DD152622A1

DD152622A1 - Anordnung zum daempfen eines pendels

Info

Publication number: DD152622A1
Application number: DD22306180A
Authority: DD
Inventors: Wieland Feist; Marold Thomas
Original assignee: Wieland Feist; Marold Thomas
Priority date: 1980-08-01
Filing date: 1980-08-01
Publication date: 1981-12-02
Also published as: JPS5946328B2; CH651924A5; DE3116359A1; JPS5734405A; DE3116359C2

Abstract

Anordnung zum Daempfen eines mindestens in einer Ebene schwingenden Pendels fuer geodaetische Geraete. Bei diesen Geraeten tritt entsprechend den aeuszeren Bedingungen oft eine Unruhe des Pendels und damit des in einem Fernrohr oder Ablesemikroskop erscheinenden Bildes auf, die Anlass zu Fehlmessungen gibt . Zur wirksamen Daempfung dieser Unruhe wird das Pendel mit einem Positionsdetektor und fuer jede Schwingungsebene mit einer Steuerschaltung und einem elektrodynamischen Antrieb versehen. Damit die Daempfung unabhaengig von der jeweiligen Gleichgewichtslage richtungsabhaengig und in Abhaengigkeit von der Pendelauslenkung erfolgt, enthaelt die Steuerschaltung Schaltungsmittel, z.B. einen Kondensator, zum Aussondern und Unterdruecken des Gleichspannungsanteils aus d. vom Positionsdetektor erhaltenen Signalen.

Description

223 06t -<-

Titel: Anordnung zum Dämpfen eines Pendels Anwendungsgebiet der Erf inching:

Die Erfindung betriff eine Anordnung zum Dämpfen eines mindestens in einer Ebene schwingenden Pendels, das in geodätischen Geräten zvir Bestimmung kleiner Neigungen oder der Lotrichtung, zur Kompensation des Einflusses kleiner Neigungen auf die Ziellinie dient. Dabei ist das Pendel an einer Basis gelagert und nimmt beim Verändern der Basisneigung eine neue Gleichgewichtslage ein. Zur Erhöhung der Meßruhe des Pendels in der jeweiligen Gleichgewichtslage sind mindestens ein Positionsdetektor, eine Stevierschaltung und ein elektrodynamischer Antrieb vorgesehen. Der elektrodynamische Antrieb wird durch von Positionsdetektor abgegebene Signale über die Steuerschaltung in Abhängigkeit von der Meßunruhe des Pendels erregt.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

Es sind Pendel mit geschwindigkeitsproportionalen Luft- und/oder l/irbelstroindänpfungen bekannt. Diese Dämpfungen sind dann optimal, wenn die Eigenschwingungen der Pendel gerade aperiodisch abklingen. Sine geringere Dämpfung bzw. eine stärkere Dämpfung verlängern die zur Beruhigung jedes Pendels und damit die zur Messung erforderliche Zeit, da die Messung erst nach dcu Abklingen der Eigen-

3636

223 061

schwingungen bzw. des allmählichen IIineinglcitens des Pendels in die -jeweilige Gleichgewichtslage no glich ist. Beim praktischen Gebrauch eines derartigen Pendels treten außer einmaligen, zu Eigenschwingungen anregenden Stößen auch ständige Erregungen auf. Die dadurch erzwungenen Pendeischwingungen erreichen je nach den äußeren Ursachen beträchtliche, die Messung beeinträchtigende Amplituden, die zn Meßfehlern oder zu unbrauchbaren Messungsergebnissen führen. Durch die bekannten Dämpfungen können diese störenden Pendelschwingungen nicht beseitigt werden, Weiterhin ist es bekannt, einen nordsuchenden Kreisel mit einer Inertialdämpfung zu versehen, die aus einer in einen pendelnd aufgehängten Kreiselpendelf^eliäuse aufgehängten Dämpfungsinasse besteht. An der Dämpf ungsnasse sind Stabnagnete und an Pendelgehäuse sind den Stabmagneten zugeordnete Spulen befestigt. Die Stabnagnete und die Spulen bilden elektrodynamische Antriebe, die durch von einen Positionsdetcktor abgegebene Signale über eine Steuer-Schaltung so angesteuert werden, daß sie den Einfluß der Meßunruhe auf den Kreisel entgegenwirken. Dabei ist davon auszugehen, daß infolge von Pendelbewogungen, die dein Gehäuse von außen aufgezwungen werden, die Relativbewegung zwischen dem Gehäuse und der Dämpfungsnasse immer nur um eine Mittella^e stattfinden wird. Außerdem stellt die Dänpfungsniasse eine zusätzliche Masse zum Kreiselpendel dar, für die besondere Lagerungsraittel notwendig sind. Darüberliinaus bedarf die Kreiseldämpfung spezieller und komplizierter elektronischer Regler.

Schließlich ist ein Pendel bekannt, dessen Neigung mit Hilfe einer mit der Pendelsehvenkachse zusammenwirkenden Drehspule der ?ieigung des Gerätes gleich gemacht wird. Bei Neigungsänderungen des Gerätes wird also das Pendel in gleicher» Kaße gedreht bis der

223 061

Steuerstrom der Drehspule einen bestimmten neigungsabhängigen Wert erreicht hat» Ein Fotoempfängersystem erfaßt ständig die Abweichungen des Pendels von der Gerätelage und steuert das Pendel mit Hilfe der Drehspule nach. Es ist auch möglich die Abweichungen an einem «Zeigerinstrument anzuzeigen. In jedem Fall wird die Neigung des Gerätes fotoelektrisch erfaßt ; eine Dämpfung erfolgt nicht.

Ziel der Erfindung:

Durch die Erfindung sollen die durch äußere Einflüsse bedingte Meßunruhe von Kompensatorpendeln in geodätischen Geräten und die durch sie bedingten Meßfehler mit einfachen und wenig atif wendigen Mitten wesentlich verringert werden.

Darlegung des liesens der Erfindung:

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Dämpfungsanordnung eines Kompensatorpendels so zu gestalten, daß sie unabhängig von der jeweiligen Gleichgewichtslage die mit fotoelektrischen Mitteln erfaßte Meßunruhe auszuschalten gestattet, obwohl die Abweichungen eines geodätischen Gerätes

^<Κ} avis der horizontalen bzw. vertikalen Vorzugs richtung keine symmetrische Lage des Pendels zu den fotoelektrischen Mitteln ermöglicht«

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadtirch gelöst, daß die Steuerschaltung ein Schaltungsmittel zum Aussondern und Unterdrücken des Gleichspannungsanteils aus den vom Positionsdetektor erhaltenen Signalen enthält. ¥eist der Positionsdetektor einen Differenzfotoempfänger auf, so muß innerhalb des .Jirkungsbereichs des Kompensatorpendels das Pendel bein Schwingen alle Fotoempfänger beeinflussen. Aus

·* der unterschiedlichen Beeinflussung

3636

223 0 61

der einzelnen Fotoempfänger ergeben sich Größe und Richtung Tür das Virksanwerden der Steuerschaltung und des elektrodynamischen Antriebs. Jeder elektrodynamische Antrieb besteht aus einen Magnet, vorzugsweise einen Permanentmagnet, der vorteilhafterweise an Pendel befestigt ist, илd einer Luftspule, die den Permanentmagnet gegenüberliegend an der Basis befestigt ist. Die Steuerschaltung enthält zunindest einen Verstärker, der gleichspannungsfrei, vorteilhaft mittels eines

jQ Kondensators, an die Luftspule angekoppelt ist. Dadurch •wird eine Beeinflussung des Pendelnullpunktes ( der senkrechten Pendelstellung bei geneigter Basis) ausgeschlossen. Das in Positionsdetektor erzeugte, der jeweiligen Pendelauslenkung proportionale Signal gelangt nach Verstärlcung zur Luftspule und erregt in ihr eine Spannung, die den an Pendel befindlichen Permanentnagnet abstößt bzw. anzieht und damit der augenblicklichen Pendelauslenlcung ѳл tgegent/irkt. Am günstigsten sind jeder Schwingungsebene des Pendels zwei elektrodynamische Antriebe zugeordnet. Für jedes Paar solcher Antriebe sind zwei Steuerschaltungen vorhanden. Da die Pendelregelung an Resonanzstellen des Pendels und des Pendqkörpers wegen der dann veränderten Plia s en verhältnis se zwischen Erregung und Schwingung zur Eigenerregung neigt, kann zusätzlich ein geschwindigkeitsproportionale Dämpfung (Luft- oder Flussigkeitsdänpfung) \xrgesehen sein. Eine andere Möglichkeit besteht in der Verwendung eines den Pendel nachgebildeten Reglers, der jedoch sehr auf v/endig und wenig funktionssicher ist. Ein extrem langsames Erreichen der neuen Gleichgewichtslage des Kompensatorpendels, beispielsweise nach derVorhorizontierung eines

zvigeliörigen geodätischen Gerätes, wird dadurch vermieden, daß der elektrodynamische Antrieb erst zur Messung einschaltbar ist. Dies geschieht vorteilhaft mit einem von Hand oder automatisch bedienbaren

3636

223 061

Schalter

Ausführungsbeispiele;

Die Erfindung"wird nachstehend an Hand der schenatischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den Längsschnitt eines Kompensatorpendels, Fig. 2 eine erste Steuerschaltung und Fig. 3 eine zweite Steuerschaltung.

In Fig. 1 ist ein Pendel 1 mit Hilfe eines Kreuzfedergelenks 2 an einer Basis 3 aufgehängt. An Pendel 1 können nicht dargestellte optische Elemente zur Ziellinienregelung vorgesehen sein. Ein Kolben k ist am Pendel 1 befestigt und bewegt sich in einem Zylinder 5 einer Luftdänpfung. Am Pendel 1 ist in der Nähe des Kreuzfedergelenks 2 ein Spiegel 6 angeordnet, der sich in einem durch einen Spalt 7 und eine Linse 8 gebildeten, durch seinen Achsstrahl 9 gekennzeichneten, von einer Lichtquelle 10 ausgehenden Strahlenbündel befindet. Vom Spiegel 6 wird das Strahlenbündel auf einen Differenzfotoempfänger 11, 12 gelenkt. Der Querschnitt des Strahlenbündels und die Größe des Differenzfotoempfängers 11, 12 sind so zu bemessen, daß innerhalb des Wirkungsbereichs des Kompensatorpendels 1 stets auf beide Elemente 11, 12 des DifferenzempfängersfLicht fällt. Jedoch erhalten in der Regel nicht beide Elenente 11, 12 gleich viel Licht. Die Anordming ist so gewählt,

₂t- daß das Differenzsignal der Elemente 11, 12 im Wirkungsbereich des Kompensatorpendels seinen Ausschlag aus der Xullage im wesentlichen proportional ist, Ai;: Pendel 1 sind diametral liegend Permanentmagnete \'3, 14 befestigt, denen uit der Basis 3 verbundene Luftspulen 15, 16 zugeordnet sind. Entsprechend der Pendelbewegung werden die Spulen 15, 16 von einem Strom so durchflossen, daß die Spule ( z. B, 15)_f auf die sich das Pendel 1 zu bewegt, den

3036

zugehörigen Magneten ( ζ.В . 13) abstößt, während die Spule 1б den Magneten 1*l· anzieht. Schlägt das Pendel 1 nach der anderen Seite aus, so erfolgt eine Umpolung des Stroms bzw, der Spannung.

e Fig. 2 stellt eine niög-liche Steuerschaltung für den elektrotynamischen Antrieb dar. Mit 11, 12 sind wieder die in Diff erenzjgeschalteten Fotoelemente bezeichnet, die über Widerstände 17, 18 an einen Differenzverstärker 19 angeschlossen sind. Ein

Ю Gegenkopplungswiderstand 20 dient in bekannter Feise zuu Einstellen der erforderlichen Verstärkung. Die Luftspulen 15, 1б sind über einen Kondensator 21 an den Ausgang des Differenzverstärkers 19 angeschlossen. Ein Schalter 22 dient zum Ein- und Aus- -* schalten des elektrodynamischen Antriebs. Der Kondensator 21 verhindert, daß der Gleichspannungsanteil am Signal des Verstärkers 19, der die Information über die Gleichgewichtslage des Pendels 1 ( Fig.1) darstellt,

2Q auf die Spulen 15, 16 gelangt und ermöglicht somit die Einstellung des Kompensatorpendels 1 in eine neue Gleichgewichtslage. Nur die ігл wesentlichen von der Pendelunruhe herrührenden ".iechselspannungsanteile der von dem Differenzfotoenipfänger 11, 12 ausgehenden Signale werden in den Luftspulen 15, 16 wirksam.

In Fig. 3 sind wieder die in Differenz geschalteten Fotoelemente 11, 12, der Differenzverstärker 19 mit dem Gegenkopplungswiderstand 20, der Kondensator 21, die Spulen 15, 16 und der Schalter 22 dargestellt,

ЗО Der Differenzverstärker 19 ist wie in Fig. 2 beschältet und über einen Kondensator 23 mit dem nichtinvertierenden(+) Eingang eines zweiten Differenzverstärkers Z verbunden. Dieser Eingang ist über einen Tviderstand an ilassGpotential gelegt. Das Gegenkopplungsnetz%:erk besteht aus Widerständen 26, 27 und einem Kondensator 28, der die Gleichspanm-iiigsverstärkung des Verstärkers Zk

3636

223 Oof

auf Eins herabsetzt. Der Kondensator 23 trennt den GIeichspannungsanteil irn Signal des Differenzfotoempfängers 11, 12, der von der Gleichgewichtslage des Pendels 1 (Fig,1) herrührt vorn Vechselspannungsanteil und hält ihn von den Spulen 15, 16 zurück. Diese Wirkungsweise hat den weiteren Vorteil, daß eine mögliche Übersättigung des Verstärkers 2.h durch eine Dehorizontierung des Pendels 1 verhindert wird, weil das Gleichspannungs.. signal bereits abgetrennt wird, Ьеѵоэ? die erforderliche

IQ Gesantverstärlcung erreicht wird.

Bei der Steuerschaltung gemäß Fig, 3 kann der Kondensator entfallen, wenn durch andere schaltungstechnische Maßnahmen, beispielsweise durch off-set-Spannungskonpensation, gesichert ist, daß der Verstärker 2.h keine Restgleichspannung an seinem Ausgang hat.

Die Erfindung ist nicht a^if die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschränkt, So kann für die Messung der Pendellage an Stelle des Differenzfotoempfängers ein

kapazitiver, induktiver o.a. Geber verwendet werden. Die Steuerschaltung ist entsprechend dem Geber und dem erforderlichen Arbeitsbereich veränderbar; es muß nur ein gleiclispannungsfreies Ausgangssignal zur Umpolung des/der elektrodynamischen Antriebe und proportional der Pendelauslenkung aus der laillage erzeugt werden. Die Polung der Magnete 13,1** zueinander kann beliebig sein, es ist nur die Polung jedes Magnetes zu der ihn zugeordneten Luftspule entscheidend. Somit kann auch ein gemeinsamer Magnet für zwei Spulen oder eine gemeinsame Spule für zwei Magnete einer Schwingungsebene vorgesehen sein. Die Spulen können auch mit einein nicht ferromagnetischen Kern versehen sein. Die Spulen können auch am Pendel tind die Magnete an der Basis befestigt sein.

3636

223 Обі

Für die Anzahl der Magnete und Spulen ist die Anzahl der Scmvingungsrichtungen Maßgeblich. Für jede Schwingungsrichtung nuß mindestens eine Spule nit einen Magnet und einer Steuerschaltung vorgesehen sein.

30.7

GB/Lu

Claims

Erfiηduл^saflspruch

1, Anordnung zum Dämpfen eines mindestens іл einer

ЕЬеле sclwingenden Pendels, das an einer Basis Gelagert ist und bein Verändern der Basisneigung eine

e neue Gleichgewichtslage einnimmt, wobei zur Erhöhung der Meßruhe des Pendes in der jeweiligen Gleichgewichtslage ein Positionsdetektor, eine Steuerschaltung und ein elektrodynamischer Antrieb vorgesehen sind und der elektrodynamische Antrieb durch vom Positions-

^O detektor abgegebene Signale über die Steuerschaltung in Abhängigkeit von der Meßunruhe des Pendels erregt \tfird, gekennzeichnet dadurch, daß die Steuerschaltung Schaltungsuittel zun Aussondern des Gleichspannungsanteils aus den von Positionsdetektor erhaltenen -> Signalen enthält.

2, Anordnung gemäß Punkt 1, gekennzeichnet dadvirch, daß das Schaltungsnittel mindestens ein Kondensator ist,

3» Anordnung gemäß Pvinkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Steuerschalttmg einen Schalter enthält.

30.7.1930
GB/Lu

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

3636