Ein neues Echtzeit-Messprinzip zur Bestimmung von Setzungen und Neigungen mit einer hydrostatischen Laser-Präzisionsschlauchwaage
A New Real-time Measuring Principle for the Determination of Settlements and Inclinations with a Hydrostatic Laser Precision Hose Levelling Instrument
Frank Kubisch, Clemens Schuwerack, Hubert Böhme, Michael Möser, Jörg Benndorf
Für die Bestimmung von hochpräzisen Setzungen werden insbesondere für das Bauwerksmonitoring hydrostatische Messsysteme eingesetzt. Klassische Messinstrumente arbeiten rein mechanisch, elektrisch, magnetisch, halb- oder vollautomatisiert, um Hebungen und Senkungen (Setzungen) von historischen Bauwerken, Brücken, Staudämmen, Talsperren, Turmfundamenten u. v. m. zu ermitteln. Zur Bestimmung der Schieflage bzw. der Neigung von Bauwerken werden bisher Inklinometer, MEMS-Sensoren, Neigungswinkelmesser, Gyroskope u. v. m. verwendet. Die Innovation des zwei Jahre geförderten BMWK-AiF-ZIM-Kooperationsprojekts „HYDRO-LaWa“ bestand darin, die zwei Messaufgaben Setzung und Neigung in nur einem hochpräzisen Messinstrument zu kombinieren. Diese Entwicklung der hydrostatischen Laser- Präzisionsschlauchwaage (LSW) besitzt aufgrund ihres optisch-elektronischen Messaufbaus wesentliche Vorteile gegenüber dem Verschleiß unterliegenden, mechanisch bewegten Messinstrumenten. Neben der hochgenauen Messkombination aus Setzung und Neigung ist es zusätzlich möglich, Temperaturdifferenzen mit der LSW kontinuierlich in Echtzeitmesszyklen ab 1 s über Tage, Wochen, Monate und Jahre zu bestimmen. Das robuste, langzeitstabile LSW-Messinstrument besitzt eine hohe Messgenauigkeit mit geringer Standardabweichung von 0,1 mm bis 0,2 mm in einem modular erweiterbaren ca. 200 mm großen Messbereich. Die Auswertung der Messdaten wird in einem Gesamtmesssystem „HYDRO-LaWa“, bestehend aus einem Hard- und Softwarekonzept, verwirklicht, die als Bestandteil in ein größeres Geo-Sensornetzwerk integriert werden kann.
Hydrostatic measuring systems are used to determine high-precision settlements, especially for monitoring structures. Classical measuring instruments work purely mechanically, electrically, magnetically, semi- or fully automated to determine increase and subsidence (settlement) of historical structures, bridges, dams, reservoirs, tower foundations and many more. Up to now, inclinometers, MEMS sensors, tilt goniometers, gyroscopes etc. have been used to measure the tilt or inclination of structures. The innovation of the two years funded BMWK AiF ZIM cooperation project “HYDRO-LaWa” was to combine the two measuring tasks of settlement and inclination in only one high-precision measuring instrument. This development of the hydrostatic laser precision hose levelling instrument (LSW) has significant advantages over known being subject to wear mechanical, moving measuring systems due to its optical-electronic measurement setup. In addition to the highly accurate measuring combination of settlement and inclination, it is further possible to continuously determine temperature differences with the LSW in real-time measuring cycles up to 1 s over days, weeks, months and years. The robust, long-term stable LSW measuring instrument has a high measuring accuracy with a low standard deviation of 0.1 mm to 0.2 mm in a modularly expandable measuring range of approx. 200 mm. The evaluation of the measurement data is realised in an overall measurement system “HYDRO-LaWa” consisting of a hardware and software concept, which can be integrated as a component in a larger geo-sensor network.
Schlüsselwörter: Hydrostatisches Nivellement, Bauwerksmonitoring, Laserschlauchwaage, Setzung, Neigung, Echtzeit- messung
Keywords: Hydrostatic levelling, structural monitoring, laser hose levelling system, settlement, inclination, real-time measurement