Vermessungskreiselkompass mit automatischer Nordrichtungsanzeige
Zur Bestimmung der geographischen Nordrichtung in der Vermessungstechnik sind Vermessungskreisel bekannt, die teilweise als selbständige Geräte, z.B. Kreisel Theodolite oder als zusätzliche Geräte zu einem Theodoliten, wie z. B. Aufsatzkreisel oder Theodolitkreisel, verwendet werden. Bei bekannten Geräteausführungen dieser Art besteht das Messsystem aus einem an einem dünnen Tragband aufgehängten Kreiselmotor, derart, dass seine Drehachse in der Horizontalebene gefesselt ist. Der schnell rotierende Kreiselmotor führt dabei unter der Einwirkung der Erdrotation eine schwach gedämpfte Drehschwingung gegen die Nordrichtung aus.
Die Bestimmung der geographischen Nordrichtung wird in der Regel auf die Bestimmung der Symmetrieachse seiner sinusförmigen Schwingung, insbesondere einer solchen mit einem schwach gedämpften Schwingungsverlauf, zurückgeführt. Bei den bisher bekannten und benutzten Messverfahren wird eine die Kreiselschwingung anzeigende Lichtmarke beobachtet. AlsVerfahren sind bekannt die Umkehrpunktmethode und die Amplitudenmethode.
Bei dem ersten Verfahren ergibt sich die Nordrichtung als Mittelwert aus den Umkehrpunkten der Kreiselschwingungen, die als Winkel- oder Skalenwerte erfasst werden. Zur genaueren Erfassung kann dabei die Torsion des Tragbandes, dessen Torsionsnullage zur Kreiselachse orientiert ist, eliminiert werden, indem der Aufhängepunkt des Tragbandes der Kreiselbewegung nachgeführt wird.
Bei dem anderen Verfahren wird das Theodolitfernrohr auf geographisch Nord vororientiert und ermittelt die Zeit mit Hilfe einer Stoppuhr von dem Augenblick an, wo die Kreiselmarke durch die Skalenmitte läuft bis zu dem Augenblick, wo sie nach Erreichen des Umkehrpunktes wieder in die Skalenmitte zurückkehrt.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der genannten Amplitudenmethode und hat die Aufgabe, die zurzeit nur durch einen geübten Beobachter mit Hilfe einer subjektiven Messmethode zu gewinnende geographische Nordrichtung durch ein automatisches objektives Messverfahren zu ersetzen.
Erfindungsgemäss ist der Vermessungskreiselkompass mit automatischer Nordrichtungsanzeige, bei dem der Ausschlag einer mit der Kreiselschwingung mitlaufenden Lichtmarke nach dem Amplitudenverfahren gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Kompasses mindestens ein elektronischer Empfänger angeordnet ist, der von der Lichtmarke abgetastet wird und jeweils beim Abtasten ein Signal abgibt, und dass die Signale des bzw. der Empfänger einer einen Impulsgeber enthaltenden elektronischen Zähleinrichtung zugeführt sind und diese derart steuern, dass die zwischen zwei aufeinanderfolgenden Signalen erzeugten Impulse gezählt werden.
Bei Ausrichtung des vorliegenden Kompasses nach geographisch Nord ist die Anzahl der Zählimpulse der Zähleinrichtung bei Ausschlag der Kreiselschwingung nach West bzw. nach Ost gleich gross, so dass die Differenz der Impulse den Wert Null ergibt, was einen Ausdruck für die Anzeige der geographischen Nordrichtung darstellt. Für die Ermittlung des Messresultates braucht nur eine Periode bzw. eine Halbschwingung herangezogen zu werden.
Anhand der Diagramme der Fig. 1 und 2 wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.
Nach für das Beispiel gemachter Voraussetzung befindet sich das Gerät in der vororientierten Richtung N'N". Die genaue geographische Nordrichtung soll NNO der Darstellung in Fig. 1 entsprechen.
Wenn man für die Messung nur einen Nulldurchgang beobachtet, dann verläuft die Schwingungsbewegung zur Zeit t4 durch den Punkt X4, zur Zeit ts durch den Punkt xs und zur Zeit te durch den Punkt X6. Entsprechend der Voraussetzung befindet sich der scheinbare Nulldurchgang durch den Punkt X5 in Richtung der angenommenen vororientierten Nordrichtung N'N".
An den genannten Messmarken X4 bis x6 befinden sich elektronische Empfänger, die beim Durchlaufen der Messmarke an den Empfänger ein Signal erzeugen. Diese Signale treffen in einem zeitlichen Abstand auf eine elektronische Zähleinrichtung. In der elektronischen Zähleinrichtung werden nach dem Auslösen des Empfängers in X4 ein Multivibrator angeregt, der mit konstanter Frequenz Impulse erzeugt. Diese Impulsfolge wird abgebrochen, wenn der Empfänger in xs ein Signal erhält und gleichzeitig steuert ein am Eingang befindlicher Flip-Flop eine zweite digitale Zählkette. Diese zweite Zählkette wird beim Durchlaufen des dritten Signales in X6 gesperrt.
Die in der elektronischen Zähleinrichtung aufgenommenen Impulsserien werden nach Voraussetzung durch einen sinusförmigen Schwingungsverlauf des Gebers gesteuert. Der Geber besitzt an den Wendepunkten der Sinuskurve die Geschwindigkeit Null und beim Durchlaufen desNullpunktes (z. B. in der Abbildung 1 der Punkt X2 auf der geographischen Nordrichtung NNo), eine maximale Geschwindigkeit, d. h. vom Wendepunkt bis zum Nulldurchgang erhält der Geber eine ständige Beschleunigung.
Da sich die Empfänger in einem geometrisch zueinander konstanten Abstand befinden, ist die Anzahl der Zählimpulse von X4 nach X5 unterschiedlich gegenüber der Anzahl der Zählimpulse von xs nach Xo. Die Differenz der sich hieraus ergebenden Zählimpulse ist ein analoges Mass für die Abweichung der von der exakten geographischen Nordrichtung.
Befindet sich das Gerät exakt in der Richtung geographisch Nord, dann erhält, ähnlich wie oben, zur Zeit ti der Empfänger bei xl, zur Zeit t2 der Empfänger bei X2 und zur Zeit ts der Empfänger bei X3, ein Signal.
Da die Empfänger Xi und Xs symmetrisch zu X2 angeordnet sind und nach Voraussetzung die Impulsfolge zwischen xl und x gleich der zwischen X2 und xs sein wird, ergibt die Differenz den Wert Null und die automatische Anzeige den Ausdruck der exakten Ausrichtung nach geographisch Nord. Jede Abweichung in der einen wie in der anderen Richtung wird vom elektronischen Anzeigegerät als eine Ungleichheit der Impulsfolgen angesehen und analog als eine Abweichung von der Nordrichtung angegeben.
Die hier beschriebene Anwendung gestattet in relativ kurzer Zeit, nämlich in etwa 3-4 Minuten, die Anzeige der geographischen Nordrichtung. Kann man einen etwas grösseren Zeitbedarf mit einem geringeren elektronischen Messaufwand in Kauf nehmen, dann erhält man, ähnlich der Darstellung in Abbildung 2, ein ähnliches Messverfahren. Auch hier stellt die Linie N die exakte geographische Nordrichtung dar und N' die angenommene Abweichung der Nordrichtung nach der Vororientierung des Kreiselmesskompasses. Bei diesem Verfahren genügt die Anwendung eines einzigen elektronischen Empfängers, der seine Empfangsimpulse auf eine elektronische Mess- oder Zähleinrichtung abgibt.
In der Darstellung der Abbildung 2 bedeutet x oder y die Lage des Empfängers bei einem exakt auf geographisch Nord ausgerichteten bzw. vororientierten Gerät. Die Kennzeichnung xl, X2 oder xs soll den zeitlichen Verlauf darstellen, in dem dieser Empfänger seine Eingangsimpulse erhält. Bei der Beobachtung des vororientierten Gerätes bekommt der Empfänger in yl sein erstes Signal. Mit diesem Signal steuert ein Flip-Flop einen Multivibrator und dieser gibt seine Impulse auf eine Zählkette oder -einrichtung. In y2 trifft der zweite Impuls den Empfänger. Der Flip-Flop steuert um. Die erste Impulsfolge wird gespeichert und die zweite Impulsfolge gestartet, die ihr Ende durch das Signal in ys findet.
Beide Impulsfolgen, nämlich die von yl nach y2 und von y2 nach ys, sind nach ihrer Speicherung ein Massstab für die Ausrichtung nach geographisch Nord.
Eine grosse Differenz bedeutet auch hier eine grössere Abweichung. Überhaupt keine Differenz bedeutet eine exakte Ausrichtung nach geographisch Nord.