Gehäuse 23 außerhalb des Sondengehäuses 1 an dem Ende der Sonde angeordnet, das nicht in den Schnee eingerammt ist. Die Schaltungen im Gehäuse 23 sind mit der Ansteuer- und Erfassungselektronik 12 im Zylinder 4d elektrisch auf geeignete Weise gekoppelt. Es werden dabei Steckverbinder bevorzugt, so daß das Gehäuse 23 leicht von der Sonde gelöst werden kann.The control and detection electronics 12 for the deformation detectors is located inside the cylinder 4 d. A power supply and display and control circuits are arranged in a separate housing 23 outside the probe housing 1 at the end of the probe which is not driven into the snow. The circuits in the housing 23 are electrically coupled to the control and detection electronics 12 in the cylinder 4 d in a suitable manner. Connectors are preferred so that the housing 23 can be easily detached from the probe.

Die Länge des Sondengehäuses 1 wird vorzugsweise auf etwa 1 m gewählt, um die Handhabung zu erleichtern. Um tiefere Schneeprofile zu messen, wird nach Abnahme des Gehäuses 23 ein Verlängerungsrohr (nicht gezeigt) an das freie Ende des Sondengehäuses 1 montiert. Das Verlängerungsrohr hat vorzugsweise die gleiche Länge und den gleichen Querschnitt wie das Sondengehäuse 4d. Nach Montage des Verlänge rungsrohrs wird die Sonde um dessen Länge weiter in den Schnee eingerammt und eine erneute Messung durchgeführt. Auf diese Weise können Schneeprofile in beliebiger Tiefe aufgenommen werden.The length of the probe housing 1 is preferably chosen to be about 1 m in order to facilitate handling. In order to measure deeper snow profiles, an extension tube (not shown) is mounted on the free end of the probe housing 1 after the housing 23 has been removed. The extension tube preferably has the same length and the same cross section as the probe housing 4 d. After installing the extension tube, the probe is rammed into the snow by its length and a new measurement is carried out. In this way, snow profiles can be recorded at any depth.

Fig. 8 zeigt einen Querschnitt durch eine Meßebene der Schneeprofil meßsonde. Der Fühler 2 ist dabei in seiner Ruheposition. Die Außen fläche des Fühlers ist dabei bündig mit der äußeren Oberfläche des Sondengehäuses 1. An dem Fühler sind ein DMS 6 als Verformungs detektor und ein Temperatursensor 18 angeordnet. Fig. 8 shows a cross section through a measuring plane of the snow profile measuring probe. The sensor 2 is in its rest position. The outer surface of the sensor is flush with the outer surface of the probe housing 1st A strain gauge 6 as a deformation detector and a temperature sensor 18 are arranged on the sensor.

An der dem Schnee abgewandten Seite des Fühlers ist ein Führungs zapfen 24 angeordnet, der mit dem ellipsenförmigen Zylinder 4d in Eingriff ist. Der Eingriff erfolgt dabei über schlitzartige Ausnehmungen im Zylinder 4d, die sich über etwa 900 erstrecken. Der Führungszapfen 4d weist eine Bohrung auf, durch die Verbindungskabel 25 zwischen dem Verformungsdetektor 6 und dem Temperatursensor 18 des Fühlers 2 und Sowohl der Zylinder 4d als auch die Fühler 2 sind in Schichten aus einem selbstschmierenden Kunststoff 5 gelagert. Die Mittelachse des Zylinders 4d und die Achse des Sondengehäuses 1 sind parallel gegenein ander versetzt. Die dem Schnee abgewandte Seite des Fühlers 2 weist eine geeignete Kurvengestalt auf, um optimal am elliptischen Zylinder 4d zwischen der Meß- und Ruheposition zu gleiten.On the side of the sensor facing away from the snow, a guide pin 24 is arranged, which is in engagement with the elliptical cylinder 4 d. The intervention takes place via slot-like recesses in the cylinder 4 d, which extend over about 900. The guide pin 4 d has a bore through which connecting cables 25 between the deformation detector 6 and the temperature sensor 18 of the sensor 2 and both the cylinder 4 d and the sensor 2 are supported in layers of a self-lubricating plastic 5 . The central axis of the cylinder 4 d and the axis of the probe housing 1 are offset against each other in parallel. The side of the sensor 2 facing away from the snow has a suitable curve shape in order to optimally slide on the elliptical cylinder 4 d between the measurement and rest position.

Fig. 9 zeigt einen Querschnitt (z. B. A-A von Fig. 6) durch eine Meß ebene der Schneeprofilmeßsonde. Das Sondengehäuse 1 ist in eine Schneedecke 3 eingerammt und die Fühler befinden sich in ihrer Meßpo sition, dringen also einen gewissen Weg in die ihnen dargebotene Schneeschicht ein. Der Verschiebeweg wird dabei von der Gestalt des ellipsenförmigen Zylinders 4d bestimmt. Durch den Druck, der auf den Fühler 2 einerseits vom Zylinder 4d und andererseits von der Schnee schicht 3 ausgeübt wird, verformt sich der Fühler 2, was von dem DMS 6 an dem Fühler erfaßt wird. Die Ansteuer- und Erfassungsschaltung 12 weist vorzugsweise eine Wheatstone-Brücke für jeden Fühler 2 auf. Zur Erhöhung der Genauigkeit der Anordnung können zwei DMS an gegen überliegenden Seiten des Fühlers 2 angeordnet sein. Durch geeignete Verschaltung in der Wheatstone-Brücke können dadurch stärkere Meßsi gnale erzielt werden. Fig. 9 shows a cross section (z. B. AA of Fig. 6) through a measuring plane of the snow profile probe. The probe housing 1 is rammed into a blanket of snow 3 and the sensors are in their measuring position, so penetrate a certain path into the snow layer presented to them. The displacement path is determined by the shape of the elliptical cylinder 4 d. Due to the pressure exerted on the sensor 2 on the one hand by the cylinder 4 d and on the other hand by the snow layer 3 , the sensor 2 deforms, which is detected by the strain gauge 6 on the sensor. The control and detection circuit 12 preferably has a Wheatstone bridge for each sensor 2 . To increase the accuracy of the arrangement, two strain gauges can be arranged on opposite sides of the sensor 2 . By suitable connection in the Wheatstone bridge stronger measuring signals can be achieved.

Fig. 10 zeigt eine Schneeprofil-Aufnahme, wie sie mit der erfindungs gemaßen Vorrichtung erzielt werden kann. Dabei ist neben der Schnee schichthärte auch die Temperatur in den verschiedenen Schneeschichten aufgezeichnet. Die Auswerteelektronik kann so programmiert sein, daß sie besondere Schneeprofile bzw. besonders harte und/oder dünne Schichten selbständig erkennt und dies dem Bediener anzeigt. Das gemessene Schneeprofil kann entweder sofort auf einer Anzeigevorrichtung, die mit der Sonde gekoppelt ist, angezeigt werden, oder auf Datenträger zur späteren Auswertung aufgezeichnet werden. Die gemessenen Daten können auch per Funk an eine Zentralstation übertragen werden Die elektrischen Bauelemente und Baugruppen in der Schneeprofilmeß sonde sind z. B. mittels Vergießen mit z. B. Elektro-Vaseline gegen Feuch tigkeit geschützt. Auch die Kunststofführung 5 schützt das Innere der Sonde gegen das Eindringen von Feuchtigkeit. Als Kunststoff wird für die Führung 5 vorzugsweise Teflon (Wz) verwendet. Das Gehäuse 1 der Sonde weist an dessen unterem Ende eine geeignet geformte Spitze auf, so daß die Sonde leicht in die Schneedecke eingerammt werden kann. Fig. 10 shows a snow profile recording, as can be achieved with the device according to the Invention. In addition to the snow hardness, the temperature in the different snow layers is also recorded. The evaluation electronics can be programmed so that it automatically recognizes special snow profiles or particularly hard and / or thin layers and indicates this to the operator. The measured snow profile can either be displayed immediately on a display device, which is coupled to the probe, or recorded on a data carrier for later evaluation. The measured data can also be transmitted by radio to a central station. The electrical components and assemblies in the snow profile measuring probe are e.g. B. by casting with z. B. Electric petroleum jelly protected against moisture. The plastic guide 5 also protects the inside of the probe against the ingress of moisture. Teflon (Wz) is preferably used as the plastic for the guide 5 . The housing 1 of the probe has a suitably shaped tip at its lower end, so that the probe can be easily rammed into the snow cover.

Claims

1. Device for determining tensile and compressive stresses in the interior of materials or workpieces ( 3 ) in various depths NEN measuring levels ( 7 ) with Meßeinrichtun gene ( 1 ), which in the measuring planes ( 7 ) contain sensors ( 6 ), and Means ( 2 , 4 a-c, 6 ) for coupling the transducers ( 6 ) to the material or workpiece, these means being provided with a printing device, characterized in that

- The transducers ( 6 ) of each measuring device ( 1 ) for measuring the linear shape change in various directions are arranged and that
- The means for coupling the transducers ( 6 ) on the side lying on the material or the workpiece ( 3 ) a measuring sensor ( 2 ) and on the side not lying on the material or the workpiece the pressure device ( 4 a, 4 b, 4 c) has, and the respective transmitter ( 6 ) is arranged between.

2. Device according to claim 1, characterized in that at least two, preferably four sensors ( 2 , 4 a-c, 6 ) are arranged in a measuring plane ( 7 ).

3. Device according to claims 1-2, characterized in that the transducers ( 6 ) are strain gauges.

4. Device according to claims 1-3, characterized in that at least one measuring device ( 1 ) is provided perpendicular to the measuring planes ( 7 ).

5. Device according to claims 1-4, characterized in that spacers ( 5 ) z. B. made of plastic, for. B. Teflon, or rubber, are provided between the sensors and / or between the measuring planes ( 7 ).

6. The device according to claim 1, characterized in that the pressure device ( 4 c) for uniform pressure application of all sensors ( 2 ) of a measuring plane via the pressure transmission parts ( 4 a, 4 b) is formed.

7. Apparatus according to claim 1 or 6, characterized in that a common pressure device ( 4 c) is provided for all measuring levels ( 7 ).

8. Device according to claims 1-7, characterized in that the printing device ( 4 a-c) is designed such that the contact pressure is kept constant after installation of the device.

9. Device according to claims 1-8, characterized net that the device with an elastic sleeve against Is provided with dirt and moisture.

10. Device according to claims 1-9, characterized in that an evaluation device is provided for determining the pressure and train changes from the measurement results determined by the sensors ( 6 ).

11. The device according to claims 1-10, characterized net that temperature sensors and associated detection and Transmission means, e.g. B. wireless using ultrasound or Mi crown waves or electrical, are provided.

12. Device according to claims 1-11, characterized by the use in snow or layers of snow, or on Mountain slopes that are predestined for this.

13. The apparatus according to claim 1, characterized in that the means for coupling have a hose-like, flexible measuring skin ( 16 ) which can be filled with a fluid at a predetermined pressure; and that the transducers ( 17 ) are arranged on the inner wall of the measuring skin ( 16 ).

14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the transducers ( 17 ) in the various measuring planes ( 7 ) extend over substantially the entire circumference of the measuring skin ( 16 ).

15. The apparatus of claim 13 or claim 14, characterized in that the measuring skin ( 16 ) extends in one piece in wesent union over the length of the device.

16. Device for measuring a snow profile by determining the snow layer hardness at different depths.
marked by
a plurality of elastically deformable sensors ( 2 ) with deformation detectors ( 6 ) for determining the deformation of the sensors;
a device ( 4 d) for moving the sensors in parallel from a rest position ( FIG. 7) to a measuring position ( FIG. 8) by a predetermined distance;
a cylindrical elongated housing ( 1 ) for receiving the sensors; and
a device ( 12 ) for controlling the deformation detectors and for measuring signals for each sensor.

17. The apparatus according to claim 16, characterized in that the device for parallel displacement of the sensor ( 2 ) is a pivoting device with which the sensor ( 2 ) from the position of rest to the measuring position can be pivoted by a predetermined angle.

18. The apparatus according to claim 17, characterized in that the Sensor firmly connected to a common swivel axis are.

19. The apparatus according to claim 16, characterized in that the device for parallel displacement of the sensor ( 2 ) is a front thrust device ( 4 d) with which the sensor ( 2 ) from the rest position to the measuring position can be pushed ver by a predetermined distance .

20. Device according to one of claims 16 to 19, characterized in that the sensors ( 2 ) are platelet-shaped and are layered at a distance from one another along a common surface.

21. Device according to one of claims 16 to 20, characterized in that the housing has an elongated opening along its longitudinal axis, the sensors ( 2 ) being in the rest position in the housing and projecting out of the housing through the opening in the measuring position .

22. Device according to one of claims 19 to 21, characterized in that the feed device has a substantially parallel to the housing axis rotatably mounted elliptical or cam-shaped cylinder ( 4 d) with which each sensor is engaged.

23. The device according to one of claims 19 to 21, characterized ge indicates that the transfer device is a pressure bag that is arranged in the interior of the housing and on the inward against the edge of the sensor.

24. Device according to one of claims 16 to 23, characterized in that the sensors ( 2 ) are mounted in a guide made of a self-lubricating plastic ( 5 ).

25. Device according to one of claims 16 to 24, characterized in that the deformation detectors ( 6 ) are strain gauges.

26. Device according to one of claims 16 to 25, characterized in that the number of sensors ( 2 ) along the length of the housing is selected so that a measurement resolution of less than 3 mm is achieved.

27. The device according to one of claims 21 to 26, characterized ge indicates that the opening has a closure is the one between the opening and the last one re closing position is movable.

28. The apparatus according to claim 16, characterized in that the displacement device ( 4 d) can be actuated by an electric drive ( 13 ).

29. The device according to one of claims 16 to 28, characterized by a device ( 23 ) for evaluating the measurement signals and for outputting snow layer hardness values, the device ( 23 ) being arranged outside the housing ( 1 ) and with the device ( 12 ) is coupled to control and detection.

30. Device according to one of claims 16 to 26, characterized in that each sensor ( 2 ) has a temperature sensor ( 18 ).

31. A method for measuring a snow profile, creating an elongated cavity that extends through the snow cover,
characterized,
that the elongated cavity extends substantially perpendicular to the interfaces of the snow cover and that the method comprises the following steps:

a) introducing a plurality of elastically deformable Füh learners ( 2 ) along the cavity;
b) pressing the plurality of sensors in parallel against the wall of the snow cavity;
c) determining the deformation of the sensors from a measurement signal from deformation detectors ( 6 );
d) evaluating the measurement signals from the deformation detectors ( 6 ) and outputting a snow hardness value for each sensor ( 2 ).