CZ308013B6 - Zařízení pro měření změn zakřivení tížnice v čase - Google Patents

Abstract

Zařízení pro přesné měření změn zakřivení tížnice v čase má na stejné tížnici v bodě (A) zavěšena dvě kyvadla (2) a (5), přičemž delší kyvadlo (2) má přibližně dvojnásobnou délku oproti kratšímu a slouží jako referenční kyvadlo. Na závěsu (1) delšího kyvadla (2) je přibližně v jeho polovině umístěn referenční obrazec (3) a že na závěsu (6) kratšího kyvadla (5) je prvek (7) pro snímání obrazce. Prvkem (7) pro snímání obrazce je kamera nebo digitální fotoaparát (7) s vysokým rozlišením a s optickou předsádkou (8) s velkým zvětšením. Měření se na zařízení provádí tak, že nasnímaný obraz referenčního obrazce (3) je v kameře (7) v reálném časedigitalizován a jeho poloha je korelována s polohou téhož referenčního obrazce (3), který byl nasnímán na počátku měření v časeOdečtem rozdílů polohy v aktuálním čase vůči poloze v časeje měřen relativní posun aktuálně nasnímaného obrazu ve směrech os X a Y, a tedy změna zakřivení tížnice v časeoproti zakřivení tížnice v čase.

Description

Na obrázku 1 je boční pohled na sestavu dvou kyvadel a na obrázku 2 je čelní pohled na tuto sestavu.

Příklady uskutečnění vynálezu

Navržené zařízení umožňuje měřit změny zakřivení tížnice měřením mezi třemi body. Vynález umožňuje bezkontaktní - optické - snímání polohy referenčního obrazce přes optický systém s velkým zvětšením kamerou s velkým rozlišením, který je možno digitalizovat a digitální obrázky numericky zpracovat do formy posunutí ve směrech os obrázku X a Y. Délka kyvadla mezi bodem závěsu A a bodem závěsu kamery B spolu se zvětšením optického členu kamery a rozlišením kamery určují převodní konstantu mezi přesností měření posunutí (1 pixel digitálního obrázku) a odpovídajícím úhlem náklonu. Samotné zvětšení optického členu kamery a rozlišení kamery určuje přímo převodní konstantu mezi přesností měření (1 pixel digitálního obrázku) a absolutním posunutím ve směrech os X a Y mezi body A a B. V současnosti umožňuje dostupná technika měřit s převodní konstantou cca 10 nrad/pixel, je možno, že v budoucnu bude možné technické parametry ještě dále vylepšit. Při častých opakovaných měřeních v průběhu času je možno zajistit, aby průměrné chyby průměrných hodnot za 10 minut měření byly menší ještě o 2 řády.

Digitální zpracování sejmutých obrazců umožňuje další rozličné zpracování zejména kontrolu přesnosti a kvality zpracovávaných dat.

- 1 CZ 308013 B6

Vynález je zřejmý z obrázku, který znázorňuje uspořádání zařízení. V bodě A je umístěn závěs kyvadla 1, na jehož konci v bodě C se nachází závaží delšího kyvadla 2. V bodě B je závěs delšího kyvadla 1 rozšířen a v tomto místě je závaží kratšího kyvadla 5. Na něm je v horizontální rovině instalován referenční obrazec 3, který může být tvořen filmem mikrofiše, sklem předloh digitálních návrhů integrovaných obvodů nebo jiným rastrem s vysokou hustotou informací a s malým nebo zanedbatelným procentem zcela se opakujícího motivu tak, aby bylo možno vždy jednoznačně vyhodnotit směr a velikost posunu motivu vůči referenčnímu motivu. Kyvadlo je tlumeno olejovým tlumičem 4 tak, aby byly potlačeny rušivé kyvy kyvadla. Kratší kyvadlo 5 je stejně jako první kyvadlo ukotveno v bodě závěsu A s tím rozdílem, že jeho závěs 6 prochází buď uprostřed dvojitého závěsu 1 nebo vně delšího závěsu 1 pokud tento závěs je jednoduchý tak, aby se ho nedotýkal. V bodě B je umístěno vlastní kyvadlo 5, na kterém je pevně připevněna kamera 7 s vysokým rozlišením, která snímá obrázek zvětšovacího optického členu 8, zaostřeného na referenční obrazec 3. Kamera 7 spolu s optickým členem 8 je nastavitelná pomoci raménka 9 tak, aby střed referenčního obrazce byl ve středu zorného pole optického členu 8 a tím i obrázku kamery 7 a obrázek byl zaostřen. Videosignál kamery je buď analogově nebo přímo v digitální podobě (podle typu kamery nebo fotografického přístroje) veden na vstup počítače. K napájení kamery a osvětlujícího členu 10, přenosu videosignálu a řízení dálkového ovládání ostření přes servomotorek, otáčející zaostřovacím šroubem na raménku 9 je využito přímo drátů závěsů obou kyvadel 1 a 6. Umístění kamery 7 a referenčního obrazce 3 může být v konkrétním provedení mezi sebou zaměněno a není principiálně nutno vázat umístění kamery 7 na kratší z obou kyvadel.

V počítači je videosignál kamery nebo přímo digitální obrázek převeden do bitmapy, která je pomocí digitálního filtru zpracována do formy kontur, které znázorňují místa s největším gradientem stupnice jasu. Tento konturový obrázek má již v každém pixelu hodnotu buď 0, nebo 1 podle toho, zda daným pixelem prochází místo s největším gradientem či nikoli. Takový konturový obrázek je digitálně korelován s referenčním konturovým obrázkem, ukládaným každých 12 hodin pro měření relativních posunů. Výsledkem korelační funkce je posun aktuálního obrázku vůči referenčnímu ve směrech os X a Y a současně pravděpodobnost, jak takto určené hodnoty jsou spolehlivé (vícevariantní řešení). Jeden posun je možno při dnešní výpočetní technice změřit a vyhodnotit každých 1 až 10 s. Omezením je pouze výkonnost počítače a kapacita záznamového média. Výsledky posunů ve směrech X a Y v pixelech se následně přepočítávají do velikosti změn náklonů podle vztahu tg α = X/ (Z* R* h), kde (1)

X je hodnota posunu ve směru X (obdobně ve směru Y), Z je optické zvětšení optické předsádky kamery (používá se 200 - 1000), R je rozlišení kamery (pixel/mm) (používá se 1000 - 4000) a h je délka závěsu kyvadla (používá se 1 až 30 m). Výsledky posunů ve směrech X a Y se přepočítají do geografických souřadnic podle vztahu

N = X cos δ +Ysin δ, (2)

E = X sin δ - Y cos δ, kde (3)

N je velikost posunu ve směru k severu (obdobně E je směr k východu) a δ je azimut osy X obrázku vůči geografickému severu. Obdobně je možno přepočítat náklony ve směru k severu oin a Ote podle vztahu (1). Chyba měření je 1 pixel ve všech směrech a tomu odpovídající úhly podle vztahu (1) nebo posuny podle vztahu (2) a (3).

-2CZ 308013 B6

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (6)

1. Zařízení pro přesné měření změn zakřivení tížnice v čase, vyznačující se tím, že na stejné tížnici jsou v bodě (A) zavěšena dvě kyvadla (2) a (5), přičemž delší kyvadlo (2) má přibližně dvojnásobnou délku oproti kratšímu a slouží jako referenční kyvadlo, dále že na závěsu (1) delšího kyvadla (2) je přibližně v jeho polovině umístěn referenční obrazec (3) a že na závěsu (6) kratšího kyvadla (5) je prvek (7) pro snímání obrazce.

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že prvkem (7) pro snímání obrazce je kamera nebo digitální fotoaparát (7) s vysokým rozlišením a s optickou předsádkou (8) s velkým zvětšením.

3. Způsob pro přesné měření změn zakřivení tížnice v čase zařízením podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že nasnímaný obraz referenčního obrazce (3) je v kameře (7) v reálném čase t digitalizován a jeho poloha je korelována s polohou téhož referenčního obrazce (3), který byl nasnímán na počátku měření v čase to, přičemž odečtem rozdílů polohy v aktuálním čase vůči poloze v čase to je měřen relativní posun aktuálně nasnímaného obrazu ve směrech os X a Y, a tedy změna zakřivení tížnice v čase t oproti zakřivení tížnice v čase to.

4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že posloupnost odchylek referenčních obrazů (3) vůči poloze téhož referenčního obrazce, který byl nasnímán na počátku měření v čase to, určuje vývoj zakřivení tížnice v čase.

5. Způsob podle nároku 3 nebo 4, vyznačující se tím, že posuny ve směrech os referenčního obrázku X a Y je možno přepočítat pomocí funkce sinus přes délku závěsu (6) kratšího kyvadla na náklony ve vertikálním směru a určit i směr náklonu kratšího kyvadla vůči delšímu kyvadlu.

6. Způsob podle některého z nároků 3 až 5, vyznačující se tím, že digitálním zpracováním celého měření v reálném čase je možno dosáhnout téměř kontinuálního měření s periodou opakování měření kratší než 10 s.

2 výkresy