CH640051A5 - Beschleunigungsmesser zur bestimmung des vertikalwinkels. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Beschleunigungsmesser ge- 451 Radian = —-— Neugrad » 64 Neugrad,

mäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1. K

Bei Überwachungs- und kartographischen Messverfahren sind der waagerechte Abstand und die Höhendifferenz zwi- 2CC Ä —-—Radian und sehen Messinstrument und Messobjekt von grundlegender 640 000

Bedeutung. Bei der Durchführung solcher Messungen wird 50 hauptsächlich der genannte Abstand gemessen, und zwar oft ^ 1 .

mittels elektronischer Abstandsmessinstrumente (EDM). Der 64 000 a ian waagerechte Abstand und die Höhendifferenzen ergeben sich dann durch Multiplizieren mit dem Sinus bzw. Cosinus des sind.

Vertikalwinkels, d.h. desjenigen Winkels, den die Messlinie 55 Die Schwierigkeiten der obengenannten Beschleunigungs-jeweils mit der Waagerechten bildet. messer sind also dadurch beseitigt worden, dass die Masse

Früher ist dieser Vertikalwinkel oft mittels eines Theodo- verschwenkt wird, anstatt linear in eine gegebene Stellung liten gemessen worden, bei der eine genau markierte Glas- verschoben zu werden. Der bedeutendste Unterschied zwi-skala die Anzeige lieferte. Es sind auch schon Theodolite mit sehen den oben geschilderten Beschleunigungsmessern und Beschleunigungsmessern zur Lieferung der Winkelinforma- 60 den bekannten Pendel-Beschleunigungsmessern besteht tion verwendet worden, d.h. anstatt der aktuellen Beschleuni- darin, dass bei letzteren das Erholungssystem am Gewicht gung wurden die Gravitationskräfte der Erde herangezogen. selbst angeordnet ist, das am Ende eines Arms befestigt ist,

Der Nachteil der Verwendung von Beschleunigungsmes- dessen anderer Arm schwenkbeweglich an einem festen Punkt sern auf diese Weise ist erstens der, dass für solche Zwecke ' befestigt ist. Bei einem anderen bekannten Beschleunigungs-verwendete Beschleunigungsmesser eine Genauigkeit von 10cc 65 messer ist das Erholungssystem an demjenigen Punkt ange-(lcc = 0,0001 Neugrad) aufweisen müssen, daher ausseror- ordnet, um den das Pendel oszilliert. Es wird dabei die Stel-dentlich teuer und kompliziert sind. Zweitens wird so die Be- lung des Gewichts am freien Pendelende oder die Winkelstel-schleunigung bestimmt und nicht hauptsächlich die Winkel- lung des Pendels relativ zu einer senkrechten Stellung des Pen-

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dels festgestellt. Eine Steuervorrichtung steuert das Erho- laubt der Spule, sich um ihre Mittelstellung zu verschwenken,

lungssystem derart, dass das Gewicht konstant in einer spezi- Es soll vorteilhaft nicht möglich sein, dass sich die Spule 1 in fischen Stellung relativ zu einem mechanisch fixierten System linearer Richtung bewegt. Ferner ist verständlich, dass die angeordnet ist, das mit dem Instrument gedreht wird, dessen Spule auch an Mittelpunktslagern gelagert sein kann. Das er-

Winkelstellung bestimmt werden soll. 5 laubt sogar gewisse Vorteile, da es schwierig ist, eine gewisse

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Beschleuni- lineare senkrechte Verschiebung der Spule im Falle eines gungsmessers der eingangs genannten Art, um die Nachteile Streifenlagers zu vermeiden. Eine solche Linearbewegung hat bekannter Ausführungen zu vermeiden und um insbesondere nämlich eine direkte Einwirkung auf die eingestellte Winkel-

die Messgenauigkeit mit einfachen Mitteln zu erhöhen. Diese Stellung. Im Fall eines Mittelpunktlagers jedoch werden verAufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspru- loschiedene Schwierigkeiten wegen der Lagerreibung auftreten,

ches 1 definierten Massnahmen gelöst. Die Lagerreibung kann jedoch bis zu einem gewissen Grad

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen des Beschleuni- durch leichte Vibration der Spule mit dem Pendel ausgeschal-

gungsmessers sind in den Ansprüchen 2 bis 5 umschrieben. tet werden.

Bei Beschleunigungsmessern, die als Höhenwinkelmesser Wie Fig. 1 zeigt, ist eine Pendelanordnung 7 an einer z.B. in Theodoliten eingesetzt werden können, wird eine gute is Stirnseite des Kerns 4 angeordnet, die das gelagerte System in Auflösung gefordert. Das Ausgangssignal muss daher eine einem gewissen Ungleichgewicht hält. Auf diese Weise neigt sehr genaue Ablesung z.B. des gemessenen Höhenwinkels er- das Gewicht der dargestellten Ausführungsform dazu, die geben. Darüber hinaus sollen die Beschleunigungsmesser, Spule mit der Wicklung waagrecht zu halten. Die Pendelein-z. B. die Höhenwinkelmesser, vorzugsweise vollständig gegen- richtung 7 weist einen verhältnismässig langen, gestreckten einander austauschbar sein und völlig identische Eigenschaf- zoStab auf, dessen eines Ende mit dem Kern 4 der Spule verbunten aufweisen. Bei der Herstellung von Beschleunigungsmes- den ist. Das andere Ende ist verbreitert und bildet eine recht-sern ist es jedoch schwierig, dass z.B. identisch gleiche Aus- eckige Platte 8, die sich quer zur Bewegungsrichtung des Pengangssignale für dieselbe detektierte Neigung ausgegeben dels erstreckt und als Gewicht dient. Dicht an dem plattenar-werden. Mit dem Beschleunigungsmesser nach der Erfindung tigen Teil 8 befindet sich eine Einrichtung 9 bis 13, durch wel-können jedoch immer identisch gleiche Ausgangsignale er- 2Sche die Nullstellung des Pendels angezeigt wird. In Fig. 1 reicht werden, da mit Referenzwerten verglichen werden kann weist diese Einrichtung zwei Leuchtdioden 9,10 auf einer und Korrekturwerte unlöschbar in einem Speicher gespei- Seite der Platte 8 und zwei Lichtempfänger 11,12 auf der an-chert sind. deren Seite der Platte auf. Wenn nur zwei Leuchtdioden und Das Instrument, d.h. der Beschleunigungsmesser nach der zwei Lichtempfänger auf die beschriebene Weise verwendet Erfindung, muss jedoch noch auf die von Ort zu Ort verschie- 30 werden, sollten sie so angeordnet werden, dass die Platte 8 in denen «g»-Werte abgeglichen werden, aber das Vorhanden- der Nullstellung nicht den ganzen sondern nur einen ganz be-sein eines Erholungs-Rotiersystems liefert einen hohen Emp- stimmten Anteil des Lichtstrahls zwischen den zugeordneten findlichkeitsgrad speziell für Winkel, was hier von ausschlag- Paaren von Leuchtdioden und Lichtempfängern bedecken, gebender Bedeutung ist. Auf diese Weise ist es nämlich möglich, eine Steuerung zu er-

Die Erfindung ist nachstehend in vorteilhafter Ausfüh- 35 zielen.

rungsform anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Da- Wenn die elektronischen Entfernungsmessinstrumente bei zeigen schematisch und unter Fortlassung unwesentlicher vollständig waagrecht eingestellt sind, so hängt das Pendel 7

Einzelheiten: in senkrechter Richtung nach unten, und zwar aufgrund der

Fig. 1 bis 3 drei verschiedene Beschleunigungsmesser in Erdanziehung. Die Platte 8 befindet sich dann in der erwähn-

schaubildlicher Darstellung; und 40 ten Nullstellung des Instruments. Wenn der Beschleunigungs-

Fig. 4 das Schema einer Steuerschaltung, an die eine eben- messer in senkrechter Richtung verschwenkt wird, so wird falls beliebig wählbare Messignal-Erzeugungsvorrichtung an- auch die Nullstellung des Instruments verschwenkt, während geschlossen ist. das Pendel 7 immer noch vertikal aufgrund der Gravitations-Der erste Beschleunigungsmesser der Fig. 1 ist ähnlich wie kräfte hängt, falls keine anderen Massnahmen ergriffen wer-ein Drehpulsinstrument aufgebaut. Eine drehbewegliche oder 45 den. Darauf wird der Spule 1 ein Gleichstrom mit einer solbewegliche Spule 1 ist zwischen einer Magnetanordnung an- chen Stärke und Polarität erteilt, dass das Pendel 7 in die geordnet, die in Fig. 1 aus zwei Magneten 2,3 bestehen kann, Nullstellung gedreht wird. Die Grösse des Stroms wird durch aber auch beliebig anders, z.B. hufeisenförmig, geformt sein eine Steuerschaltung 13 bestimmt, die die Differenz zwischen kann. Wichtig ist nur, dass die ungleichnamigen Magnetpole der Spannung zwischen den Lichtempfängern 11,12 vereinander gegenüberstehen. Die Spule 1 ist auf einem lang- 50 stärkt, was durch die entsprechend unterschiedlich abgeta-gestreckten Kern 4, z.B. aus ferromagnetischem Material, stete Lichtstärke verursacht wird. Dieser Strom wird der aufgewickelt. Letzterer weist eine zylindrische Form auf, und Spule 1 zugeführt, welche dann konstant bestrebt ist, das Pen-die Polschuhe der Magnete 2,3 sind so gekrümmt, dass der del 7 in der gewünschten Nullstellung zu halten. Der durch Abstand des Kerns 4 von jedem Polschuh gleich gross ist, und die Spule 1 fliessende Strom stellt einen genügend angenäher-zwar längs der ganzen Oberfläche, die ihnen gegenüberliegt. 55 ten Wert der Beschleunigung in der fraglichen Richtung dar, Auf diese Weise wird ein radial gerichtetes, homogenes Ma- d.h. er ist im wesentlichen proportional g • sin 4>, wobei g der gnetfeld im Luftspalt zwischen Kern und Magnetanordnung Wert der g-Beschleunigung an der Messstelle und <£ der Aberzielt. lenkungswinkel ist. Da es nur der Winkel ist, der hier von In-Wie die Fig. 1 zeigt, ist die Wicklung so gelegt, dass die teresse ist, muss für den g-Wert am Messort eine Kompensa-Pole der Wicklung in der Nullstellung des Beschleunigungs- 60 tion erfolgen.

messers quer zu den Magnetpolen liegen. Jede der beiden lan- Bei der in Fig. 1 gewählten Darstellung sind die Magnete gen Seiten, die mit Windungen versehen ist, liegt dicht bei und 2,3 so angeordnet, dass die Richtung des Magnetfelds im we-parallel zum zugeordneten Magnetpol. sentlichen waagrecht verläuft, wenn das Pendel in der senk-Ähnlich wie bei einem Drehspulinstrument ist die sich be- rechten Stellung ist. Die Nullstellung des Beschleunigungswegende Spule 1 vorzugsweise mittels eines ausgespannten 65 messers ist dann unmittelbar unterhalb der beweglichen Spule Streifens 5,6 aufgehängt. Letzterer steht mit beiden Stirnsei- angeordnet. Folglich befindet sich die Spule 1 auch waagrecht ten des Kerns 4 in Eingriff, und zwar in der Mitte derselben, in dieser Stellung. Wenn die Magnete 2,3 auf diese Weise an-die mit den Windungen der Wicklung versehen sind. Das er- geordnet werden, müssen sie verhältnismässig stark sein, so

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dass das erdmagnetische Feld keinen Einfluss auf das Messer- im Luftspalt aufweist. Bei der Benutzung von Permanentma-

gebnis hat. Es ist richtig, dass als Ergebnis dieser Bauweise gneten fällt die Magnetstärke bis zu einem gewissen Grade das Feld in dem Luftspalt so stark ist, dass der Beschleuni- mit der Zeit ab, wenn der Gebrauch über längere Zeitspannen gungsmesser verhältnismässig unempfindlich gegen äussere hinweg erfolgt. Das beeinflusst natürlich das Messergebnis,

magnetische Felder ist. Trotzdem wird dem Feld ein äusseres s Wenn eine niedrige magnetische Flussdichte herrscht, benö-

magnetisches Feld durch die Magnete 2,3 überlagert, das ei- tigt die Spule 16 einen höheren Strom, um das gleiche Messer-

nen gewissen Einfluss ausüben kann. gebnis zu erzielen. Da der durch die Spule 16 fliessende Strom

Beim zweiten Beschleunigungsmesser der Fig. 2 wird diese als Messgrösse für die Beschleunigung verwendet wird, d.h. Schwierigkeit behoben, weil die Permanentmagnete 14,15 so für die Kraft, welche bei der Verschwenkung des Pendels angeordnet sind, dass die Richtung des Magnetfeldes senk- io überwunden wird, so ist der Strom proportional dem Sinus recht ist. Auch die Spule 16 ist senkrecht angeordnet, wenn des Winkels zwischen der verschwenkten Stellung des Pensich der Beschleunigungsmesser in der Nullstellung befindet. dels und einer absolut senkrechten Stellung desselben. Es ist Ähnlich wie beim ersten Beschleunigungsmesser ist die Spule wichtig, dass die magnetische Flussdichte immer von einer 16 auf einem Kern 17, z.B. aus ferromagnetischem Weichei- Zeitspanne zur anderen Zeitspanne gleich bleibt. Es muss je-sen, aufgewickelt. Auch im übrigen ist die Anordnung der is doch betont werden, dass die Gefahr der Abnahme der Ma-Magnete und der Spule ähnlich wie in Fig. 1, aber mit dem gnetstärke von Permanentmagneten ausserordentlich gering Unterschied, dass die Anordnung der Magnete und der Spule ist und dass die ersten beiden Beschleunigungsmesser oft in Fig. 2 gegenüber der Anordnung in Fig. 1 um den rechten ebenso gut wie der dritte Beschleunigungsmesser und ebenso Winkel gedreht vorliegt. Es versteht sich, dass eine schräge genau arbeiten können.

Stellung der Magnete und der Spule, absehbar ist, wenn der 20 Das Pendel des dritten Beschleunigungsmessers unterBeschleunigungsmesser den Winkel Null anzeigt. scheidet sich etwas von dem Pendel der anderen beiden Be-

Das Pendel der Fig. 2 weist eine andere Bauweise als das schleunigungsmesser. Hier weist das Pendel einen Stab 31 auf, der Fig. 1 auf. Es weist nämlich senkrecht verlaufende Stäbe an dessen einem Ende ein Gewicht 32 befestigt ist. Der Stab 18 bis 21 auf, die einenends mit den zugeordneten Stirnseiten ist an einer Platte 33 befestigt, die über der Wicklung 35 auf der Spule 16 am Kern 17 verbunden sind. Das kann z.B. 25 einer Stirnseite des Kerns 34 befestigt ist. Die Spule 35 und die durch Ankleben von einem Paar der Stäbe an einer Stirnseite Magnetpole 28,29 sind ähnlich wie beim zweiten Beschleuni-der Spule und von dem anderen Paar der Stäbe an der ande- gungsmesser derart angeordnet, dass die Richtung des mären Stirnseite der Spule erfolgen. Am Ende der Stäbe 18 bis gnetischen Feldes senkrecht ist. Der Stab 31 ist senkrecht in-21, das von der Wicklung am weitesten entfernt ist, befindet bezug auf einen waagrecht ausgerichteten Theodoliten und an sich ein waagrechter Spiegel 22. In der Nullstellung des Be- 30 dessen Mittelpunkt mit einer Platte 33 befestigt, welche über schleunigungsmessers ist eine Lichtquelle 23 so angeordnet, der Wicklung 35 angeordnet ist. Der Stab 31 erstreckt sich dass sie mittels eines Linsensystems 24 ein Lichtbündel auf die also im wesentlichen gleich weit auf beiden Seiten von der reflektierende Oberfläche des Spiegels 22 aussendet. Dieses Spule 35 und von den Positionsdetektoren 36,37,38 bzw. 39. Lichtbündel muss in seitlicher Richtung sehr gut definiert Letztere sind dicht an den äusseren Enden des Stabes ange-sein. Die Lichtbündel werden durch den Spiegel 22 mittels ei- 35 ordnet, und zwar ein Paar an jedem Ende. Jeder Positionsde-nes zweiten Linsensystems 24' reflektiert und dann zwischen tektor weist eine Lichtquelle 36 bzw. 38 und einen Lichtemp-zwei Lichtempfängern 25,26 fokussiert. Diese sind mit einer fanger 37 bzw. 39 auf. Wie bei den anderen Beschleunigungs-nichtdargestellten Steuerschaltung in ähnlicher Weise wie messern sind die Positionsdetektoren in Drehbewegung ver-beim ersten Beschleunigungsmesser gekoppelt. Die Steuer- setzt, wenn der Theodolit oder der Winkelanzeiger gedreht Schaltung ist so beschaffen, dass sie Strom zur Wicklung 16 40 wird. Die Lichtquellen 36,38 werden in ähnlicher Weise wie derart liefert, dass der Fokussierungspunkt mittig von den die Lichtquellen 9,10 und die Lichtempfänger 37,39 mit einer Lichtempfängern 25,26 gehalten wird. Mit anderen Worten Steuerschaltung in ähnlicher Weise wie bei der Kopplung der derart, dass die Lichtempfänger 25,26 im wesentlichen glei- Leuchtdioden 11,12 mit der Steuerschaltung 13 des ersten Be-che Lichtmengen von der Lichtquelle 23 erhalten. Der zweite schleunigungsmessers angeordnet. Wie bei dem ersten BeBeschleunigungsmesser hat einen grossen Vorteil gegenüber 45 schleunigungsmesser ist die sich bewegende Spule mit einem dem ersten Beschleunigungsmesser. Wenn die Spule von ei- Strom einer Steuerschaltung gespeist derart, dass das Pendel nem aufgespannten Streifen gehalten wird, d.h. wenn es 31 in Nullstellung gehalten wird. Wie beim zweiten Beschleu-schwierig ist, gewisse Linearbewegungen der Spule 16 und des nigungsmesser liefert die Anordnung der Detektorvorrich-Kerns 17 aufgrund der Gravitationsanziehung zu vermeiden, tung 36 bis 39 eine ganz genaue Winkeleinstellung des Penso hat das keinen Einfluss auf die Winkelstellung des Pendels, 50 dels, wenn der Kern 34 des Pendels an einem aufgespannten da es die Winkelstellung des Spiegels ist, welche hier abgeta- Streifen befestigt ist. Bei dieser Ausführungsform ist jedoch in stet und gesteuert wird. Beim Beschleunigungsmesser der Fig. Fig. 3 der Kern 34 an Mittelpunktlagern 33' gelagert. 1 hat eine lineare Verschiebung der Spule einen direkten Ein- Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform einer Steuerschaltung fluss auf die eingestellte Winkelstellung des Pendels. Das für den Beschleunigungsmesser nach der Erfindung. Auf einer Messergebnis muss dann in dieser Beziehung korrigiert 55 Seite einer beweglichen Platte 44 sind zwei Lichtquellen 40,41 werden. angeordnet, und zwar unmittelbar an der Kante. Die Platte

Der dritte Beschleunigungsmesser der Fig. 3 weist einen 44 entspricht der Platte 8 der Fig. 1. Auf der anderen Seite der hufeisenförmigen Elektromagneten 27 mit einem Kern aus Platte 44 befinden sich zwei Lichtempfänger 42,43, wobei der weichem magnetischem Material auf. Die Magnetpole 28,29 Lichtempfänger 42 auf das von der Lichtquelle 40 kommende haben im wesentlichen die gleiche Form und Anordnung wie 60 Licht und der Lichtempfänger 43 auf das von der Lichtquelle in Fig. 2. Auf dem gekrümmten Teil des Kerns 27 befindet 41 eintreffende Licht anspricht. Die Lichtquellen und Lichtsich eine Wicklung 30, der ein konstanter Gleichstrom VL zu- detektoren sind unmittelbar an der Kante der Platte 44 derart geführt wird. angeordnet, dass Teile der beiden Lichtbündel durch die

Beim dritten Beschleunigungsmesser ist die magnetische Platte abgedeckt sind. Auf diese Weise stellen die Lichtemp-

Flussdichte im Luftspalt weniger temperaturabhängig als bei 65 fänger nicht das ganze von den zugeordneten Lichtquellen der Benutzung von Permanentmagneten. Zusätzlich ist hier ausgesandte Licht fest, sondern mehr oder weniger Licht, je sichergestellt, dass der Beschleunigungsmesser, selbst wenn er nachdem, wie sich die Platte 44 bewegt. Mit den Lichtemp-längere Zeit gebraucht wird, dieselbe magnetische Flussdichte fängern 42,43 ist eine Steuerschaltung verbunden, die bei Lie-

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ferung eines Stroms genügender Stärke und Polarität zur Spule 45 des Beschleunigungsmessers das Bestreben hat, die Platte 44 in einer solchen Weise zu halten, dass die Lichtmenge die von der Lichtquelle 40 auf den Lichtempfänger 42 fällt, im wesentlichen gleich gross ist wie die Lichtmenge, die von der Lichtquelle 41 auf den Lichtempfänger 43 fällt.

Beide Lichtempfanger sind in Reihe geschaltet und jeder ihrer Pole ist mit einer Spannungsquelle + V], - Vj gekoppelt. Der Kopplungspunkt ist seinerseits mit dem negativen Eingang eines Operationsverstärkers 46 verbunden, der von seinem Ausgang auf seinen positiven Eingang so rückgekoppelt ist, dass seine Verstärkung den Wert 1 aufweist. Durch diesen Verstärker erhält man eine Impedanzkonversion derart, dass verhindert wird, dass die Schaltung 42,43 durch die nachfolgenden Stufen beeinflusst wird. Der Ausgang des Verstärkers 46 ist mit einer Verstärkungsstufe angekoppelt, die einen Operationsverstärker 47 aufweist. Letzterer liefert eine sehr hohe Verstärkung und ist mit einem Servofilter vom phasenleitenden Typ ausgestattet.

Der Servofilter weist zwei Zweige auf, in denen sich je ein Widerstand 48 bzw. 49 befindet. Jeder der beiden Widerstände 48 bzw. 49 liegt parallel zu einer Reihenschaltung eines Kondensators 50 bzw. 52 mit einem Widerstand 51 bzw. 53. Einer der beiden Zweige ist zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers 46 und dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 47 angekoppelt. Der andere der beiden Zweige ist zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Operationsverstärkers 47 angekoppelt. Der Ausgang des letzteren ist mit einer Reihenschaltung der sich bewegenden Spule 45 und einem Widerstand 56 angekoppelt. Das Ende des Widerstands 56, das von der Spule 45 am weitesten entfernt ist, ist mit der Erde verbunden. Der positive Eingang des Verstärkers 47 ist auch geerdet, während der Verstärker selbst mit Strom von der Spannungsquelle + Vi, - V] gespeist ist. Auf diese Weise verstärkt der Verstärker 47 die Spannungsdifferenzen von der Erde bis zu der Spannung, die an seinem negativen Eingang angelegt ist. Diese stark verstärkte Spannungsabweichung wird über die Reihenschaltung der Spule 45 und des Widerstands 56 zugeführt. Je nach dem, ob die Spannungsabweichung in positiver oder negativer Richtung geht, hat die Spule 45 das Bestreben, die Platte 44 nach unten oder nach oben zu bewegen, wie es dargestellt ist. Der Kupplungspunkt zwischen der Spule 45 und dem Widerstand 56 ist auch über einen Widerstand 54 mit dem Mittelausgang eines Potentiometers 55 angekoppelt. Das erlaubt eine analoge Korrektur der erhaltenen Messwertdarstellung des Winkels, der von dem durch die Wicklung 45 fliessenden Strom abhängt.

Strichpunktiert sind in Fig. 4 die Anschlussleitungen einer Wechselstromquelle 57 mit der Spannung v3 und mit der Frequenz f3 dargestellt. Diese Quelle ist über die sich bewegende Spule 45 und ein Bandsperrfilter 58 angekoppelt, das seinerseits zwischen der Detektoreinrichtung 42,43 und dem Verstärker 46 liegt. Die Spannung v3 und Frequenz f3 sind derart, dass die Spule zusammen mit dem Pendel 44 leicht vibriert. Das macht den Beschleunigungsmesser empfindlicher und schaltet die statische Reibung aus, wenn man den Beschleunigungsmesser einstellt. Letztere kann nämlich einen bestimmten Einfluss auf das Messergebnis haben, insbesondere wenn der Beschleunigungsmesser auf Mittelpunktslagern befestigt ist. Zusätzlich ist das Pendel 44 sehr genau zwischen den Positionsdetektoren 40,42 bzw. 41,43 eingestellt. Da das Pendel vibriert, wird eine Wechselspannung der Frequenz f3 von der Detektoreinrichtung 42,43 erhalten. Diese Spannung wird in dem engen Bandsperrfilter ausgefiltert, so dass sie überhaupt keinen Einfluss auf den übrigen Teil der Steuerschaltung ausübt.

Über den Widerstand 56 ist ein Analogdigitalwandler 59 angekoppelt. Das digitale Ausgangssignal des letzteren wird einem Eingang eines Mikroprozessors 60 zugeführt. Bestimmte Teile des Mikroprozessors, wie die festen Speicher 63,64, die ein Teil des gesamten Mikroprozessors darstellen, sind gesondert dargestellt, da sie Teile darstellen, welche in ; diesem Rahmen eine wesentliche Bedeutung haben. Das vom Wandler 59 gelieferte Signal ist nicht vollständig für den Winkel repräsentativ, denn er muss auf verschiedene Arten korrigiert werden. Da die Umgebungstemperatur insbesondere den Detektor und das magnetische Feld und die Länge des io Pendels beeinflusst, ist ein Temperaturfühler 61 vorhanden. Das analoge Ausgangssignal von letzterem wird einem zweiten Analogdigitalwandler 62 zugeführt, dessen digitales Ausgangssignal dem Adresseingang eines Festspeichers ROM 63 zugeführt wird. In jeder Adresse des letzteren befindet sich ein 15 Korrekturwert, der für die beabsichtigte Temperatur spezifisch ist. Dieser Korrekturwert wird einem zweiten Eingang des Mikroprozessors 60 zugeführt. Mit einem dritten Eingang des letzteren ist ein Festwertspeicher ROM 64 verbunden, in dem spezifische Korrekturwerte gespeichert sind, welche wäh-2( rend der Herstellung des Beschleunigungsmessers eingegeben werden können und zwar getrennt für den beabsichtigten Beschleunigungsmesser, welcher ganz genaue Kalibrierung im Vergleich mit einem Bezugsinstrument aufweist. Wenn der Beschleunigungsmesser insbesondere auf einem aufgespann-2s ten Streifen befestigt ist, so kann eine gewisse Korrektur mittels des Festwertspeichers 64 für die zu bewegende Spule durchgeführt werden, und zwar etwa in der Richtung der Beschleunigung durch eine Linearverschiebung. Wie schon erwähnt, hat letztere einen kleinen Fehler im Ausgangssignal zur Folge, was dann nicht vollständig mit der Beschleunigung zusammenfällt, da das Pendel nicht genau in der beabsichtigten Winkelstellung liegt. Dieser Fehler muss korrigiert werden, und die Korrekturwerte hierfür sind in dem Festwertspeicher 64 gespeichert der so ausgelegt ist, dass die Korrektur 35 bis herab auf die gewünschte spezifische Genauigkeit durchgeführt wird.

Eine weitere Möglichkeit zur Korrektur der Genauigkeit liefert die zweite Korrekturanordnung 65, in der eine analoge Korrektur des Beschleunigungsmessers dadurch ermöglicht 40 wird, dass man beispielsweise von Hand die Anzeige des Beschleunigungsmessers für einen bekannten eingestellten Winkelwert reguliert, für die Messwerte der g-Beschleunigung am Messort und andere spezifische Korrekturvariable. Die zweite Korrekturanordnung 65 liefert einen Korrekturwert, welcher 45 durch die Betätigungsperson oder durch irgendeine besondere automatische Vorrichtung reguliert wird, an einen vierten Eingang des Mikroprozessors 60. Die digitale Korrekturvorrichtung 65 ist nicht unbedingt erforderlich und kann durch die analoge Korrekturanordnung 54, 55 ersetzt werden. 5° Der Mikroprozessor 60 berechnet einen Winkelwert mit Hilfe der Information vom Wandler 59 und vom Speicher 63. Der übrige Korrekturwert wird von der Korrekturanordnung 65 geliefert und gibt dann endlich den berechneten Winkelwert in digitaler Form an seinem Ausgang. Der berechnete 55 Wert ist als Adresse einer Speicherzelle im Speicher 64 zugeführt worden, in der ein Korrekturwert für diesen besonderen berechneten Winkelwert eingeschrieben wird. Dieser Korrekturwert wird dem Mikroprozessor 60 zugeführt, der den vorher berechneten Wert mit dem Korrekturwert korrigiert. Dar-60 auf wird dem Mikroprozessor entweder der korrigierte, repräsentative Wert für den Winkelwert zugeführt. Das kann der tatsächliche Winkelwert sein, sein Sinus, sein Cosinus oder irgendeine andere geeignete trigonometrische Darstellung dafür. Berechnete Werte können auch zeitweise im Mikropro-65 zessor gespeichert werden, um sie zu Berechnungen des waagrechten und des senkrechten Abstands zu benutzen. Das kann nämlich auch vom Mikroprozessor durchgeführt werden, sobald eine Entfernung bis zu einem Messobjekt gemessen wor

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den und der Wert dafür dem Mikroprozessor eingegeben worden ist.

Die oben beschriebenen Beschleunigungsmesser können auf viele Arten abgewandelt werden, was insbesondere für die Fig. 4 gilt. Die Lagenabweichung der Platte 44 in der einen oder anderen Richtung lässt sich selbstverständlich auch kapazitiv, induktiv, bei geeigneter Formgebung der Platte 44 z.B. bei Abschrägung des unteren Randes oder bei Anbringung eines dreieckigen Schlitzes mittels nur eines Detektors durchführen. Abwandlungen sind vor allen Dingen auch bei der Korrektur der rohen Messwerte auf viele Arten möglich. Schliesslich lassen sich die tageszeitlich und jahreszeitlich bedingten Temperaturunterschiede gesondert berücksichtigen, wodurch die Messgenauigkeit noch weiter erhöht wird. Der Spiegel 22 der Fig. 2 und dessen Abtastvorrichtung lässt sich auch beim Beschleunigungsmesser der Fig. 1 oder der Fig. 3 5 anbringen. Der dreieckige, waagerechte Schlitz eignet sich besonders für die Platte 8 der Fig. 1, erfordert aber eine genaue Festlegung der Nullstellung im Mittelbereich des Schlitzes und eine modifizierte Verarbeitung der Messgrösse. Eine Ver-grösserung bzw. Verkleinerung der letzteren gibt dann näm-io lieh an, ob sich das Pendel in der einen bzw. anderen Richtung verschwenkt hat.

C

2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

640 051 2 PATENTANSPRÜCHE Stellung. Das heisst, dass die Umwandlung in den Sinus oder

1. Beschleunigungsmesser zur Bestimmung des Vertikal- Cosinus der Winkelstellung von der «g»-Beschleunigung am winkels mit einem um eine Achse drehbar gelagerten und an Messort abhängt.

seinem freien Ende ein Gewicht tragenden Pendel, mit einer Beschleunigungsmesser werden gewöhnlich so gebaut, mit dem Pendel mechanisch fest verbundenen und in einem s dass eine Masse linear längs einer Achse verschoben wird, konstanten Magnetfeld drehbar angeordneten Spule, und mit Man hat bereits umfangreiche Versuche gemacht, sich dieser einer Steueranordnung, die einen Detektor zum Erfassen der Bedingung so weit wie möglich anzunähern, da es tatsächlich Drehstellung des Pendels relativ zu einer vorgegebenen Be- die Beschleunigung längs dieser Achse ist, die oft gemessen zugslage und eine Stromquelle für die Speisung der Spule mit werden muss. Übertragen auf Beschleunigungsmesser zur einem dem zu messenden Vertikalwinkel in Polarität und io Messung der Winkelstellung in senkrechter Richtung will Stärke zugeordneten Messstrom unter Steuerung durch den man jedoch die Wirkung messen, die durch die abwärts ge-Drehstellungsdetektor umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass richtete «g»-Beschleunigung ausgeübt wird, und zwar senkin der Steueranordnung ( 13,40 bis 64) an den Ausgang des recht zu einer einen Winkel mit der absolut waagerechten Drehstellungsdetektors (42,43) für das Pendel (7,8,18-22, Stellung bildenden Achse, die man messen will.

31,32,44) ein Wandler (59) angeschlossen ist, der ein dem is Die bisher für Winkelmesszwecke gebauten, genauen Be-

Messstrom für die Spule (1,16,35,45) entsprechendes Digi- schleunigungsmesser sind normalerweise nach dem Prinzip talsignal gewinnt und einem Rechner (60) zuführt, der dieses gebaut worden, dass ein elektromagnetischer oder elektrosta-

Digitalsignal mit ihm zugeordneten Korrekturwerten aus we- tischer Krafterzeuger eine Masse (Gewicht) in eine gegebene nigstens einem Speicher (63,64) zu einem dem wahren Win- Nullstellung zurückführt. Letztere wird normalerweise elek-

kehvert für den zu messenden Vertikalwinkel entsprechenden 2<> tromagnetisch, kapazitiv oder optisch abgetastet. Ein Ver-

Ausgangssignal kombiniert. stärker verstärkt das Fehlersignal. Der Krafterzeuger wird

2. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1, dadurch ge- mit Strom in einem solchen Ausmass gespeist, dass die von kennzeichnet, dass im Speicher (64) für spezielle Signalwerte der Masse infolge der «g»-Beschleunigung ausgeübte Kraft gespeicherte Korrekturwerte vorliegen. verschwindet. Der dafür erforderliche Strom wird entweder

3, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Korrekturanord- bilität und einen niedrigen Reibungsgrad gestellt. Es wird z.B. nung (54, 55,65) vom Analog- oder Digitaltyp mit der Steuer- oft eine Auflösungsgenauigkeit von 10cc gefordert, was der anordnung verbunden ist, um eine einstellbare Verschiebung Gleichung entspricht des angezeigten Werts des Stroms zu ermöglichen, der durch die drehbar angeordnete Spule (1,16,35,45) fliesst. 35 g ^ _

5. Beschleunigungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis ~ g/64 000 = 1,6 • 10 g.

3. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1 oder 2, da- 25 direkt oder mittels eines mit dem Krafterzeuger geschalteten durch gekennzeichnet, dass ein zweiter Speicher (63) in einer Widerstands gemessen. Dieser Strom oder die Spannung stellt ersten durch einen Sensor (61 ) gesteuerten Korrekturanord- ein Mass für die Beschleunigung dar.

nung für die Abgabe spezieller Korrekturwerte in Abhängig- Geräte dieser Art sind gewöhnlich teuer, da sie sich auf keit von der Umgebungstemperatur eingeschaltet ist. Elementen aufbauen, die extrem genau hergestellt werden

4. Beschleunigungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis30 müssen. Zusätzlich werden hohe Anforderungen an ihre Sta-

4, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbar angeordnete . ____

Spule (35,45) spitzengelagert ist und dass dem ihr von der 2 0,001 Steueranordnung (40 bis 64) zugeführten Strom ein Wechselstrom überlagert ist, der die Spule (35,45) zusammen mit dem 40 Eine Umdrehung ist hierbei in 400 Neugrad unterteilt,

Pendel (31,32) in leichte Vibration versetzt. wobei lcc = 0,0001 Neugrad,