DE1773271B2

DE1773271B2 - Zerstoerungsfrei arbeitende pruefeinrichtung zum ermitteln des erhaltungszustandes eines eingebauten leitungsmastes aus holz

Info

Publication number: DE1773271B2
Application number: DE19681773271
Authority: DE
Inventors: Charles A Richmond Holland Jack Lansing Mich Heath (V St A)
Original assignee: Heath International, Ine , Richmond, Mich (VStA)
Priority date: 1967-10-06
Filing date: 1968-04-23
Publication date: 1973-06-20
Also published as: DE1773271C3; DE1773271A1; FR1549961A; GB1153238A; US3531983A

Description

Die Erfindung betrifft eine zerstörungsfrei arbeitende Prüfeinrichtung zum Ermitteln des Erhaltungszustandes eines eingebauten Leitungsmastes aus Holz, bei der durch das Aufbringen eines Stoßes auf eine Stelle des Leitungsmastes in der Nähe der Erdoberfläche Schallenergie im Leitungsmast erzeugt und mittels eines gegenüber der Stoßstelle an den Leitungsmasten angesetzten elektroakustischen Wandlers empfangen wird, welchem eine elektrische Meßanordnung nachgeschaltet ist.

Aus der USA.-Patentschrift 3 066 525 ist eine derartige Prüfeinrichtung bekannt, bei welcher die Laufzeit von Schallimpulsen in Längsrichtung durch den zu untersuchenden Leitungsmast als Kriterium für dessen Zustand benutzt wird. Dazu ist ein elektroakustischer Wandler vorgesehen, welcher durch einen Schallsender oder durch geeigneten Stoß in Längsrichtung in den Leitungsmast eingeleitete Schallimpulsc, die vorzugsweise Ultraschallimpulse sind, nach ihrer Reflexion an den Enden des Leitungsmastes oder an einer unter Umständen vorhandenen Fehlstelle empfängt und welcher einen Oszillographen steuert. Au: der am Bildschirm des Oszillographen ablesbaren zeitlichen Lage der Echo-Impulse können eventuelle Fehlstellen erkannt werden. Die bekannte Prüh inrichtung ist sehr aufwendig. Für die Verstärkung der auf Grund des langen Laufweges in Längsrichtung durch den Masten relativ schwachen Echo-Impulse und für die Feststellung ihrer zeitlichen Lage sind komplizierte und relativ umfangreiche elektronische Geräte erforderlich. Dies ist um so nachteiliger, als die Leitungsmasten an Ort und Stelle, nämlich im eingebauten Zustand, überprüft werden sollen und entsprechend die ganzen Geräte zum Leitungsmast transportiert und an diesem im

ίο Freien betrieben werden müssen. Eine weitere, mit der bekannten Prüfeinrichtung verbundene Schwierigkeit besteht darin, daß der Messung der zeitlichen Lage der empfangenen impulse für verschiedene Holzarten unterschiedliche Eichungen zugrunde ge- !egt werden müssen, da die Laufzeit der Schallimpulse in den verschiedenen Holzarten unterschiedlich ist. Dy die in Frage kommenden Zeitspannen an sich sehr kurz sind, müssen die Eichungen auch noch sehr genau sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zerstörungsfrei arbeitende Prüfeinrichtung zum Ermitteln des Erhaltungszustandes von eingebauten Leitungsmasten aus Holz anzugeben, die so einfach aufgebaut ist. daß mit ihr die Leitungsmasten an Ort und Stelle ohne großen Bedienungsaufwand überprüft werden können.

Ausgehend von e^;r.er Prüfeinrichtung der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Meßanordnung zwei parallel an den Wandler angeschlossene Bandpaßfiher mit einem Durchlabbereich von 0.16 bis 0.60 kHz bzw. von 1.0 bis 5.2 kHz sowie zwei jeweils einem der Bandpaßfilter nachgeschaltete Wechselstrom-Verstärker umfaßt, zwischen deren Ausgängen über jeweiK eine Gleichrichterstufe ein Strommesser mit beidseitigem Ausschlag liegt.

Die neue "'rüfeinrichtung beruht auf der gleichen Grundidee wie ein von der Anmelderin in der älteren Anmeldung gemäß der deutschen Auslegeschrift 1648 514 vorgeschlagenes Verfahren zum überprüfen des Erhaltungszustandes von eingebauten Leitungsmasten aus Holz. Bei diesem vorgeschlagenen Verfahren wird auf eine Stelle des zu untersuchenden Leitungsmastes in oor Nähe der Erdoberfläche ein Stoß aufgebracht und dadurch im Leitungsmast Schallenergie in einem breiten, jedoch im Einzelfall Undefinierten Frequenzband erzeugt. Von dieser wird kein Echo wie bei der bekannten Prüfeinrichtung, sondern der sich quer durch den Leitungsmast ausbreitende Anteil empfangen und ausgewertet, indem der empfangene Anteil der Schallenergk als Funktion der Frequenz sichtiar dargestellt und die so gewonnene Darstellung mit einer in gleicher Weise von einem bekannt einwandfreien Leitungsmast gewonnenep. Darstellung auf Abweichungen hin verglichen wird.

Sosvohl das vorgeschlagene Verfahren als auch die neue Prüfeinrichtung nutzen den Umstand, daß Holz ein nicht homogenes Material ist und lange, mehrzellige Fasern aufweist, die ringförmig liegen und in den verschiedenen Bereichen unterschiedlich dicht gepackt sind. Durch eventuelle Fehlstellen im hölzernen Leitungsmast, die erfahrungsgemäß am häufigsten im eingegrabenen Abschnitt auftreten, wird die Einspannung der langen Fasern und dadurch das Ausbreitungsverhalten der in der Nähe der Erdoberfläche eingeleiteten Schallenergie quer durch den Mast hindurch geändert. Während jedoch bei dem

vorgeschlagenen Verfahren die Änderung durch eine visuelle Auswertung entsprechender Darstellungen festgestellr werden muß. ist sie bei der erfindungs'gemäßen Vorrichtung unmittelbar am Ausschlag des ί .rommessers erkennbar. Der Ausschlag des sTromressers beruht auf dem Unterschied der je nach Erbnltungszustand des untersuchten Leitungsmastes unter-chiedlich hohen Frequenzanteile der empfange-IUTi Schallenergie in den beiden auf Grund von Versuchen optimal festgelegten Durchlaßbereichen der B;'ndpaßfilter. Ein Überwiegen des höherfrequenten Anteils ist sicheres Anzeichen für einen guten Leitingsmast. während ein Überwiegen des niederfrequenten Anteils auf Fehlstellen, z. B. auf Grund von Fiulniserscheinungen. hindeutet.

Gegenüber der bekannten Prüfeinrichtung entfällt bei der Erfindung der hohe Aufwand für die Zeitn".;--Hine vollständig. Die Überprüfung ist ein kurzer. uu.h von ausgeübten Personen leicht ?u^fiihrbt<rer V-rgang. Ihr Ergebnis kann unmittelbar am Strom-■■■ ;—er abgelesen werden. Beim Aufbringen de- Stu-I-L-- -ind keine besonderen Maßnahmen derart zu heeren, daß die Schallenergie etwa eine bevorzugte Au-hreitungsrichtung hat oder in einem bevorzugten Frequenzbereich liegt. Es genügt ein einfacher Harnni.:r-chlag gegen den Leitungsma-t. Die crfinduiiüsj:L.-mäße Prüfeinrichtung ist zur schnellen Reiheniin-U:-uchung einer großen Anzahl von Leitungsmasten rrädestiniert. Sie ist weder dazu geeignet noch dazu K-timmt. genauen Aufschluß über die exakte Lage l-p.d Größe von Fehlstellen zu vermitteln. Wird mit ti ··.··,· neuen Prüfeinrichtung festgestellt, daß eine Fehl-Meile vorhanden ist. so muß der betreffende Leitungsmast gegebenenfalls mit röntgenologischen Verfahren genauer untersucht oder auch ausgegraben und in Augenschein genommen werden.

Von der geophysikalischen Untersuchung von Gesieinsfon..ationen ist es an sich bekannt, empfangene Schallenergie durch zwei parallel arbeitende, unterschiedlich hoch abgestimmte Bandpaßfilter, deren Ausgang auf einen Verhältniswertbildner mit nachiolgender Anzeige geschaltet ist. auszuwerten ILSA.-Patentschrift 3 292 14?). Die empfangene Schalk-'iergie beruht jedoch auf zwei in das Gestein eingeleiteten oder eingeprägten Schallwellen mit zwei imterschiedlichen festen Frequenzen und einem festjielegten Amplitudenverhältnis, deren frequenzabhängige Dämpfung bei der Ausbreitung im Gestein festgestellt werden soll, um Aufschluß über die Natur des Gesteins zu liefern. Es ist ferner auch von der Prüfung von Werkstücken aus homogenem Material. z. B aus Metall, an sich bekannt, empfangene Schallcnergie in zwei frequenzmäßig durch einen Tiefpaß und einen im Durchlaßbereich an den Tiefpab anschließenden Hochpaß voneinander getrennten Kariälen zu verstärken und die Ausgangssignalc der beiden Kanäle einem Vergleich durch Verhältniswertbildung zuzuführen (USA.-Patentschrift 2 412 240). Die Prüfung soll Aufschluß über schlechte Schweißstellen. Fehler in Gußstellen, mangelhafte Nietung und Ähnliches geben. Das zu prüfende Werkstück wird mit mor.ofrequenten Schallwellen relativ niedriger Frequenz angeregt, wobei die Frequenz vorzugsweise nicht der Resonanzfrequenz des getesteten Werkstücks entsprechen soll. Die Prüfung beruht darauf, daß sich das Verhältnis von Oberwellen zu anregender Grundvvelle je nachdem, ob das Werkstück Fehlstellen enthält oder nicht, ändert. Eine derartige Arbeitsweise ist bei Werkstücken aus homogenem Material möglich, die im fehlerfreien Zustand stets gleiche, durch die Natur des homogenen Materials festgelegte Leitungs- und Anregungseigenschäften gegenüber Schall in einem bestimmten Frequenzbereich besitzen. Bei Leitungsmasten, du- audem nicht homogenen Material Holz bestehen, mut diese Arbeitsweise jedoch versagen, da auf Grund des Fehlens festgelegter Leitungs^ und Anregungsei«enschaften im öbisen Sinne. Effekte, die auf Fehlstellen im Holz beruhen, durch Effekte, die auf den Zufälliakeiten des jeweiligen natürlichen Zustandes des Holzes beruhen, überdeckt würden.

Für eine einfache Eichung der neuen Prüfeinrichtu ng ist es zweckmäßig, wenn die Verstärkung der beiden Wechselstrom-Verstärker getrennt einstellbar ist. Bei einer einfachen zuverläßigen Ausführungsfr: .n Jer Prüfeinrichtung sind die beiden Bandpaßfilter über eine Serienkapazit;· an den Wandler angeschlössen, wobei da- eine Bam'paßfilter durch eine Serienkapazität und das andere Bandpaßfilter durch eine Serienindukti\ität mit nachge-chalt-ner Parallelkapazität gebildet ist. Die genannten, in den Unierar.piüchen gekennzeichneten Maßnahmen sind zwar zweckmäßig, selbständiger Schutz wird jedoch für sie nicht bewehrt.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand eineschematisch dargestellten Ausführungsbeispiel- näher erläutert. E·-zeist

F i g. 1 die schematische Darstellung eine- eing:- bauten Leitungsmastes aus Hol/ und einer Prüfeinrichtung nach der Erfindung.

F i g. 2 das Schaltbild eines zur Prüfeinrichtung na;h F i g. 1 gehörenden Strommessers mit zwei vorgeschalteten Gleichrichterstufen.
' Fig.? das Schaltbild zweier Bandpaßfilter der Prüfeinrichtung nach Fig. 1.

Fig. 4 und 5 die Durchlaßkurven der beiden Bandpaßfilter.

In Fig. 1 ist schematisch dargestellt, wie der Frhaltungszustand eines in den Erdboden 11 eingegrabenen Leitungsmastes 10 aus Holz ermittelt wird. Mittels eines Hammers 12 wird in der Nähe der Frdoberfläche ein Stoß auf eine Seite des Leitungsmastes 10 aufgebracht. Statt des gezeigten, von Hand freigeschwungenen Hammers kann auch eine andere, geeignete Vorrichtung zum Aufbringen eines Stoßes verwendet werden. Im Interesse einer optimalen Empfindlichkeit wird eine Stoßstelle in der ?-'ähe der Erdoberfläche gewählt, weil die zu entdeckende eventuelle Verrottung gewöhnlich in der Nähe der Erdoberfläche oder darunter beginnt. Um eine besonders sichere Überprüfung zu erzielen, können mehrere, vorzugsweise drei Stöße über den Umfang des Mastes verteilt werden.

Durch jecen aufgebrachten Stoß wird im Leitungsmast Schallenergie in einem breiten, jedoch im Einzelfall Undefinierten Frequenzband erzeugt. Von diescr Schallenergie breitet sich ein Anteil unmittelbar quer durch den Leitungsmast auf zu den Jahresringes des Mastes ungefähr parallelen Bahnen aus und wird von einem gegenüber der Stoßstelle angebrachten elektroakustischen Wandler 13 empfangen. Der Leitungsmast 10 enthält Xylemzellen des Baumes, aus dem er hergestellt wurde. Diese Zellen umfassen große Bündel langer senkrechter Fasern 14, die man in akustischer Hinsicht mit den Saiten z. B. einer Gitarre vergleichen kann. Die Frequenz, mit der diese

Fasern 14 Schallencrgic weiterleiten, richtet sich teil- und 28 Werte von 5, 0.01 bzw. 0.1 uF und für die

weise nach der Starrheit der Einspannung der Faser- Drossel 25 den Wert 18OmH.

enden. Die beiden den Wechselstrom-Verstärkern 35 bzw.

Der Leitungsmast 10 habe die in Fig. 1 darge- 35« nachgcschalteten Gle'chrichterstufen 37 sind

stellte Fäulnisstelle 15. Dadurch ist die Starrheit der 5 gleich aufgebaut. Ihre Schaltung ist in F i g. 2 gezeigt.

Einspannung der Fasern 14 an den in Fig. 1 mit 16 Sie umfassen jeweils eine Diode 39 bzw. 39« im

bezeichneten Stellen verringert. Die durch die Faul- Längszweig, auf die die Parallelschaltung eines Kon-

nisstelle nicht beeinträchtigten Fasern 14 leiten die densators 40 bzw. 40 ' mit einem Widerstand 41

durch den Stoß im Leitungsmast erzeugte Schallener- bzw. 41 α im Querzweig folgt. Der Kondensator dient

gie in Form von Wellen 17 relativ hoher Frequenz io zur Glättung, während der Widerstand den Abschluß

weiter, während die auf Grund der Fäulnisstelle wc- der Gleichrichterstufe bildet. Die beiden Elemente

niger starr eingespannten Fasern 14 die Schallenergie haben zweckmäßigerweise einen Wert von 40 uF

in Form von Wellen 18 relativ niedriger Frequenz bzw. 1OkQ.

weiterleiten, ähnlich der schlaff eingespannten Saite Der Strommesser 38 mit beidseitigem Ausschlag,

der Gitarre. »5 d. h. mit Nullpunkt in Skalenmitte, ist gemäß F i g. 2

Der elektrische Ausgang des Wandlers 13, bei dem zwischen die beiden Gleichrichterstufen 37 geschales sich z.B. um einen Beschleunigungsmesser han- tet. Sein Meßbereich liegt zwischen -20 und dein kann, ist an den Eingang 19 einer Filtcrschal- + 20 μΑ. Der Strommesser bildet die Differenz seiner tung 20 angeschlossen, die zwei parallel arbeitende beiden, über die beiden Bandpaßfilter zugeführten Bandpaßfilter mit den Ausgängen 24 und 27 umfaßt, ao Eingangsströme und gibt durch die Richtung seines An die Ausgänge der beiden Bandpaßfilter ist jeweils Ausschlages an, welches der über die beiden Bandein Wechselstrom-Verstärker 30 bzw. 30 α ange- paßfiltsr empfangenen Signale das größere ist. Durch schlossen, dessen Verstärkung mittels eines Potentio- Einstellung der Verstärkung der Verstärker 30 bzw. meters in der Eingangsstufe einstellbar ist. Die Aus- 30 a wird die Prüfeinrichtung so geeicht, daß einem gänge 35 bzw. 35 ο der beiden Wechselstrom-Ver- as Zeigerausschlag zwischen +5 und +2OuA ein einstärker sind über jeweils eine Gleichrichterstufe 37 wandfreier Zustand des geprüften Leitungsmastes mit dem Eingang 36 bzw. 36 a gemeinsam auf einen entspricht. Dann bedeutet ein Ausschlag im Bereich Strommesser~38 mit beidseitigem Ausschlag geschai- Vuii -5 bis τ5μΛ gewisse Fäulnis sm Leitungsmast, tet. Die Filterschaltung 20 ist in F i g. 3 genauer dar- während ein Ausschlag zwischen - 5 und - 20 μΑ gestellt. Sie umfaßt hinter dem Eingang 19 einen Se- 30 eine erhebliche Fäulnis anzeigt,
rienkondensator 21. Zwischen diesem und dem Aus- Zur Prüfung eines Leitungsmastes wird der elekgang 24 liegt ein weiterer Serienkondensator 23. troakustische Wandler 13 in der Nähe der Erdober-Zwischen dem Serienkondensator 21 und dem Aus- fläche an den Leitungsmast angelegt und dann der gang 27 liegt ein Glied aus einer Seriendrossel 25 Leitungsmast gegenüber vom Wandler mit dem und einem nachgeschalteten Parallelkondensator 28. 35 Hammer 12 angeschlagen. An dem Strommesser 38 Die derart zwischen dem Eingang 19 und den Aus- läßt sich dann unmittelbar der Erhaltungszustand des gangen 24 und 27 gebildeten beiden Bandpaßfilter Leitungsmastes ablesen. Um für ein sicheres Ablesen haben zwei unterschiedliche Durchlaßbereiche, die einen länger anhaltenden Ausschlag des Strommesdurch geeignete Bemessung der Bauelemente für das sers zu erhalten, kann der Leitungsmast ohne weite-Bandpaßfilter mit dem Ausgang 24 auf 0,16 bis 40 res mehrmals angeschlagen werden. Die Untersu-0,60 kHz und für das Bandpaßfilter mit dem Aus- chung kann am Umfang des Leitungsmastes versetzt gang 27 auf 1,0 bis 5,2 kHz festgelegt sind. Die wiederholt werden, wobei sich unter Umständen ganz Durchlaßkurven der beiden Bandpaßfilter sind in grob auch ein Aufschluß über Lage und/oder Größe den F i g. 4 und 5 gezeigt. Man erkennt, daß das einer Fehlstelle gewinnen läßt. Eine mangelhafte Be-Durchlaßmaximum für das Bandpaßfilter mit dem 45 rührung zwischen dem Wandler und dem T eitungs-Ausgang 24 (F i g. 5) be^: 0,28 kHz und das Durch- mast, z. B. auf Grund von Mantelfäule kann durch laßmaximum für da^c andere Bandpaßfilter mit dem den ausbleibenden Ausschlag des Strommessers er Ausgang 27 (Fig.4) bei 3,6kHz liegt. Eine geeig- kannt werden* Die Überprüfung wird dann mit aade nete Bemessung ergibt für die Kondensatoren 21, 23 rer Lage des Wandlers nochmals wiederholt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zerstörungsfrei arbeitende Prüfeinrichtung zum Ermitteln des Erhaltungszustandes eines eingebauten Leitungsmastes aus Holz, bei der durch das Aufbringen eines Stoßes auf eine Stelle des Leitungsmastes in der Nähe der Erdoberfläche Schallenergie im Leitungsmast erzeugt und mitiels eines gegenüber der Stoß-Stelle an den Leitungsmasten angesetzten elektroakustischen Wandlers empfangen wird, welchem eine elektrische Meßanordnung nachgeschaltet ist. dadurch gekennzeichnet, daß die Meßanordnung zwei parallel an den Wandler angeschlossene Bandpaßfiher (20) mit einem Durchhii'creich von «.16 bis 0.60 kHz bzw. von i.O bis 5.2 kHz sowie zwei jeweils einem der Bandpaßfilter nachgescrultete Wechselstrom-Verstärker (30: 30a) umfaßt, zwischen deren Ausgängen (35: 35 a) über jeweils eine Gleichrichierstuic (37) ein Strommesser (38) mi. beidseitigem Aufschlag liegt.

2. Prüfeinrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung der beiden Wechselstrom-VerMärker (30: 30J) getrennt einstellbar ist.

3. Prüfeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2. da durch gekennzeichnet, da" die ! .'iden BandpaU-filter (20) über eine Serien!.apazität (21) an den Wandler (13) angeschlossen sind und daß dus eine Bandpaßfilter durch eine Serienkapazität (23) und das andere Bandpaßfilier durch eine Serieninduktivität (25) mit nachgeschalteter Parallelkapa/.ität (28) gebildet ist.