Einrichtung zur Messung von Feinneigungen und Lotschwankungen
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung, die es gestattet, Feinneigungen im Sinne von Anderungen einer Bezugsrichtung relativ zur Lotrichtung und/oder Schwankungen der Lotrichtung relativ zur Bezugsrichtung durch die räumliche Lage der Richtung des Lotes relativ zu einer Bezugsrichtung messen zu können.
Ein frei aufgehängtes nicht astasiertes ruhendes Pendel, dessen Aufhängevorrichtung eine vernachlässigbar kleine Rückstellwirkung besitzt, stellt sich immer in Richtung des wahren Lotes ein. Die Auslenkung des Pendels relativ zu einer willkürlichen Bezugslage ist ein Mass für die Abweichung der Lotrichtung von der Bezugsrichtung. Zur Messung von Feinneigungen und/oder Lotschwankungen sind Pendel bekannt, die jeweils an einer horizontalen Achse frei drehbar aufgehängt sind.
Die Auslenkung eines Pendels ist dann ein Mass für die Komponente der Feinneigung und/oder Lotschwankung in der Richtung senkrecht zur Drehachse. Die Auslenkung wird mit Hilfe von Messwertwandlern in elektrische Grössen überführt und gemessen.
Es sind bisher nur Anordnungen bekannt, bei denen die räumliche Lage der Richtung des Lotes gegen die Bezugsrichtung, die mit der Aufhängevorrichtung definiert verbunden ist, mit Hilfe von zwei gleichzeitig betriebenen Pendeln, deren Drehachsen horizontal liegen und einen bekannten Winkel einschliessen und die neben- oder ineinander aufgehängt sind, bestimmt werden kann.
Der Zweck der Erfindung ist, den konstruktiven Aufbau der Pendelanordnungen der Einrichtung zu vereinfachen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, in der gleichzeitig zwei voneinander unabhängige Komponenten der Abweichung der Lotrichtung von der Bezugsrichtung mit nur einem Pendel, das geeignet aufgehängt ist, gemessen werden können.
Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Messung von Feinneigungen und/oder Lotschwankungen, zeichnet sich dadurch aus, dass zum frei beweglichen Aufhängen eines nicht astasierten Pendelkörpers ein Kreuz gelenk, das aus einem Kreuzstück und zwei senkrecht aufeinanderstehenden Drehachsen besteht und eine kleine Bewegung des Pendelkörpers in zwei Freiheitsgraden erlaubt, angeordnet ist, und für die Messung der horizontalen Verschiebung des unteren Pendelendes Messwertwandler, die die Verschiebung in zwei aufeinander senkrecht stehende Komponenten zerlegen, die beide gleichzeitig und unabhängig voneinander gemessen werden können, vorgesehen sind, wobei die Messwertwandler so orientiert sind, dass sie nur auf eine Verschiebung des unteren Pendelendes in einer bestimmten, nicht aber in der dazu senkrechten Richtung ansprechen.
Vorzugsweise kann das Kreuzgelenk als Federgelenk mit vernachlässigbar kleinem Rückstellmoment ausgebildet werden. Zur Messwertumwandlung sindbeispiels- weise induktive Weggeber nach dem Prinzip des Dffle- rentialtransformators besonders geeignet, da sie, wie gefunden wurde, gegenüber kleinen Verschiebungen des beweglichen Teiles senkrecht zur Richtung ihrer Sym metrieachse weitgehend unempfindlich sind.
Die Einrichtung hat z. B. den Vorteil, dass Feinnei gungs- und/oder Lotschwankungsmessungen mit der
Möglichkeit einer Fernübertragung der Messwerte in
Bohrungen und Räumen von Untertage- und Übertage- anlagen, Kunstbauten aller Art und Sperrmauern mit
Hilfe nur eines frei aufgehängten Pendelkörpers gleich zeitig in zwei Komponenten ausgeführt werden können.
Durch das Fortfallen eines zweiten Pendels kann sich das Gewicht und der Querschnitt gegenüber den Ein richtungen mit zwei Pendelkörpern vermindern.
Der Gegenstand der Erfindung soll nachstehend an
Ausführungsbeispielen erläutert werden.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen an einem Kreuzgelenk aufgehängten
Pendelkörper mit Messwertwandlern zur Aufnahme der
Pendelstellung,
Fig. 2 Vorderansicht eines an einem Federgelenk aufgehängten Pendels mit Messwertabgriff durch Induk tivgeber.
Ein Pendelkörper 4 ist an einem Kreuzgelenk, bestehend aus einem Kreuzstück 1 und zwei senkrecht aufeinanderstehenden Drehachsen 2, 3 frei beweglich aufge hängt. In der Umgebung des unteren Endes des Pendelkörpers 4 sind die Messwertwandler 5, 6 so angeordnet, dass sie jeweils nur auf Verschiebungen ansprechen, deren Richtungen zueinander orthogonal sind. Der Messwertwandler 5 spricht auf eine Verschiebung des unteren Endes des Pendelkörpers 4 zur Drehachse 2 an.
Der Messwertwandler 6 spricht auf die Verschiebungskomponente zur Drehachse 3 an. Dadurch wird eine willkürlich kleine Verschiebung des unteren Endes des Pendelkörpers 4 in die orthogonalen Komponenten in den Richtungen, die durch die Lage der Messwertwand ler 5, 6 definiert sind, zerlegt. Diese Verschiebungskomponenten werden durch die Messwertwandler 5, 6 unabhängig voneinander in elektrischen Grössen überführt, die ein Mass für die Abweichung der Lotrichtung von der Bezugsrichtung sind. Die Bezugsrichtung ist als willkürliche Anfangslage des Pendelkörpers 4 relativ zu den Drehachsen 2, 3 und zu den Messwertwandlern 5, 6 definiert.
Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 ist die Einrichtung in einem Bohrloch installiert dargestellt. Der Pendelkörper 15 ist über ein Kreuzgelenk, bestehend aus den Blattfedern 11, 12, 13 und einem Kreuzstück 10 und über ein Anschlussstück 14 an einem Tragstück 9 frei beweglich aufgehängt. Die Bewegung des Pendelkörpers 15 relativ zu geeignet orientierten Induktivgebern 17, 20 wird durch die Stellung der Geberkerne 19, 22 gemessen. Die Geberkerne 19, 22 sind mit dem unteren Ende des Pendelkörpers 15 fest verbunden und im freien Raum 18, 21 innerhalb der Induktivgeber 17, 20 in einem kleinen Bereich allseitig beweglich.
Die Lage der Induktivgeber 17, 20 zu den Drehachsen des Kreuzgelenkes ist durch eine starre Verbindung, die an der Bohrlochwandung 7, 8 fest verankert ist, zwischen dem Tragstück 9 und der Bodenplatte 23, auf der die Induktivgeber 17, 20 befestigt sind, definiert.
Die Einrichtung kann gleichfalls in den Kontrollgängen einer Staumauer dergestalt aufgehängt werden, dass die mit der Staumauer fest verbundenen Messwertwand ler die Neigung als Ausschlag des unteren Pendelkörpers kontinuierlich in je zwei unabhängigen Komponenten messen. Die Messwerte werden in bekannter Weise nach einem gemeinsamen Ort übertragen und dort gleichzeitig für die verschiedenen Messpunkte registriert.
Die bei der Absenkung des Hangenden in oder über Grubenanlagen und Auslaugungsgebieten sowie in tektonisch unruhigen Zonen entstehenden Neigungen und Bodendeformationen verlagern die als Festmarken dienenden Messwertwandler relativ zum Pendelkörper. Die Beträge der Verlagerung in zwei Komponenten werden als elektrische Grössen übertragen.
Das Kreuzgelenk verhindert Rotationsbewegungen des Pendelkörpers um die Vertikale und ermöglicht die flächenhafte Bewegung des unteren Pendelendes, die bei kleinen Pendelauslenkungen als eben anzusehen ist. Die geeigneten induktiven, kapazitiven oder photoelektrischen Messwertwandler, die nur auf die Verschiebung eines beweglichen Teiles in einer bestimmten Richtung ansprechen, jedoch nicht auf eine Verschiebung senkrecht zu Idieser Richtung, sind am beweglichen Ende des Pendels so zueinander orientiert, dass dessen Verschiebung gegen eine definierte Bezugslage und damit die Abweichung der Lotrichtung von der Bezugsrichtung in zwei orthogonale Komponenten zerlegt werden. Beide können gleichzeitig und voneinander unabhängig mit Hilfe der Messwertwandler gemessen werden.