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.
Device for measuring fine inclinations and vertical fluctuations
The invention relates to a device that allows fine inclinations in the sense of changes in a reference direction relative to the perpendicular direction and / or fluctuations in the perpendicular direction relative to the reference direction to be measured by the spatial position of the direction of the perpendicular relative to a reference direction.
A freely suspended, non-astased pendulum, whose suspension device has a negligibly small restoring effect, always adjusts itself in the direction of the true perpendicular. The deflection of the pendulum relative to an arbitrary reference position is a measure of the deviation of the perpendicular direction from the reference direction. For measuring fine inclinations and / or vertical fluctuations, pendulums are known which are each suspended freely rotatable on a horizontal axis.
The deflection of a pendulum is then a measure of the component of the fine inclination and / or vertical fluctuation in the direction perpendicular to the axis of rotation. The deflection is converted into electrical quantities with the help of transducers and measured.
So far, only arrangements are known in which the spatial position of the direction of the plumb bob against the reference direction, which is defined with the suspension device, with the help of two simultaneously operated pendulums whose axes of rotation are horizontal and include a known angle and the adjacent or are suspended in each other, can be determined.
The purpose of the invention is to simplify the construction of the pendulum arrangements of the device.
The invention is based on the object of creating a device in which two mutually independent components of the deviation of the perpendicular direction from the reference direction can be measured simultaneously with only one pendulum which is suitably suspended.
The device according to the invention for measuring fine inclinations and / or vertical fluctuations is characterized in that a cross joint, which consists of a cross piece and two mutually perpendicular axes of rotation and allows a small movement of the pendulum body in two degrees of freedom, for freely movable suspension of a non-astased pendulum body , is arranged, and transducers are provided for measuring the horizontal displacement of the lower pendulum end, which split the displacement into two mutually perpendicular components that can both be measured simultaneously and independently of one another, the transducers being oriented so that they only respond to a displacement of the lower end of the pendulum in a certain direction, but not in the direction perpendicular to it.
The universal joint can preferably be designed as a spring joint with a negligibly small restoring torque. For example, inductive displacement transducers based on the differential transformer principle are particularly suitable for converting measured values, since, as has been found, they are largely insensitive to small displacements of the movable part perpendicular to the direction of their axis of symmetry.
The facility has z. B. the advantage that Feinnei supply and / or solder fluctuation measurements with the
Possibility of remote transmission of the measured values in
Drilling and clearing of underground and surface systems, engineering structures of all kinds and retaining walls
With the help of just one freely suspended pendulum body, two components can be implemented at the same time.
By eliminating a second pendulum, the weight and cross-section can be reduced compared to the one with two pendulum bodies.
The subject matter of the invention is set out below
Embodiments are explained.
In the drawings show:
Fig. 1 a suspended from a universal joint
Pendulum body with transducers for receiving the
Pendulum position,
Fig. 2 front view of a pendulum suspended on a spring joint with measured value pick-up by inductive sensors.
A pendulum body 4 is on a universal joint, consisting of a cross piece 1 and two mutually perpendicular axes of rotation 2, 3 hangs freely movable. In the vicinity of the lower end of the pendulum body 4, the transducers 5, 6 are arranged in such a way that they only respond to displacements whose directions are mutually orthogonal. The transducer 5 responds to a displacement of the lower end of the pendulum body 4 relative to the axis of rotation 2.
The transducer 6 responds to the displacement component to the axis of rotation 3. As a result, an arbitrarily small displacement of the lower end of the pendulum body 4 is broken down into the orthogonal components in the directions which are defined by the position of the measured value transducers 5, 6. These displacement components are converted independently of one another into electrical quantities by the transducers 5, 6, which are a measure of the deviation of the perpendicular direction from the reference direction. The reference direction is defined as an arbitrary initial position of the pendulum body 4 relative to the axes of rotation 2, 3 and to the transducers 5, 6.
In the embodiment according to FIG. 2, the device is shown installed in a borehole. The pendulum body 15 is suspended freely movable via a universal joint consisting of the leaf springs 11, 12, 13 and a cross piece 10 and via a connection piece 14 on a support piece 9. The movement of the pendulum body 15 relative to suitably oriented inductive sensors 17, 20 is measured by the position of the sensor cores 19, 22. The encoder cores 19, 22 are firmly connected to the lower end of the pendulum body 15 and are movable on all sides in a small area in the free space 18, 21 within the inductive sensors 17, 20.
The position of the inductive sensors 17, 20 in relation to the axes of rotation of the universal joint is defined by a rigid connection, which is firmly anchored to the borehole wall 7, 8, between the support piece 9 and the base plate 23 on which the inductive sensors 17, 20 are attached.
The device can also be hung in the control aisles of a dam in such a way that the transducers permanently connected to the dam continuously measure the inclination as deflection of the lower pendulum body in two independent components each. The measured values are transmitted in a known manner to a common location and registered there simultaneously for the various measuring points.
The inclinations and soil deformations that occur when the hanging wall is lowered in or over pits and leaching areas as well as in tectonically turbulent zones shift the transducers, which serve as fixed marks, relative to the pendulum body. The amounts of the shift in two components are transferred as electrical quantities.
The universal joint prevents rotational movements of the pendulum body around the vertical and enables the planar movement of the lower end of the pendulum, which is to be regarded as flat with small pendulum deflections. The suitable inductive, capacitive or photoelectric transducers, which only respond to the displacement of a moving part in a certain direction, but not to a displacement perpendicular to this direction, are oriented towards each other at the moving end of the pendulum in such a way that its displacement against a defined reference position and thus the deviation of the perpendicular direction from the reference direction can be broken down into two orthogonal components. Both can be measured simultaneously and independently of one another with the aid of the transducer.