ES2229406T3 - Dispositivo de medir recorridos. - Google Patents

Abstract

UN DISPOSITIVO DE MEDICION DE RECORRIDO, EN ESPECIAL PARA USARSE EN UN EXTENSOMETRO PARA MEDIR Y SUPERVISAR MOVIMIENTOS EN LA MECANICA DE ROCAS Y SUELOS, POSEE UNA PIEZA DE ANCLAJE DESPLAZABLE QUE RECOGE EL RECORRIDO A MEDIR Y AL MENOS UN CONDUCTOR OPTICO, QUE PUEDE DILATARSE DEPENDIENDO DEL DESPLAZAMIENTO DE LA PIEZA DE ANCLAJE. APARTE DE ESTO SE HA PREVISTO UN DISPOSITIVO DE VALORACION, POR MEDIO DEL CUAL PUEDEN DETECTARSE LAS CARACTERISTICAS DE REFLEXION O TRANSMISION DEL CONDUCTOR OPTICO QUE VARIAN EN FUNCION DE LA DILATACION. PARA PODER DETECTAR INCLUSO GRANDES DILATACIONES Y RECORRIDOS CON EFICACIA, SE HA DISPUESTO ENTRE LA PIEZA DE ANCLAJE Y EL CONDUCTOR OPTICO UN DISPOSITIVO DE REDUCCION, QUE TRANSFORMA EL RECORRIDO DE DESPLAZAMIENTO DE LA PIEZA DE ANCLAJE EN UN RECORRIDO DE DILATACION MENOR DEL CONDUCTOR OPTICO. COMO DISPOSITIVO DE REDUCCION SE HA PREVISTO EN ESPECIAL UN MUELLE.

Description

Dispositivo para medir recorridos.

La invención se refiere a un dispositivo de medición de recorridos, en especial para su utilización en un extensómetro para medir y vigilar movimientos en la mecánica de rocas y suelos.

Para medir recorridos muy pequeños y/o movimientos que transcurren muy lentamente, en particular desplazamientos y dislocaciones en la mecánica de los suelos, se conocen los llamados extensómetros, que poseen una o más tiras de medición de dilatación óptica que consisten como mínimo en una fibra conductora de luz, en especial una fibra de vidrio, en la que se introduce luz y se analiza en su extremo de salida con respecto a su espectro. Si en el cuerpo de ensayo provisto de tiras de medición de dilatación o en una sección del mismo se produce una dilatación, entonces también se dilata la fibra de vidrio, de tal manera que en ésta se produce un cambio de densidad que modifica las propiedades de reflexión y difracción. Este fenómeno, conocido como "retículo de Bragg" se manifiesta en el extremo de salida de la fibra de vidrio mediante una modificación del especto de luz medible. Evaluando el espectro de la luz que sale por el extremo de la fibra de vidrio se puede determinar cualquier modificación en el estado de dilatación de la fibra de vidrio, de tal manera que también pueden calcularse los movimientos y las dilataciones del cuerpo de ensayo provisto de las tiras de medición de dilatación.

Aunque con las citadas tiras de medición de dilatación son posibles, mediante el retículo de Bragg, mediciones de dilatación o recorrido relativamente precisas, llevan unida la desventaja de una capacidad de aplicación muy limitada. Se ha demostrado que una tira de medición de dilatación óptica con fibra de vidrio se rompe ya a una dilatación de aproximadamente el 4%, de tal manera que no se pueden registrar dilataciones mayores.

El documento WO-A-88/05905, del que se parte en la definición de la reivindicación 1, muestra una dispositivo de medición de recorridos con una pieza de anclaje en forma de una cadena. Como consecuencia del movimiento que hay que registrar, la cadena experimenta una deformación transversal que se transmite directamente a una fibra óptica que atraviesa la cadena, que con ello se deforma igualmente de manera transversal a su sentido longitudinal. Esta deformación de la fibra óptica conduce a una modificación de las propiedades de conducción de la luz en la fibra óptica, que se registran y a partir de las cuales se pueden deducir conclusiones sobre el movimiento que hay que medir. La cadena va provista parcialmente de una envuelta elástica, que se encarga de retroceder la cadena al estado original cuando ya no existe el movimiento que hay que registrar. Puesto que también con este dispositivo de medición de recorridos el movimiento de la cadena se transmite directamente a la fibra óptica, también aquí se dan las desventajas antes citadas.

La invención tiene como objetivo crear un dispositivo de medición de recorridos del tipo mencionado, con el que también puedan registrarse de manera fiable dilataciones o recorridos mayores. Este objetivo se resuelve según la invención con un dispositivo de medición de recorridos con las características de la reivindicación 1. Éste presenta una pieza de anclaje desplazable que registra el recorrido que hay que medir, como mínimo un conductor de luz que puede dilatarse dependiendo del desplazamiento de la pieza de anclaje y un dispositivo de evaluación mediante el cual pueden registrarse las características de reflexión y transmisión del conductor de luz, que varían dependiendo de la dilatación. Entre la pieza de anclaje y el conductor de luz hay dispuesto un dispositivo de reducción, en forma de un resorte, que transforma cualquier recorrido de desplazamiento de la pieza de anclaje en una recorrido de dilatación menor del conductor de luz.

A la pieza de anclaje, que se trata preferentemente de una varilla de medición colocada de manera desplazable en una caja, se le aplica directa o indirectamente el recorrido o la dilatación que hay que medir. Sin embargo, el desplazamiento de la pieza de anclaje no se aplica directamente sobre el conductor de luz, que como mínimo comprende una fibra conductora de luz, especialmente una fibra de vidrio, sino que a través de un resorte interpuesto se reduce en una proporción previamente elegida. De esta manera también pueden registrarse y evaluarse del modo descrito al principio, mediante el conductor de luz, movimientos relativamente grandes registrados por la pieza de anclaje.

Para transformar el movimiento de la pieza de anclaje mediante el dispositivo reductor en un movimiento o una dilatación más pequeños del conductor de luz, está previsto el resorte. Con ello, el movimiento de la pieza de anclaje se transforma a través del resorte en una fuerza dependiente de la constante de muelle, que se aplica sobre el conductor de luz y que conduce allí a una dilatación dependiente de sus parámetros geométricos y del material. La utilización del resorte lleva la ventaja de que utilizando un resorte muy blando también pueden transformarse de manera sencilla movimientos de la pieza de anclaje en una fuerza pequeña y, con ello, una dilatación del conductor de luz pequeña de manera equivalente. Además, el resorte puede servir también al mismo tiempo para mantener bajo una determinada pretensión la pieza de anclaje y conseguir así su desplazamiento sin juego.

En una configuración preferida de la invención está previsto que la fibra conductora de luz discurra o esté arriostrada en el interior de una caja y esté en comunicación con una pieza deslizante llevada de manera que pueda deslizarse en la caja, en la que encaje el resorte. Ha resultado ser ventajoso configurar la pieza deslizante como rodillo de inversión, de tal manera que la fibra conductora de luz se pueda disponer en forma de tubo en la caja. Los dos extremos libres de la fibra conductora de luz pueden estar fijos en un lado de la caja, mientras que la fibra conductora de luz se lleva en el otro extremo de la caja alrededor del rodillo de inversión, de tal manera que una fuerza aplicada por la pieza de anclaje o el resorte sobre el rodillo de inversión se divide en dos secciones de fibra conductora de luz que discurren paralelas. Sin embargo, como alternativa también es posible sujetar la fibra conductora de luz en una sola vía. Para proteger a la fibra conductora de luz, ésta deberá recogerse en una cubierta protectora de plástico o acero y ser móvil a lo largo de ella.

Para conseguir un desplazamiento fiable de la pieza deslizante dentro de la caja y en especial para evitar una torsión de la fibra conductora de luz, la pieza deslizante está provista de varillas de guía que encajan en las ranuras longitudinales formadas en las paredes interiores de la caja y puede desplazarse a lo largo de ellas. De esta manera se garantiza un movimiento definido de la pieza deslizante con relación a la caja. Para la pieza deslizante y/o la pieza de anclaje pueden haber previstos topes axiales para limitar su movimiento axial y, con ello, la dilatación de la fibra conductora de luz, de tal manera que se evita la rotura de la fibra conductora de luz.

La pieza deslizante puede tener la superficie pulida y/o ser de un material de bajo coeficiente de rozamiento para mantener pequeñas las pérdidas por rozamiento al aplicar la fuerza en las secciones de la fibra conductora de luz. Además, la pieza deslizante debería estar configurada lo más ligera posible o ser de un material ligero.

La fibra conductora de luz está construida de tal manera que en cualquier estado de funcionamiento está bajo tensión de tracción axial. Para llevar la fibra conductora de luz antes del comienzo de la medición del recorrido a una posición inicial o de partida deseada del estado de tracción, está previsto preferentemente que la fibra conductora de luz esté fijada a una pieza de sujeción que puede desplazarse con relación a la caja por medio de un dispositivo de ajuste, con lo cual se puede variar la tensión de la fibra conductora de luz. Como dispositivo de ajuste se puede utilizar por ejemplo un tornillo de ajuste.

Para la fijación de la fibra de vidrio en la pieza de sujeción ha dado buenos resultados fijar la fibra conductora de luz, como mínimo en un extremo, a un tubo capilar que está sujeto por su parte a la pieza de sujeción. Para la fijación en el tubo capilar debería utilizarse una unión accionada por fricción, por ejemplo, una adherencia, de tal manera que en caso de fuerzas de tracción excesivas ceda la adherencia sin que se rompa la fibra conductora de luz. El adhesivo debe concebirse de tal manera que la adherencia se suelte si la fibra conductora de luz experimenta una dilatación plástica.

La variación de dilatación de la fibra conductora de luz conduce de la manera mencionada a la variación de su densidad, con lo cual varían las propiedades de reflexión y difracción ("retículo de Bragg"). La luz que atraviesa la fibra conductora de luz sale así con un espectro diferente, dependiendo de su estado de dilatación, lo cual puede registrarse y evaluarse mediante un espectómetro conocido en sí.

En un perfeccionamiento de la invención puede estar previsto conectar en paralelo al conductor de luz otro conductor de luz de referencia, aunque el conductor de luz de referencia adicional no experimenta ninguna dilatación mediante la pieza de anclaje, sino que sólo sirve para registrar las influencia de la temperatura. Con respecto a la disposición y la conexión, el conductor de luz de referencia puede coincidir con el conductor de luz.

Si durante una medición la pieza de anclaje regresa desde una posición en la que la fibra conductora de luz presenta una dilatación por tracción relativamente grande, hasta una posición que equivale a una menor dilatación por tracción de la fibra conductora de luz, la fuerza de reajuste o de recuperación de la fibra conductora de luz puede eventualmente no ser suficiente para superar las fuerzas de rozamiento que aparecen en la pieza deslizante. Para apoyar la fuerza de reajuste resultante del descenso de dilatación de la fibra conductora de luz, por lo tanto, puede haber previsto un resorte de reajuste que actúe esencialmente paralelo a la fuerza de reajuste de la fibra conductora de luz, debiendo ser la constante de muelle del resorte de reajuste esencialmente menor que la constante de muelle del resorte, de tal manera que la fuerza ejercida por el resorte de reajuste sobre la pieza deslizante es muy pequeña. El resorte de reajuste actúa preferentemente entre la pieza deslizante y la caja.

Otros detalles y características de la invención se deducen de la siguiente descripción de un ejemplo de realización tomando como referencia los dibujos. Se muestra:

Fig. 1 un corte vertical a través de un dispositivo de medición de recorridos según la invención en una representación esquemática y

Fig. 2 un corte horizontal a través del dispositivo de medición de recorridos según la Fig. 1.

Según las Figs. 1 y 2, un dispositivo de medición de recorridos 10 presenta una caja 11 esencialmente en forma de tubo que en un lado, el derecho según la Figura, está cerrada con una tapa 14 que es atravesada por una varilla de medición 15, que puede mantenerse desplazable axialmente en la tapa 14.

En su extremo interior dispuesto en la caja 11, la varilla de medición 15 está unida, a través de un elemento de unión 19 no representado con más detalles, con un extremo de un resorte 17 que en su otro extremo se sujeta, a través de un elemento de unión 18, a una pieza deslizante en forma de un rodillo de inversión 20 que se desplaza a lo largo de la caja 11. Se garantiza así que desde la varilla de medición 15 no se puede transmitir ningún movimiento giratorio al resorte 17, ya que esto conduciría a fuerzas de torsión en el resorte 17. Tal como muestra en especial la Fig. 1, el rodillo de inversión 20 posee varillas de guía 21 que sobresalen a ambos lados que encajan y pueden desplazarse cada una en una ranura longitudinal 16 formada en la pared interior de la caja 11. De esta manera, el rodillo de inversión 20 puede desplazarse axialmente en la caja 11, aunque se mantiene sujeto firmemente contra giros.

En el extremo de la caja 11 dirigido a la tapa 14 hay prevista una placa de sujeción 13, cuya distancia al lado frontal de la caja 11 puede modificarse por medio de un tornillo de ajuste 24. En la placa de sujeción 13 hay formadas dos perforaciones 13a, 13b paralelas. Una fibra de vidrio 22 que se encuentra bajo tensión por tracción pasa desde el lado exterior de la placa de sujeción 13 a través de la perforación 13a hasta el interior 12 de la caja 11, alrededor del rodillo de inversión 20 y desde allí de nuevo de vuelta por la perforación 13b hasta el lado exterior de la placa de sujeción 13. Con ayuda de dos tubos capilares 23, la fibra de vidrio 22 se sujeta en la placa de sujeción 13. Tal como muestra la Fig. 2, por un extremo de la fibra de vidrio 22 puede introducirse en ésta luz L, registrándose y evaluándose por medio de un espectrómetro 25, sólo señalado esquemáticamente, la luz que sale del otro extremo de la fibra de vidrio 22.

En la pieza deslizante 20 encaja además un extremo de un resorte de reajuste 26 muy blando, que en el otro extremo se apoya en la caja 11 de un modo no representado. La fuerza de reajuste ejercida por el resorte de reajuste 26 sobre la pieza deslizante 20, que actúa paralelamente a la fuerza de reajuste de la fibra de vidrio 22, es decir, hacia la izquierda según la Figura, es claramente menor que la fuerza aplicada mediante el resorte 17.

Si la varilla de medición 15 recibe una fuerza de tracción, es decir, es extraída de la caja 11 en pequeña medida, esto conduce a una dilatación del resorte 17, con lo cual en el rodillo de inversión 20 aparece una fuerza de tracción, dependiente de la constante de muelle del resorte 17, como fuerza de reacción, que se dirige a las dos secciones representadas de la fibra de vidrio 22 y que conduce a su dilatación. Al mismo tiempo, el resorte de reajuste 26 se dilata. Debido a la dilatación de la fibra de vidrio 22 se modifica el espectro de la luz que sale por el extremo del lado de salida de la fibra de vidrio, lo cual puede detectarse y registrarse por medio del espectrómetro 25.

Si la varilla de medición 15 se introduce después en pequeña medida en la caja 11, se reduce la dilatación del resorte 17 y con ello la fuerza ejercida por el resorte 17 sobre el rodillo de inversión 20, de tal manera que debido a la fuerza de reajuste elástica de la fibra de vidrio 22 el rodillo de inversión 20 experimenta un desplazamiento en la caja 11, lo cual se apoya mediante la fuerza del resorte de reajuste 26.

Aunque en los dibujos se muestra una disposición con resorte que con un movimiento de la varilla de medición 15 dirigido hacia fuera conduce a una fuerza de tracción en la fibra de vidrio, la disposición también puede ser de tal manera que el desplazamiento de la varilla de medición 15 dirigida hacia la caja 11 conduzca a una fuerza de tracción en la fibra de vidrio.

Claims (15)

1. Dispositivo para medir recorridos con una pieza de anclaje (15) desplazable que registra el recorrido que hay que medir, como mínimo un conductor de luz (22) que puede dilatarse dependiendo del desplazamiento de la pieza de anclaje (15) y un dispositivo de evaluación (25), mediante el cual pueden registrarse las características de reflexión y trasmisión del conductor de luz (22) que varían dependiendo de la dilatación, caracterizado porque entre la pieza de anclaje (15) y el conductor de luz (22) hay dispuesto un dispositivo de reducción en forma de un resorte (17), que transforma el recorrido de desplazamiento de la pieza de anclaje (15) en un recorrido de dilatación menor del conductor de luz (22).

2. Dispositivo para medir recorridos según la reivindicación 1, caracterizado porque el conductor de luz comprende como mínimo una fibra conductora de luz (22).

3. Dispositivo para medir recorridos según la reivindicación 2, caracterizado porque la fibra conductora de luz (22) está sujeta en una caja (11) y está unida a una pieza deslizante (20) que puede conducirse de manera desplazable en la caja (11), en la que encaja el resorte (17).

4. Dispositivo para medir recorridos según la reivindicación 3, caracterizado porque la pieza deslizante presenta un rodillo de inversión (20) y porque la fibra conductora de luz (22) discurre en forma de tubo en la caja (11).

5. Dispositivo para medir recorridos según la reivindicación 3 ó 4, caracterizado porque la pieza deslizante (20) presenta varillas de guía (21) que encajan en las ranuras longitudinales (16) formadas en las paredes interiores de la caja (11).

6. Dispositivo para medir recorridos según una de las reivindicaciones 2 a 5, caracterizado porque la fibra conductora de luz es una fibra de vidrio.

7. Dispositivo para medir recorridos según una de las reivindicaciones 2 a 6, caracterizado porque la fibra conductora de luz (22) está fijada a una pieza de sujeción (13).

8. Dispositivo para medir recorridos según la reivindicación 7, caracterizado porque la fibra de vidrio (22) está adherida a un tubo capilar (23) sujeto a la pieza de sujeción (13).

9. Dispositivo para medir recorridos según la reivindicación 7 ó 8, caracterizado porque la pieza de sujeción (13) se puede desplazar con relación a la caja (11) por medio de un dispositivo de ajuste (24).

10. Dispositivo para medir recorridos según una de las reivindicaciones 2 a 9, caracterizado porque la fibra conductora de vidrio (22) está dispuesta en un retículo de Bragg.

11. Dispositivo para medir recorridos según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la pieza de anclaje es una varilla de medición (15).

12. Dispositivo para medir recorridos según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque el conductor de luz (22) se sujeta con una tensión de tracción y porque hay dispuesto un resorte de reajuste (26) que actúa paralelamente a la fuerza de reajuste del conductor de luz (22).

13. Dispositivo para medir recorridos según la reivindicación 12, caracterizado porque la constante de muelle del resorte de reajuste (26) es esencialmente menor que la constante de muelle del resorte (17).

14. Dispositivo para medir recorridos según la reivindicación 12 ó 13, caracterizado porque el resorte de reajuste (26) actúa entre la pieza deslizante (20) y la caja (11).

15. Dispositivo para medir recorridos según una de las reivindicaciones 1 a 14 para su utilización en un extensómetro para medir y vigilar los movimientos en la mecánica de rocas y suelos.