DE102011018684A1 - Aufzeichnungs- und Registrierungsverfahren für ein Versetzungsmeßgerät mit vier Freiheitsgraden für mikrofrequente Boden- und Baukörperversetzungen - Google Patents

Aufzeichnungs- und Registrierungsverfahren für ein Versetzungsmeßgerät mit vier Freiheitsgraden für mikrofrequente Boden- und Baukörperversetzungen Download PDF

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Abstract

Bekannte Meßgeräte für die Bestimmung einer maximalen Bodenbewegung durch eine seimische Erschütterung, wie Breitbandseismometer, haben eine Nachweisgrenze für infrafrequente Bodenbewegungen bei etwa 1 [mHz]. Ein weiterer Nachteil ist, daß eine echtzeitnahe Aufzeichnung oder eine Echtzeitmessung einer Relativbewegung von Sensor und Erdboden zueinander direkt in Einheiten der Länge, wie Nanometer oder Mikrometer, oder direkt in Einheiten des Winkels, wie Nanoradiant oder Mikoradiant, damit technisch nicht zuführen ist, denn das aufgezeichnete primäre Bewegungssignal des Sensors sind die Geschwindigkeitsänderungen bei dessen Auslenkung aus der Ruhelage. Das erfindungsgemäße Registrierungsverfahren für infrafrequente Bodenversetzungen besitzt den Vorteil, daß damit infrafrequente Bodenversetzungen bis zwei Größenordnungen tiefer aufzuzeichnen sind bis 35 [μHz], und darunter. Ein weiterer Vorteil ist, daß damit lange Versetzungswege zwischen etwa 2 Millimeter bis etwa 7 Millimeter direkt in Einheiten der Länge – von Nanometer bis Mikrometer und Millimeter – von mikrofrequenten Relativbewegungen von Sensor und Erdboden echtzeitnah während langer Versetzungsperioden zwischen etwa 6 bis etwa 16 Stunden technisch aufzuzeichnen und zu registrieren sind.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Erfindung betrifft ein Aufzeichnungs- und Registrierungsverfahren für ein Versetzungsmeßgerät mit vier Freiheitsgraden für mikrofrequente Boden- und Baukörperversetzungen.
  • 1. HINTERGRUND DER ERFINDUNG – TECHNISCHES PROBLEM – TECHNISCHE AUFGABE
  • Durch EP1122511 ist ein Positionsmessungssensor mit Datensichtgerät bekannt mit kreisförmig drehbarem Sensorkopf mit Laserdiode, der mit einem Laserstahl zu einem CCD-Sensor ein Abbild der Positionsversetzungen des Versetzungssensors in einem 3-dimensionalen Koordinatensystem aufzeichnet. [1]
  • Durch EP0211627 ist ein Verfahren bekannt zur Relativbewegungs-Vermessung von Erdboden- und Baukörperstrukturen gegeneinander mit ebenfalls praktisch trägheitslosem Laserlichtzeiger für die Registrierung der Versetzungen der Strukturen gegeneinander, wie Eisenbahnschienen gegen Bahndamm-Untergrund. [2]
  • Es sind ortsfeste inertiale Rotationssensoren mittels Lasersensor (Ringlaser) für geowissenschaftliche Anwendungen mit effektiver Umlauffläche von 1 m2 bis 16 m2 bekannt, womit Winkeländerungen zu erfassen sind, die für die Durchführung geodätischer Raumverfahren, wie VLBI (Very Long Baseline Interferometry), SLR/LLR (Satellite Laser Ranging/Lunar Laser Ranging), GPS (Global Positioning System) den globalen Beobachtungsnetzen der intemationalen geodätischen Dienste, wie IERS (International Earth Rotation Survey), IGS (international GPS Service), ILRS (International Lunar Ranging Service), IVS (International VLBI Service) zur Verfügung gestellt werden. [3]
  • Besondere Vorteile sind, daß diesen Diensten damit eine echtzeitnahe Aufzeichnung und Registrierung vor Ort mit einer zeitlichen Auflösung von unter 1 Stunde zur Verfügung steht; und daß Ringlaser-Verfahren für die kommerzielle Nutzung z. B. in der Flugzeugnavigation technisch ausführbar sind. Charakteristische Nachteile sind, daß die Aufzeichnung und Registrierung des Neigungswinkels der Laserebene gegen die Anfangsebene bis unter 1 [nrad] nicht direkt in Winkeleinheiten, sondern mittels Zeit-Frequenz-Registrierung vermittels des Sagnac-Effektes erfolgt, wobei aus einer Sagnac-Frequenzänderung um etwa 10–9 auf eine Winkeländerung von etwa 1 [nrad] zu schließen ist. Von einer kommerziellen Nutzung z. B. in Bauwerken in städtischen Infrastrukturen für einen massenhaften wirtschaftlich vertretbaren Einsatz für lokale Versetzungsmeßgeräte ist nichts bekannt, und aufgrund der Besonderheiten dieses physikalischen Meßprinzips [4] für diesen speziellen Einsatzbereich nicht zu erwarten.
  • Das technische Problem ist, für hochgenaue und echtzeitnahe Messungen und Registrierungen von Koordinaten-Positionen direkt auf dem Erdboden direkt in Längen- und/oder Winkeleinheit während eines stundenlangen Meßprozeßes, bzw. während sicherheitstechnisch geforderter ununterbrochener Beobachtungs- und Vermessungsdauer z. B. auf rutschungsgefährdetem Baugrund [5] oder bei automatischer Deformations- oder Setzungsregistrierung einer Staumauer, eines Tunnels, oder eines Hochhauses mittels Laser-Monitoring [6], oder von Bahnpositionen von Satelliten sind regelmäßig erhebliche Beeinträchtigungen von Genauigkeit und Sicherheit durch im Wesentlichen drei Arten von kurz-, mittel-, und langperiodischen Versetzungen von Erdboden und Bauwerk zu erfahren in Form von:
    • (a) höherfrequenten hörbaren Erschütterungsschwingungen zwischen ca. 3 bis 100 Millisekunden Periodendauer,
    • (b) infrafrequenten unhörbaren Erschütterungen mit Perioden von etwa 0,1 bis etwa 1000 Sekunden (≈ 17 Minuten),
    • (c) mikrofrequenten unhörbaren Versetzungen von länger als 1000 Sekunden (> 1/4 Stunde) Versetzungsdauer.
  • Das technische Problem ist, daß für eine Echtzeitmessung oder eine echtzeitnahe hochgenaue Aufzeichnung und Registrierung der Länge und der Richtung eines Versetzungsweges während einer mikrofrequenten Versetzungsperiode nach (c) mit bis zu stundenlang gleichbleibender Versetzungsrichtung einer Koordinaten-Position auf dem Erdboden direkt in der SI-Basiseinheit der Länge und/oder in der Winkeleinheit beim gegenwärtigen Stand der Technik keine technische Lösung bekannt ist.
  • Die erfindungsgemäß zu lösende technische Aufgabe besteht darin, für dieses technische Problem eine technische Lösung zu schaffen und anzubieten, die den besonderen Vorteil hat, auch für eine Echtzeitmessung oder echtzeitnahe hochgenaue Aufzeichnung und Registrierung in Bauwerken in städtischen Infrastrukturen technisch geeignet zu sein, wo wegen der über den Untergrund übertragenen mechanischen Bodenerschütterungen im Frequenzbereich (a) bis hin zu potentieller schädigender oder belästigender Wirkung, z. B. nach DIN 4150 [7], der Aufzeichnung und Registrierung von Länge und Richtung mikrofrequenter Versetzungswege ein besonders hoher höherfrequenter Störungspegelanteil überlagert ist, und die dabei auch in größerer Stückzahl wirtschaftlich zu fertigen ist.
  • Nachstehend erfolgt eine nähere Erläuterung des technischen Problems und der technischen Aufgabe mit besonderem Bezug auf bekannte Aufzeichnungs- und Registrierungsverfahren für bekannte hochempfindliche Meßgeräte mit ein bis zwei Freiheitsgraden der Bewegung einer frei schwingenden Masse als „seismischer” Sensor für den unmittelbar benachbarten Aufzeichnungs- und Registrierungsbereich (b) von millifrequenten Boden- und Baukörperversetzungen.
  • 2. NÄHERE CHARAKTERISTIK VON TECHNISCHEM PROBLEM UND TECHNISCHER AUFGABE
  • 2.1 Das technische Problem der Registrierung von Versetzungswegen bis in den tiefen Mikrohertzbereich
  • Es sind hochempfindliche Seismographen, Horizontalpendel, und Bohrlochneigungsmesser bekannt, worin der bekannte technische Grundsatz der Seismologie des 20. Jahrhunderts am Anfang des 21. Jahrhunderts mit höchster technischer Vollendung umgesetzt ist, daß es die „einzige Aufgabe” eines Sensors bzw. einer sogenannten seismischen Masse „ist, ruhig zu bleiben, wenn um sie herum die Erde zittert.” [8]
  • Der daraus zu ziehende vermessungstechnische und praktische Nutzen für die Erhöhung der Genauigkeit und Sicherheit der Bestimmung von Koordinatenpositionen geodätischer Fundamentalstationen der Erdvermessungsnetze oder für VLBI-Stationen der astronomischen Navigationsnetze für den infrafrequenten Erschütterungsbereich (b) ist beachtlich: Denn wenn heute irgendwo der Erdboden durch Erdbeben in millifrequente Erschütterungsschwingungen versetzt wird, dann sind mittels hochempfindlicher Seismographen mit geringer Zeitverzögerung – infolge der unterschiedlichen Laufzeit der Stoß- oder Querwellen zwischen Bruchstelle im Gestein (Erdbebenherd) und Ort des Seismometers und der Aufzeichnungs- und Übertragungszeit der Erschütterungssignale des Sensors von hier über Richtfunk- oder Telefonleitung bis zur Erdbebenzentrale – erstellte Seismogramme eine unentbehrliche Hilfe für die Feststellung, wo und wann genau und mit welcher Bodenamplitude ungefähr der Erdboden wieder einmal zeitweilig direkt spürbar zu einem sogenannten geodätischen „Wackelpudding” geworden ist. [9]
  • Aus bekannten Patentdokumenten der letzten 130 Jahre aus den Gruppen G01V 1/16 und 1/18 der internationalen Patentklassifikation [10] sowie diesbezüglicher Fachliteratur der Geophysik [11] sowie bekannten Produktbeschreibungen von Seismometerherstellern [12][13] ergibt sich, daß spezielle technische Lösungen für das „Ruhigbleiben” seismischer Sensoren in inzwischen nahezu kaum noch zu unübersehbarer Vielfalt technisch geschaffen, und für Erschütterungsmeßgeräte von unterschiedlichster technischer Ausbildung [14][15] zum Einsatz gekommen sind, die alle das gemeinsame Merkmal haben, das damit Erschütterungen in den vorgenannten Frequenzbereichen (a) oder (b) aufzuzeichnen und zu registrieren sind.
  • Die Prototypen heutiger Standard-Breitbandseismometer, womit der um 1960 entwickelte World-Wide-Standard-Seismograph für die Aufzeichnung millifrequenter Erschütterungsfrequenzen zwischen 100 bis 10 [mHz] in einem unerwarteten „Evolutionssprung” [11] um 1976–1980 abgelöst wurde, trat damit ein, daß die mechanische Drehlagerung eines Sprengnether-Seismometer für Masse-Sensoren bis zu über 10 [kg] durch eine elastische Aufhängung für schwingende Massen von einige hundert Gramm an einer breiten Blattfeder abgelöst wurde.
  • Beim erstmaligen Praxiseinsatz von drei STS-1-Seismometern im Seismologischen Zentralobservatorium Gräfenberg in dessen 19 Stationen mit 13 Meßorten war damit erstmals eine seismische Breitbandregistrierung mit einer unteren Frequenzgrenze nahe über der Millihertz-Grenze technisch zu realisieren. [11]
  • Bis etwa zum Jahre 1996 war eine millifrequente Grenzfrequenz nahe bei etwa 1,2 [mHz] erreicht worden. [16]
  • Heute, 15 Jahre später, hat der Nachfolger-Typ STS-2.5 des neuen „World-Standard” eine technische Grenze der Aufzeichnung und Registrierung von seismischen Erschütterungen bei etwa 1 Millihertz erreicht. [12]
  • Das bedeutet für die vorgenannte technische Aufgabe: Unter Annahme keines „Evolutionssprunges” in den Meß- und Aufzeichungstechniken der gegenwärtig bekannten besten seismischen Aufzeichnungs- und Registrierungsverfahren der Bodenbewegung mit einem Freiheitsgrad einer frei schwingenden Masse am Ende einer breiten Blattfeder bis maximal drei Freiheitsgrade bei einem vertikal geneigten Blattfederseismometer [15] mit angekoppelter starrer Kreisbogenführung des Blattfederendes mittels eines starren Drehlagers ist in mathematischer Extrapolation des damit bekannten technischen Entwicklungstempos der Absenkung der unteren Frequenzgrenze um etwa 0,2 [mHz] in etwa 15 Jahren erst in etwa 4825 Jahren, d. h. im Jahre 6836 des bürgerlichen Kalenders, mit einem technischen Verfahren zu rechnen, womit eine untere Frequenzgrenze von etwa 35 Mikrohertz technisch zu erreichen ist.
  • Daß diese untere Frequenzgrenze mit dem hier beschriebenen erfindungsgemäßen technischen Aufzeichnungs- und Registrierungsverfahren für ein höchstempfindliches Versetzungsmeßgerät mit vier Freiheitsgraden einer frei schwingenden Masse für mikrofrequente Boden- und Baukörperversetzungen technisch zu realisieren ist bereits im Jahre 2011, dafür ist ein technisches Ausführungsbeispiel in 1 gezeigt.
  • 2.1 Charakteristik wesentlicher technischer Merkmale der zu lösenden technischen Aufgabe
  • Ein gemeinsames wesentliches technisches Merkmal eines modernen Seismographen von regelmäßig nur einem oder zwei Freiheitsgraden des Sensors und einem Versetzungsmeßgerät mit vier Freiheitsgraden des Sensors besteht in der technischen Ausbildung des Sensors zu einer um eine stabile mittlere Gleichgewichtslage frei schwingenden Masse.
  • Das charakteristische technische Unterscheidungsmerkmal besteht in den technischen Mitteln, womit und wie genau eine stabile mittlere Gleichgewichtslage der frei schwingenden Masse technisch herzustellen ist, und wie diese damit physikalisch stabil zu erhalten ist; ferner darin, ob damit eine Aufzeichnung des Amplitudenweges der Masse sowie des Versetzungsweges der Amplitude der Masse und des Amplitudenöffnungswinkel sowie der Versetzungsrichtung der Amplitude gemäß der IPC-Klassifikation G01C direkt in SI-Basiseinheiten der Länge des Weges und/oder der Richtung in Winkeleinheiten technisch durchzuführen ist, oder ob eine Aufzeichnung vermittels der Bewegungsgrößen der Masse nicht direkt in SI-Basiseinheiten der Länge technisch durchzuführen ist.
  • Der charakteristische technische Unterschied ist im direkten Vergleich der diesbezüglichen wesentlichen technischen Merkmale der nachstehend beschriebenen technischen Lösung und der vorgenannten bekannten technischen Lösungen klar zu erkennen, denn bekannte Verfahren der Aufzeichnung der Bewegungsgrößen der Masse sind regelmäßig durchgeführt mittels Registrierungssignalen von Bewegungsgrößen der Masse in abgeleiteten SI-Einheiten, vorzugsweise in Einheiten der Geschwindigkeit [m/s] oder in Einheiten der Beschleunigung [m/s2] sowie in Einheiten der Spannung [V] vermittels Größen, welche die Änderung der Geschwindigkeit oder die Beschleunigung der Masse beim Auslenken aus einer statischen „Ruhelage” nahe der mittleren stabilen Anfangs-Gleichgewichtslage beim Eichen der Seismometer-Skala, bzw. beim Kalibrieren der Nullposition der Masse signalisieren: Je rascher diese Geschwindigkeitsänderung erfolgt, desto stärker ist der Stoßimpuls eines eintreffenden Erdstoßes, z. B. einer longitudinalen Primärwelle (P-Welle) oder einer transversalen Sekundärwelle (S-Welle) eines Erdbebens.
  • 3 zeigt ein charakteristisches Beispiel dafür, daß mittels eines Horizontalseismographen der Schulseismographenstation am St.-Michael-Gymnasium in Monschau in der Eifel erhalten worden ist Die frei schwingende Masse ist in Gestalt eines Metallblocks von 8,5 kg gewägte Masse technisch ausgeführt, die mit 2 Freiheitsgraden schwingt, wobei eine freie Translation parallel zur Horizontebene nach links oder nach rechts und eine freie Dreh-Biege-Schwingung um eine vertikale starre Drehachse in einem speziellen Spannbandlager aus 5 Metalldrähten möglich ist; an der Trägerstange des Metallblocks ist eine mitbewegte Induktionspule von etwa 40000 Windungen aus Lackdraht von 0,16 mm Durchmesser befestigt, die mit einer Seite in ein starkes Magnetfeld von 0,8 [Tesla] eines Dauermagneten eintaucht, und dabei eine Generatorkonstante der Spannungsinduktion von (269,8 ± 1,4) Volt Induktions-Spannung je eine Einheit der Geschwindigkeit je 1 [Meter] je 1 [Sekunde] besitzt, die an den Spulenenden als meßbare Spannung z. B. mittels einer Stromwaage abzugreifen ist; diese Spule induziert infolge ihrer Mitbewegung mit dem Metallklotz beim Eintreffen einer millifrequenten Erdbebenschwingung von 80 [mHz] = 12,5 [s] eines 6000 km entfernten Erdbebens im Atlantischen Ozean eine zur Geschwindigkeit des Ein- und Ausschwingen in das Dauermagnetfeld proportionale Spannung von 205 [Millivolt].
  • Das Beispiel zeigt ein charakteristisches Merkmal: Die direkte Meßgröße und primäre Signalgröße ist keine Länge des Amplitudenweges z. B. des Schwerpunktes des Gewichtes des Träger-Spulen-Masse-Systems, oder z. B. des Trägheitsmittelpunktes des Trägheitsmomentes dieses Systems, sondern eine Spannungsgröße, die vermittels einer Eichvorrichtung (Stromwaage, Hallsonde, ...) auf die Geschwindigkeit der Induktionsspule zu beziehen ist, welche diese an der Stelle bzw. in dem Bereich hat, wo diese ins Magnetfeld eintaucht: Das muß nicht (und ist es regelmäßig auch nicht) die Stelle sein, wo das vereinigte Trägheitszentrum aller Teilträgheitsmomente aller Teilmassen von Träger, Draht, Klotz, horizontal um die Drehachse dreht, oder wo das vereinigte Gewicht des Träger-Spulen-Masse-Systems im Schwerpunkt durch die Schwerkraft der Erde vertikal angezogen wird.
  • Das Beispiel zeigt ein weiteres charakteristisches Merkmal: Die Länge der Bodenamplitude ist damit nicht zu messen. Diese Größe wird vermittels Eich- bzw. Kalibrierungskonstanten aus registrierter Spannung und Frequenz als „zugehörige Bodenbewegung” bestimmt. Beispielsweise „gehört” zu vorgenannter Spannung 0,205 [V] bei einer Erschütterungsfrequenz von 80 [mHz] – siehe 3 – eine auf diesem Wege zugeordnete „Bodenbewegung mit einer Amplitude von etwa 38 μm”. [17]
  • Eine Bestimmung einer Länge ist keine Messung einer Länge. – Dennoch, eine Spannungs-Längen-Umrechnung beim „elektrodynamischen Prinzip” ist nicht unüblich. Dabei zeigt sich ein weiteres charakteristisches Merkmal und technisches Unterscheidungsmerkmal. Für eine knappe Charakteristik kann folgendes konkretes Beispiel dienen: Der Erdbebenkatalag für 3738 deutsche Erdbeben zwischen dem Jahre 880 bis 2005 enthält unter Ident-Nummer ID 3721 das Erdbeben bei Eschweiler-Alsdorf am 22.07.2002 zwischen Köln und Maastricht. [18] Das Epizentrum lag nach Bestimmungen des nahegelegenen seismischen Netzes des Königlichen Observatorium von Belgien auf der geografischen Position des Breitengrades 50.886° Nord und des Längengrades 6.207° Ost; dieses Observatorium hat dabei aus Geophon-Registrierungen nanometergenaue Bestimmungen für die „maximale Bewegung des Bodens” für das Schüttergebiet abgeleitet und bekannt gemacht, wie: 71 [μm] in 50 [km] Entfernung vom Epizentrum auf der Position 50.639° Nord, 5.599° Ost der (LE-3D-)Station La Chartreuse, oder von: 13,45 [μm] in 136 [km] Entfernung vom Epizentrum auf der Position 49.664° Nord 6.151° Ost der (LE-3D)-Station Walferdange. [19]
  • In 2 ist eine schematisierte und maßstäblich verkleinerte Originalregistrierung des nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt, durchgeführt auf der Position 54.083° Nord und 12.123° Ost (Ort der Station: Rostock), womit echtzeitnahe nanometergenaue Messungen der Länge der mikrofrequenten stundenlangen Versetzungswege des Sensors des Versetzungsmeßgerätes relativ zu Gerätegestell, Bauwerksfundament, und Erdboden direkt in Einheiten der Länge aufzuzeichnen sind, wie:
    • – Versetzungsweg um fast 1,3 Millimeter (1327 [μm]) in 7 Stunden 31 Minuten (17:24 bis 00:48 MEZ) nach Westen,
    • – Versetzungsweg um über 1 Millimeter (1079 [μm]) in 5 Stunden 57 Minuten (00:49 bis 06:45) nach Osten,
    • – Versetzungsweg um über 7 Millimeter (7041 [μm]) in 8 Stunden 10 Minuten (06:46 bis 14:55) nach Westen,
    • – Versetzungsweg um über 7,5 Millimeter (7536 [μm]) in 15 Stunden 45 Minuten (14:56 bis 06;41) nach Osten.
  • Dadurch sind Längenbestimmungen millifrequenter maximaler Erdbeben-Erschütterungsamplituden und Längenmessungen mikrofrequenter mittlerer Boden-Versetzungswege bekannt, das heißt, auf dieser Grundlage ist ein Vergleich durch Größen gleicher physikalischer Einheit – (abgeleitete) Länge zu (gemessene) Länge – durchzuführen.
  • Ein die erfindungsgemäße technische Lösung charakterisierendes Merkmal auf Grundlage eines solchen Vergleiches besteht darin, daß im Unterschied und Gegensatz zu bekannten seismologischen Aufzeichnungs- und Registrierungsverfahren damit echtzeitnahe Registrierungen durchzuführen sind von täglich regelmäßig bis zu um das 100- bis 1000-fach größere mikrofrequente Erdboden-Versetzungswege, als durch die maximale Bodenbewegung während der relativ kurzen Erschütterungsperioden eines lokal stärkeren Erdbebens zu bestimmen bzw. zu registrieren ist, wovon in einem seismisch überwiegend ruhigen Gebiet in über 1100 Jahren nicht einmal 4000 als im Epizentrum zerstörend werdende Erdbeben vorkommen, d. h. jährlich höchstens drei bis vier.
  • Die „Ruhigstellung” einer frei schwingenden seismischen Masse auch bei stärkerer Bodenerschütterung wird in bekannter Weise durch Vergrößerung der Rückführungskraft der Masse zur einkalibrierten Anfangsposition technisch umgesetzt; man erkennt dies z. B. an der dreifach größeren Generatorkonstante von 2 × 750 [Vs/m] bzw. [V/(m/s)]) eines STS-2.5-Standard-Seismometer als beim vorgenannten nichtkommerziellen Seismograph. Ein technischer Vorteil ist: Damit ist eine Ruhighaltung bei Boden- und Bauwerksbeschleunigungen noch bis wert über 100 mm/s2 zu erreichen, wenn an Bauwerken bereits Wände und Dächer einstürzen. Ein technischer Nachteil wurde vorstehend bereits genannt: Erdbeben größer als Magnitude 4 sind relativ selten und dauern oft nur wenige Minuten;
  • Das bedeutet, das Erschütterungsmeßgeräte zur Aufzeichnung und Registrierung solcher höchstens minutenlanger millifrequenter Bodenerschütterungen dafür speziell konstruierte Meßgeräte sind, denen ein charakteristisches technisches Merkmal gemeinsam ist, das ein höchstempfindliches Versetzungsmeßgerät für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht hat: Das ist eine technische Vorrichtung zur schnellen Dämpfung durch starke Erdstöße angeregter starker freier Eigenschwingungen des Massesensors um seine anfängliche Gleichgewichtslage, so daß eine schnelle Rückführung dahin vermittels einer gedämpften aperiodischen Schwingung zu erreichen ist; dafür kann auch mit elektrodynamischer bzw. elektrostatischer Kraftrückkopplung („Feed-Back”-System) kombiniert werden, um die Rückführung in eine anfangs eingemessene Gleichgewichtslage der schwingenden Masse relativ zu einer gestellfesten Nullmarke, und damit genau kalibrierte Nullposition, zu erhalten.
  • Der technische Nachteil ist: Damit verschwindet das Meßsignal der Relativbewegung der mittleren Gleichgewichtslage des Massesensors gegen einen langsam bewegten Erdboden von deutlich kleinerer (mikrofrequenter) Versetzungsfrequenz, als eine deutlich höhere (seismische) Erschütterungsfrequenz beträgt.
  • Denn der Erdboden (Untergrund) trägt das Fundament, dieses trägt das Meßgerätegestell, und durch eine kraftvolle Rückführung des Massesensors zur Anfangslage behält dieser gegen Meßgerätegestell – und somit gegen den Erdboden – eine im Mittel seiner Bewegung um diese Anfangslage eingemessene, unveränderliche, kalibrierte Anfangs- und Gleichgewichtslage dauerhaft bei. Über die Mitbewegung des Gerätegestells mit dem Baukörperfundament verschwindet so das Meßsignal der langsamen Relativbewegungen und der langen Versetzungswege. Das Meßsignal für schnelle kleine kurze Erschütterungsschwingungen um die Anfangs-Gleichgewichtslage jedoch bleibt erhalten, weil eine schnelle Auslenkung mit hoher Geschwindigkeit eine große Induktionsspannung induziert. Und das ist die Hauptsache für eine elektrische bzw. elektronisch-digitale Registrierung nach dem elektrodynamischen Prinzip.
  • Das Verschwinden dieses Meßsignals leuchtet auch von einem allgemeineren physikalischen Standpunkt ein: Je kleiner die Versetzungsfrequenz ist, desto kleiner ist die Versetzungsgeschwindigkeit der Masse gegen die Anfangs-Gleichsgewichtslage, bzw. gegen eine gestellfeste Anfangs- oder Nullmarke. Mikrofrequente Versetzungen dauern jedoch wenigstens eine 10-fach bis zu eine 1000-fach längere Zeit als millifrequente Bodenerschütterungen – und Beschleunigung und Kraft sind dem Quadrat der Zeit proportional. Das heißt, eine technische Lösung für die Aufzeichnung der Länge mikrofrequenter Versetzungswege hat ein erheblich schwierigeres technisches Problem zu lösen, als eine technische Lösung für eine seimische Registrierung, weil die Versetzungsbeschleunigung bzw. Versetzungskraft einer frei schwingenden Masse aus der eigenen Anfangs- und Gleichgewichtslage damit um wenigstens 2 Zehnerpotenzen bis möglicherweise 6 Zehnerpotenzen kleiner ist, als für die Aufzeichnung und Registrierung millifrequenter Bodenerschütterungen physikalisch zur Verfügung steht, und technisch nutzbar ist.
  • An genau dieser Stelle setzt die erfindungsgemäße technische Lösung durch ein erfindungsgemäßes technisches Verfahren einer Amplituden-Vorverstärkung ein, womit die bekannten extrem kleinen ”Ziffer”-Amplituden von Sensormassen in Horizontalseismometern oder in Gezeiten-Horizontalpendeln um ihre Gleichgewichtslage in einem ersten Verfahrenschritt stabil zu verstärken sind, so daß damit ein sicher meßbares Amplituden-Versetzungssignal zur Verfügung steht.
  • 3 BESCHREIBUNG DER TECHNISCHEN LÖSUNG DER TECHNISCHEN AUFGABE
  • 3.1 Das Elastische Kraftlager als eine technische Vorzugslösung für eine stabile Amplituden-Vorverstärkung für sicher reproduzierbare Eigenamplituden für hochgenaue Versetzungsmessungen
  • Eine technische Lösung für eine elastische ortsfeste Lagerung eines asymmetrischen Meßkörpers mittels nichtmetallischer Torsionskörper für eine Führung ohne Mitwirkung elektrischer oder magnetischer Rückstellkräfte zur mittleren Ruhelage oder Dämpfungskräfte der Eigenschwingung mittels ausschließlich neutraler Kräfte ist durch Europäisches Patent Nr. 1240534 bekannt Damit sind bis zu fünf Freiheitsgrade (von sechs physikalisch möglichen) der Meßkörperbewegung durch bis zu drei Translationen in drei Raumrichtungskomponenten, z. B. in Nord-Süd- und Ost-West-Richtung und Lot-Richtung, und durch zwei Drehungen in der Horizontebene um eine vertikale Kraftlagerachse und in der Vertikalebene um eine horizontale Kraftlagerachse technisch zu realisieren.
  • Es ist damit jedoch keine technische Lösung bekannt gemacht oder dabei offenbart worden, womit die technische Aufgabe der Aufzeichnung und Registrierung von mikrofrequenten Versetzungswegen mit einem Versetzungsmeßgerät zu lösen ist, daß z. B. durch eine technische Umbildung der Einarmigen Torsionswaage unter Bewahrung ihrer charakteristischen Vorzüge zu erhalten ist.
  • Für den Einsatz als Versetzungs-Meßinstrument ist in der Horizontalebene eine Beschränkung um einen horizontalen Freiheitsgrad auf vier Freiheitsgrade technisch zu realisieren, wofür in EP 1240534 kein technisches Verfahren angegeben worden ist.
  • 3.2 Das Verfahren der Umbildung der Einarmigen Torsionswaage zu einem hochgenauen Versetzungsmeßgerät
  • Eine technische Lösung, die im abschließend beschriebenen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aufzeichnungs- und Registrierungsverfahren verwendet ist, besteht darin, daß die Einstellung des Meßkörpers in eine feste geografische Anfangsrichtung der mittleren stabilen Gleichgewichtslage seiner Eigenamplituden, z. B. nach Süd-Ost, vermittels drei bis fünf als Fußschrauben ausgebildeter Schraubbolzen der unteren Lagerplatte des Kraftlagers realisiert ist. Der durchgehende gewindetragende Schaft sitzt direkt auf einer im Fundament verankerten harten glatten Oberfläche einer Glasplatte auf. Durch axialen Bolzenvorschub um etwa 0,1 Millimeter durch Verdrehen im Schraubengewinde ist eine Neigung der Lagerplatte – und damit der Mittelachse der elastischen Wellen des EP1240534 – Kraftlagers – gegen die Lotrichtung um etwa α = 93,2 Bogensekunden (452 μrad) einzujustieren.
  • Damit ist eine Anfangsrichtung stabil eingestellt mittels eines Neigungswinkel, der vergleichsweise gut 1000-fach größer als der Reaktionswinkel eines STS1-Standard-Breitbandseismograph auf Bodenkippung (z. B. infolge Gesteinsporösität) ist.
  • Zugleich ist die Eigenschwingung auf eine Anfangsdauer um τo = (31,195 ± 0,415) Sekunden eingestellt.
  • Damit ist die Beschränkung von fünf Freiheitsgraden der Einarmigen Torsionswaage infolge des für diese charakteristischen „Versetzungsabstand Null” der Torsionslagerachse des Elastischen Kraftlager gegen die Lotrichtung auf vier Freiheitsgrade technisch realisiert worden.
  • Mit anderen Worten: Dem naheliegenden Gedanken an ein Horizontalgravimeter oder Horizontalseismometer mit „unendlicher” Empfindlichkeit von der Art einer mit „genau vertikaler Achse ... reibungsfrei aufgehängten Tür”, die dadurch „in jeder Lage stehenbleibt” [20] – womit bekanntlich kein Meßinstrument für Präzisionsmessungen herzustellen ist –, ist damit gleich in zweifacher Weise durch zwei technische Gegenmaßnahmen der Boden entzogen worden. Denn außer dem Vorgenannten ist dabei fast noch wichtiger, daß es sich hier um eine im Schwerpunkt langsam sinkende Tür handelt: Diese wird nicht indifferent stehen bleiben. Sondern dadurch zu Schwingungen angeregt um die Lage, in der anfängliches Stehenbleiben erfolgt ist, darum, weil der sinkende Schwerpunkt der Tür neue Energie zuführt aus der Freisetzung von potentieller Energie infolge der anfangs höheren Schwerpunktlage als nachher. Und das ist, wenn die Energiedissipation gering gehalten wird, eine Quelle von beständiger Umwandlung von potentieller Energie in kinetische Energie der Schwingung der Tür um die Anfangslage.
  • 3.3 Das Verfahren der physikalischen Erhaltung stabil vergrößerter Eigenamplituden des Trägheitszentrums mittels einer technisch künstlich erhaltenen langsamen Sinkbewegung des Übergewichtszentrums des Meßkörpers
  • Ein technischer charakteristischer Unterschied des erfindungsgemäßen Registrierungsverfahrens gegen seimische und gravimetrische bekannte Registrierungsverfahren besteht dann, daß der von der Einarmigen Torsionswaage bekannte Meßgeräteträger mit optischem Richtungs-Zeigersystem (Laser-Spiegel-Systeme) und mit Blei- oder Messingkörper als neutrale Masse bestückte Meßkörper einen Hebelarm in der Vertikalebene hat, der durch einen bestimmten Abstand Ro des Schwerpunktes bzw. Gewichtszentrums auf der Übergewichts-Seite des Meßkörpers den horizontalen Hebelarm in der vorstehend ganz allgemein erläuterten Weise herunterzieht, zum Einen, weil die elastischen Wellen bzw. Torsionskörper des Elastischen Kraftlagers nicht nur in der Querrichtung elastisch verdrillbare, sondern in der Länge auch plastisch dehnbare Körper mit charakteristischer kleiner Kriechgeschwindigkeit hochfester hochmolekularer neuer Werkstoffe sind, die vor wenigen Jahrzehnten noch nicht verfügbar waren, zum Anderen, weil der Meßkörper in Gestalt einer asymmetrisch gelagerten neutralen Masse technisch ausgebildet ist.
  • Beispielsweise ist das nachfolgende Ausführungsbeispiel des Registrierungsverfahrens mittels eines Meßkörpers mit im ausgehängten Zustand gewägter Gesamtmasse von mo = 44,78 [g] realisiert worden; davon entfallen im eingehängten Zustand 39,70 [g] Gramm oder 88,64% auf jene Seite, auf der mit 26,07 [g] der größte Anteil auf den Bleikörper entfällt, und 5,08 [g] oder 11,36% auf die andere Seite.
  • Dadurch ist technisch schon ganz von selbst eine durch die große Übergewichtskraft, und deren hohe Verstärkung mittels Kraftlager-Hebelwirkung, langsam sich tiefer senkende Lastseite (Kopfseite) geschaffen, und durch die Hebelwirkung des starren Meßgeräteträgers eine auf der Gegenseite (Leichtseite) langsam aufsteigende Halteseite) des Meßkörpers.
  • Weil die Meßkörperbauteile zugleich in der Horizontebene um die Vertikalachse des Kraftlagers drehen, darum hat jedes Bauteil in bezug auf diese Achse ein bestimmtes Massenträgheitsmoment. Deren Summe über alle Bauteile ergibt das gemeinsame Trägheitsmoment Jo des ganzen Meßkörpers, woraus sich in bekannter Weise der mittlere Trägheitsradius ro des gemeinsamen Trägheitsmomentes der gesamten trägen Masse aller um die Vertikalachse drehenden Baukörperteile vermittels einer Beziehung von Form
    Figure 00080001
    bestimmt.
  • Dadurch ist der Abstand ro des gemeinsamen Wirkungszentrums aller Teil-Trägheitsmomente aller mit dem starren Bauteilträger mit gleicher mittlerer konstanter Winkelgeschwindigkeit ωo = α/(τo/2) um die eingestellte geografische Anfangsrichtung mitdrehender Bauteile um dieselbe vertikale Drehachse bekannt; dieses Wirkungszentrum habe ich, um eine eindeutige Benennung dafür zu haben, in dieser Beschreibung kurz „Trägheitszentrum” genannt.
  • Wichtig für das erfindungsgemäße technische Aufzeichnungs- und Registrierungsverfahren ist dabei, daß auf diese Weise auf demselben Bauteilträger zwei direkt hintereinander angeordnete Kraft-Zentren und Masse-Zentren geschaffen worden sind, die z. B. eine gravimetrische Askania-Drehwaage oder Eötvös-Drehwaage nicht besitzt (wobei dort auch noch die Schwerpunkte gleiche Abstände zur Kippachse haben, was bedeutet, so daß es dabei überhaupt keine Seite gibt, auf der ein Schwerpunkt langsam sinken kann, so daß damit auch keine Energiequelle für sicher reproduzierbare größere Drehschwingungen um eine einmal eingestellte feste Anfangslage zur Verfügung zu stellen ist.)
  • Im Gegensatz zu Horizontalpendel oder schwerpunktsymmetrische Drehwaage ist vermittels einer in vorstehend beschriebener Weise schrittweise eine zu einem Versetzungsmeßgerät technisch umgebaute und weiterentwickelte Einarmige Torsionswaage mit einer langsamen vertikalen Abwärtsbewegung des Übergewichtszentrums technisch zu realisieren, wobei die mittlere Sinkgeschwindigkeit vermittels des Kraftlagers eingestellt ist.
  • Auf diese Weise wird potentielle Energie des Gewichtszentrums infolge des Tiefersinkens freigesetzt, die nur zum kleinsten Teil in der Verdrillungsarbeit der Torsionskörper verloren geht, und zum größten Teil über das in kleinem Abstand (ro – Ro) von regelmäßig einige Millimeter vorgelagerte Trägheitszentrum in die Form von Schwingungsenergie freier seitlicher Eigenschwingungen des ganzen Meßkörpers umgewandelt wird.
  • Damit ist die physikalische Grundlage für die erfindungsgemäße Amplitudenverstärkung von Eigenschwingungen technisch so umgesetzt worden, daß damit um den Faktor 4000...5000 größere, somit sichererer reproduzierbare Eigenschwingungsamplituden physikalisch wiederholbar zu erhalten sind, als z. B. mittels Zöllner'scher Elastischer Spannbandlagerung eines Horizontalseismometers oder Gezeitenpendels mit Spiegelsystem zu erreichen ist, wofür in 5 ein Beispiel gezeigt ist.
  • 3.4 Das Verfahren der Durchführung echtzeitnaher sequentieller Aufzeichnung und Registrierung mikrofrequenter Versetzungswege mittels vergrößerter millifrequenter Amplitudenwege des Trägheitszentrums des Meßkörpers
  • Die erste Hauptsequenz des erfindungsgemäßen sequentiellen Drei-Wege-Aufzeichnungs- und Registrierungsverfahren für Versetzungsmeßinstrumente für mikrofrequente Baukörper- oder Bodenversetzungen ist anhand eines technischen Ausführungsbeispiels dargestellt in 4.
  • Diese zeigt schematisch vereinfacht charakteristische Merkmale des technischen Verfahrens der sequentiellen Aufzeichnung und Registrierung mittels der Länge von millifrequenten seitlichen Eigenamplituden des Trägheitszentrums eines Meßkörpers relativ zum ortsfesten Meßkörpergestell und Erdboden von charakteristischerweise einige Dutzende bis einige hundert Mikrometer Amplitudenlänge, die infolge über den Untergrund zum Ort des Meßkörpers übertragener Bodenerschütterungen z. B. durch aufkommenden Sturm bis zu Orkanstärke bzw. durch damit verbundenden erhöhten Winddruck und rasche Winddruckwechel auf die Gebäudemauern aber auch einmal bis einige tausend Mikrometer erreichen kann.
  • Die erste und zweite Hauptsequenz des erfindungsgemäßen sequentiellen Drei-Wege-Aufzeichnungs- und Registrierungsverfahren für Versetzungsmeßinstrumente für mikrofrequente Baukörper- oder Bodenversetzungen sind zusammenfassend anhand des gleichen Ausführungsbeispiels einheitlich dargestellt in 5.
  • Diese zeigt schematisch vereinfacht charakteristische Merkmale des technischen Verfahrens beider Hauptsequenzen im Zusammenhang:
    • – das vorgenannte Verfahren der Aufzeichnung und Registrierung der Länge von millifrequenten seitlichen Eigenamplituden des Trägheitszentrums des Meßkörpers, und
    • – das technische Verfahren der Aufzeichnung und Registrierung der Länge von unstetigen vertikalen Verschiebungen des Gewichtszentrums des Meßkörpers in der Richtung der langsamen Sinkbewegeung zum Erdboden.
  • Alle drei Hauptsequenzen des erfindungsgemäßen sequentiellen Drei-Wege-Aufzeichnungs- und Registrierungsverfahren für Versetzungsmeßinstrumente für mikrofrequente Baukörper- oder Bodenversetzungen sind zusammenhängend dargestellt anhand des gleichen Ausführungsbeispiels in 2.
  • Diese zeigt schematisch vereinfacht charakteristische Merkmale des technischen Verfahrens der zusammenfassenden Schluß-Aufzeichnung und End-Registrierung der Längen aller drei Wege:
    • 1. der Länge von millifrequenten seitlichen Eigenamplituden des Trägheitszentrums des Meßkörpers relativ zum ortsfesten Meßkörpergestell, bzw. zur Lagerplatte, zum Fundament, und zum Erdboden;
    • 2. der Länge von mikrofrequenten horizontalen Versetzungsamplituden des Trägheitszentrums des Meßkörpers relativ zum ortsfesten Meßkörpergestell, bzw. zur Lagerplatte, zum Fundament, und zum Erdboden;
    • 3. der Länge des unstetigen vertikalen Verschiebungsweges bzw. Sinkweges des Gewichtszentrums des Meßkörpers relativ zum ortsfesten Meßkörpergestell, bzw. zur Lagerplatte, zum Fundament, und zum Erdboden.
  • Damit ist schematisch vereinfacht die technische Durchführung und die technische Ablauffolge des erfindungsgemäßen sequentiellen Drei-Wege-Aufzeichnungs- und Registrierungsverfahren für Versetzungsmeßinstrumente für mikrofrequente Baukörper- oder Bodenversetzungen in den wesentlichen charakteristischen Verfahrenbestandteilen (1) und (2) und (3) und Schrittfolge beschrieben, und damit offengelegt worden.
  • 3.5 Die Umsetzung einer praktisch kraftrückwirkungsfreien Signalübertragung der Weg-Richtungs-Signale der Relativbewegung des Meßkörpers gegen Gerätegestell und Erdkörper vom Meßkörper zum Signalaufnehmer
  • Es ist bekannt, daß in der Gravimetrie der photoelektrische Signalabgriff mittels Lichtzeigers der einzige ist, der keinerlei Kraftrückwirkung besitzt. [21] Diese Erfahrung ist beim heutigen Stand der Lasertechnik und damit verfügbar gewordener neuer optischer Registrierungstechnik vermittels Lichtzeigersignalen, die direkt vom neutralen Meßkörper ausgehen, und von diesem auf so wert entfernt angeordnete optische Aufnehmermedien übertragen werden, daß davon keine Störkräfte oder Rückwirkungen auf die Bewegung des Meßkörpers ausgehen, für ein hochgenaues Aufzeichnungs- und Registrierungsverfahren das Mittel der Wahl geworden, um eine winkel- und maßstabgetreue sequentielle Aufzeichnung und Registrierung eines mit mehreren Freiheitsgraden von Translationen in Horizontebene und Vertikalebene und Drehschwingungen um zwei Achsen in Vertikalebene und Horizontebene des mit sehr langsamen Versetzungsgeschwindigkeiten seiner Massezentren bewegten Meßkörpers von charakteristischerweise regelmäßig wenige Nanometer je Sekunde aufzuzeichnen und zu registrieren.
  • Nachfolgend ist eine erfindungsgemäße technische Lösung eines Signalabgriffs für eine Registrierung unter Verzicht auf die in der Seismometerherstellung übliche starke elektromagnetische Kraftrückkopplung sowie die in der Gravimeterkonstruktion übliche elektrostatische Rückführungskraft eines Gravimeterbalkens in die Nullposition vermittels praktisch ausschließlich durch neutrale Kräfte erhaltener Bewegungskomponenten eines Meßkörpers näher beschrieben.
  • Die wesentlichen Bestandteile und charakteristischen Merkmale sind, bzw. bestehen, in folgendem:
    • (1) einem Lichtzeiger – vorzugsweise mit Laserlicht realisiert – von zweifacher Funktionsweise, so daß dieser
    • (a) die Funktion des Richtungszeigers der Richtung des Hebel- und Dreharmes des Meßkörpers besitzt, und
    • (b) die Funktion des Wegaufnehmers des Weges des Trägheitszentrums und des Weges des Gewichtszentrums des Meßkörpers.
  • Die technische Ausführung des Lichtzeigers am Anfang des Übertragungsweges der Lichtsignale besteht vorzugsweise in einer mit dem Meßkörper starr verbundenen mitbewegten Laserdiode, regelmäßig in Kombination mit einem mitbewegten, aber in der Richtung verstellbaren bzw. einstellbaren optischen Strahlführungssystem (Spiegel) ausgeführt.
  • Beide optische Systeme sind mittels Montageböden starr befestigt, und damit als am Meßgeräteträger auswechselbare Systeme ausgeführt; die damit erreichbare Grenze der Auflösbarkeit der Wegsignale liegt bei etwa einer halben Laserwellenlänge, d. h. diese ist zwischen etwa 200 bis 400 Nanometer zu sehen.
  • Die erfindungsgemäße Lösung am Ende des Übertragungsweges der Lichtsignale ist technisch vorzugsweise ausgebildet (2) als optisch passives oder aktives Aufnahmemedium vorzugsweise mit Skalen- oder Rasterstruktur: (a) ohne Vorschubbewegung des Aufnahmemediums, was ein charakteristisches Unterscheidungsmerkmal ist gegen bekannte fotografische Registrierungsverfahren mit Horizontalpendel oder gegen ältere seismische Aufzeichnungsverfahren mittels gleichmäßiger Vorschubbewegung z. B. einer berußten Glasplatte oder einer rotierenden Aufzeichnungstrommel; (b) mit gleichmäßig ebener oder gekrümmter Oberfläche lotrecht um die Torsionsachse herumgeführt, (c) innen am ortsfesten Gerätegestell starr anmontiert; (d) außerhalb davon, z. B. auf dem Bauwerksfundament an einem lotrechten Auffänger befestigt, was in geeigneten Räumen hohe Vergrößerung durch große Zeigerlänge bringen und dabei eine Vorzugslösung sein kann.
  • Das optisch gerasterte ebene Aufnahmemedium nach (2b) kann z. B. als System rechtwinkliger dünner Hell-Dunkel-Linien, z. B von etwa 0,1 mm bis 0,2 mm Linienstärke ausgeführt sein, etwa als Millimeterraster auf Papier als körperlicher Träger eines optischen passiven Aufnahmemediums. Diese Lösung ist in Kombination mit (2d) für die Originalregistrierungen technisch verwendet worden, deren schematisch vereinfachte Darstellung in den 2, 4, und 5 des Ausführungsbeispieles gezeigt ist.
  • Die erfindungsgemäße Lösung zur (3) technischen Aufzeichnung des Lasersignals auf eine optische Rasterfläche ist (a) mittels mechanischer Aufzeichnungsverfahren realisiert, z. B. mittels Schreibstiftmarken an den Wendestellen der Laserlichtwege, die nach halber Eigenschwingungsdauer als unverwechselbare charakteristische periodische Stellen des Langsam werdens kurz vor dem Stillstehen und anschließenenden Zurücklaufen auftauchen; oder (b) mittels fotografischer Aufzeichnungsverfahren umgesetzt, z. B. mit Fotopapier als Aufnahmemedium, wobei das „optische Raster” die molekulare Körnung der lichtempfindlichen Fotopapierschicht ist; oder (c) mittels fotoelektrischer bzw. fotoelektronischer Aufzeichnungsverfahren ausgeführt, z. B. mittels Fotodioden oder Fototransistoren in der Aufnehmerfläche, oder mittels ladungsgekoppelter Fotoelemente (CCD-Array) in der Aufnehmerfläche.
  • 4. AUSFÜHRUNGSBEISPIEL EINES AUFZEICHNUNGS- UND REGISTRIERUNGSVERFAHREN FÜR EIN VERSETZUNGSMESSGERÄT MIT VIER FREIHEITSGRADEN FÜR MIKROFREQUENTE BODEN- UND BAUKÖRPERVERSETZUNGEN
  • 4.1 Liste der für die Beschreibung des Ausführungsbeispieles verwendeten Bezugszeichen und Kurzzeichen
  • Die Übersicht der verwendeten Bezugszeichen und Kurzzeichen ist auf einem gesondertem Blatt aufgeführt.
  • 4.2 Kurze Beschreibung der physikalischen Grundlage und des physikalischen Prinzips der Amplituden-Vorverstärkung im Vergleich mit den Daten der technischen Durchführung des Ausführungsbeispiels
  • Die Größenordnung der mittleren konstanten Länge l einer Eigenamplitude ergibt sich nach dem Energieerhaltungssatz durch den Ansatz:
    Figure 00110001
  • Da die Verdrillungsarbeit der Tordierung bzw. Verdrehung beim Elastischen Kraftlager von physikalisch und praktisch sehr kleiner Größenordnung bleibt gegen die Arbeit zur Erhaltung der Eigenschwingung der trägen Masse mit bestimmter mittlerer konstanter Amplitudengeschwindigkeit υo, so ergibt sich unter mathematischer Vernachlässigung dieser Verformungsarbeit, und unter der in der Technischen Mechanik allgemein üblichen Annahme einer praktischen Ununterscheidbarkeit von träger Masse in bezug auf das Wirkungszentrum eines in horizontaler Drehebene schwingenden Trägheitszentrums und von gewägte Masse in bezug auf das Wirkungszentrum eines in vertikaler Drehebene sinkenden Gewichtszentrums der Ansatz: 1 / 2·mo·υ 2 / o ≈ mo·go·Y·( 1 / 2τo/t) wobei Y die gesamte Länge des Vertikalweges des Gewichtszentrums auf der Kippseite des Meßkörpers infolge der Übergewichtskraft auf der übergewichtigen Seite des asymmetrischen Meßkörpers während der Zeitdauer t der Durchführung des Registrierungsverfahrens t bedeutet.
  • Aus 2 entnimmt man: t = 269880 Sekunden, d. h., die gesamte Zeit beträgt etwas über 3 Tage.
  • Aus 5 entnimmt man: Y = 8167 Mikrometer beträgt der gesamte Sinkweg des Gewichtszentrums auf der Kippseite während dieser etwa 3 Tage Registrierungsdauer.
  • Aus 4 entnimmt man: τo = 31,185 Sekunden beträgt die mittlere konstante Eigenschwingungsdauer bei mittlerer konstanter Schwankung darum von: Δτo = ±0,415 Sekunden.
  • Die Umformung des vorstehenden Ansatzes ergibt aufgrund der vorgenannten üblichen Annahme von allgemeinen „Identität” von träge Masse eines schwingenden Körpers gleich schwere Masse eines fallenden oder sinkenden Körpers gleich der gewägten Masse eines ruhenden Körpers eine erhebliche Vereinfachung.
  • Damit verschwindet die gewägte Masse als auf beiden Seiten gleiche Größe aus der Rechnung.
  • Als Zwischenergebnis ergibt sich eine bereits sehr einfache Näherungsbeziehung von der Form: 4·λ 2 / o/τ 2 / o ≈ go·Y·(τo/t) wobei λo die über die gesamte Registrierungsdauer t gemittelte mittlere konstante Länge einer Eigenamplitude und go die normative Gewichtsbeschleunigung oder Standard-Fallbeschleunigung bedeutet, die ein Normativ des gravimetrischen nationalen Schwerenetzes (Deutsches Schweregrundnetzt 1994) und darauf aufbauenden gravimetrischer Eichnetze für Waagen für Ort von Meßstationen (im Ausführungsbeispiel: Rostock, φ = 54,08°) und von Waage (im Ausführungsbeispiel: Einarmige Torsionswaage) ist, das in üblicher Weise anzuwenden und einzusetzen ist: go = 9,814 [m/s2].
  • Aufgelöst nach der mittleren konstanten Länge der Eigenamplitude ergibt sich eine Bestimmung für den Erwartungswert der mittleren konstanten Länge einer Eigenamplitude, bestimmt ausschließlich durch bekannte Größen – bekannte regionale Schwerewerte durch allgemein bekannte technische Registrierungsverfahren, bekannte Größen des hier beschriebenen Ausführungsbeispiele durch das erfindungsgemäße technische Registrierungsverfahren – durch eine Näherungsgleichung von der Form:
    Figure 00120001
  • Durch Einsetzung der bekannten Größen folgt ein Erwartungswert für eine über eine gesamte Registrierungsdauer von 3 Tagen gemittelten Länge einer mittleren Eigenamplitude von 763 Mikrometer: λo ≈ 763 [μm]
  • Der tatsächlich registrierte arithmetische Mittelwert der mittleren Länge über alle 49 Eigenamplituden an allen 49 Registrierungszeitmarken an mehr als 3 Tagen beträgt 825 Mikrometer: λo(reg) ≈ 825 [μm]
  • Die mittlere Schwankung um diesen Mittelwert, beziffert durch die Standardabweichung einer statistischen Normalverteilung nach GAUß'scher Methode, beträgt ± 451 Mikrometer: Δλo(reg) ≈ ±451 [μm], wobei dieser auf der Grundlage der Daten der ersten und zweiten Hauptsequenz zum Ausführungsbeispiel des sequentiellen Dreiwege-Registrierungsverfahrens bestimmt ist, die in 7 in Tabellenform zusammengefaßt sind. –
  • Es zeigt sich damit in den statistischen Grenzen volle Übereinstimmung zwischen Erwartung und Registrierung: Der Erwartungswert beträgt 763 [μm], die Abweichung vom erhaltenen Mittelwert von 865 [μm] aller 49 tatsächlich registrierten Einzelregistrierungen beträgt –62 [μm] oder –14%, das liegt weit innerhalb der Standardabweichung von ±451 Mikrometer einer statistischen normalen Zufallsverteilung. – Damit ist die Übereinstimmung von Theorie und Messung offenkundig.
  • 4.3 Beschreibung der technischen Durchführung der maßstabsgetreuen Abbildung und Übertragung der Längen der Wege der Relativbewegung des Meßkörpers gegen den Erdboden an einem Ausführungsbeispiel
  • Das Ausführungsbeispiel ist mit optisch passiver Empfängerfläche in Kombination mit manueller mechanischer Sichtaufzeichnung mittels Schreibstiftmarkierung auf Millimeter-Raster auf Papierbogen technisch realisiert ausgeführt worden mittels eines technischen Verfahrens gemäß Patentanspruch 4, Merkmal (1) und (2).
  • Die technischen Daten der Vergrößerungsfaktoren f der auf dem Meßblatt aufgezeichneten Registrierwege
    • x' – Länge des Registrierweges des horizontalen Versetzungsweges auf dem Meßblatt
    • Figure 00130001
      – Länge des Registrierweges des vertikalen Verschiebungsweges auf dem Meßblatt
    • λ' – Länge des Registrierweges der Eigenamplitude des Trägheitszentrums auf dem Meßblatt gegen die Länge des Weges der Relativbewegung der Massezentren – Trägheitszentrum und Gewichtszentrum – des Meßkörpers gegen Meßgerätegestell, Baukörperfundament, und Erdboden
    • x – Länge des horizontalen Versetzungsweges des Trägheitszentrums des Meßkörpers im Elastischen Kraftlager
    • Figure 00130002
      – Länge des vertikalen Verschiebungsweges des (Uber-)Gewichtszentrums des Meßkörpers im Elastischen Kraftlager
    • λ – Länge des Weges der Eigenamplitude des Trägheitszentrums des Meßkörpers im Elastischen Kraftlager für die maßstabsgetreue Übertragung zwischen Meßkörper und Meßblatt sind die folgenden:
    1. Vergrößerungsfaktor der seitlichen Eigenamplitude des Trägheitszentrums: f(ro) = l:ro ≈ 77,8
    2. Vergrößerungsfaktor der vertikalen Höhenverschiebung des Gewichtszentrums: f(Ro) = l:Ro ≈ 81,7
    3. Vergrößerungsfaktor des horizontalen Versetzungsweges des Trägheitszentrums: f(ro) = l:ro ≈ 77,8
  • 4.4 Beschreibung technischer wesentlicher charakteristischer Ausführungsdaten des Meßgerätesystems
  • Die diesen Übertragungsfaktoren zugrundeliegenden technischen Daten des im Ausführungsbeispiel verwendeten frei schwingenden Meßgerätesystems („Meßkörper”) für die technische Durchführung der in den fünf
  • 1, 2, 4, 6, 7 dargestellten Längen der vorgenannten Wege der Relativbewegung der Massezentren des Meßkörpers gegen Meßgerätegestell, Baukörperfundament, und Erdboden mittels eines gemäß Patentanspruch 6 durchgeführten technischen Aufzeichnungs- und Registrierungsverfahren sind die folgenden:
    – Anfangsrichtung am Beginn der Registrierung, eingestellt gemäß Patentanspruch 1 (Punkt 3.2 der Beschreibung): Süd-Ost (~45° gegen Ost)
    – Ort der Längen-Richtungs-Registrierung: Breite: 54,083° N Länge: 12,123° O
    – Zeitzone der Registrierung der Zeitmarken (Quarzuhr-Genauigkeit): Mitteleuropäische Zeitzone (MEZ)
    - Abstand Trägheitszentrum – Vertikalachse des Torsionskraftlagers: ro = 109,28 mm
    – Abstand Übergewichtszentrum – Horizontalachse des Torsionskraftlagers: Ro = 104,06 mm
    - Versetzungsabstand Trägheitszentrum vor Übergewichtszentrum: Δo = 5,22 mm
    – Länge des Laserzeigers (Mittelwert): l = 8500 mm
    – Eigenschwingungsdauer des Meßkörpers: τo = 31,195 s ± 0,415 s
    – Eigenfrequenz des Meßkörpers: νo = 32,05 mHz ± 0,98 mHz
    – gewägte Masse des Meßkörpers, ausgehängter Zustand: mo = 0,04478 kg
    – Übergewichtsmasse auf der Kippseite des Gewichtszentrums: moo = 0,03970 kg
  • 4.5 Beschreibung charakteristischer Merkmale der in den Figuren dargestellten technischen Durchführung des Ausführungsbeispieles
  • Die 1 zeigt eine dreitägige Registrierungskurve der Versetzungswege von 34,5 Mikrohertz: Die Anzahl der Richtungswechsel beträgt N = 9, die gesamte Registrierungsdauer beträgt 260 880 Sekunden; die mittlere Zeitdauer einer Versetzungsperiode ergibt sich daraus zu etwa 8 Stunden und 3 Minuten. Der größte registrierte horizontale Versetzungsweg von 7,5 Millimeter der relativen Bewegung der Gleichgewichtslage des Meßsystems gegen den Erdboden in der Richtung von Osten nach Westen ist registriert worden zwischen 14 Uhr 56 Minuten nachmittags an einem 10. Februar und 6 Uhr 41 Minuten morgens am Folgetag während einer Dauer von 56700 Sekunden, d. h. die gesamte Versetzungsperiode ist 15 Stunden und 45 Minuten.
  • Der unmittelbar vorhergehende Versetzungsweg der Gleichgewichtslage der Eigenamplituden des Meßsystems beginnt um 6 Uhr 46 am 10. Februar (eine knappe Stunde vor Sonnenaufgang) und behält die Richtung bei bis etwa drei Stunden nach Zenitdurchgang der Sonne durch den Orts-Meridian nachmittags um 14 Uhr 56 Minuten; die gesamte Versetzungsperiode beträgt 21420 Sekunden oder 5 Stunden und 57 Minuten; die Länge des Versetzungsweges ist dabei mit 7,0 Millimeter nur einen knappen halben Millimeter kleiner als während der nachfolgenden fast doppelt so langen Versetzungsperiode.
  • Das bedeutet: Die mittlere Versetzungsgeschwindigkeit während der kürzeren Versetzungsdauer von etwa 330 Nanometer je Sekunde von Osten nach Westen ist über doppelt so groß, als in der nachfolgenden Versetzungsperiode in der Gegenrichtung von Westen nach Osten von nur etwa 130 Nanometer je Sekunde.
  • Bestimmt man daraus im nächsten Schritt nun die Größenordnung der mittleren Versetzungsbeschleunigung zwischen 6 Uhr 46 morgens bis 14 Uhr 56 Minuten nachmittags, so ergibt sich Größenordnung von etwa 8 bis 16 Picometer je Sekundenquadrat: 16...8·10–12 [m/s2], und zwischen 14 Uhr 56 Minuten nachmittags bis zum Sonnenaufgang am Morgen eine Größenordnung zwischen etwa 1 bis 5 Picometer je Sekundenquadrat: 5...1·10–12 [m/s2]. –
  • Damit ist physikalisch zu verifizieren, was bei der näheren Charakteristik des technischen Problems und der technischen Aufgabe als wesentliches technisches Problem der Registrierung von Versetzungswegen bis in den tiefen Mikrohertzbereich hervorgehoben wurde. Denn eine mittlere Versetzungskraft von Osten nach Westen von etwa F = mo·α ≈ 0,5 kg·16·10–12 m/s2 ≈ 8·10–12 N – das sind etwa 8 Piconewton-, und anschließend von Westen nach Osten von noch kleinerer Größe von höchstens etwa 3 Piconewton vermag unmöglich eine steife metallische Blattfeder z. B. eines STS-Breitbandseismometer um einen meßbaren Betrag zu verbiegen; diese Kräfte sind um Größenordnungen zu klein für eine Auslenkung einer seismischen Masse aus ihrer Ruhelage.
  • Die 2 zeigt eine schematisch vereinfachte einheitliche Aufzeichnung und Registrierung aller drei Hauptsequenzen des Registrierungsverfahrens:
    • – Die Längen λ der Amplitudenwege und die Öffnungswinkel α der Amplitudenweiten der seitlichen Eigenschwingungen des Trägheitszentrums in Einheiten der Länge in Mikrometer und in Einheiten des Winkels in Mikroradiant;
    • – die Länge des vertikalen Sinkweges des Übergewichtszentrums in Einheiten der Länge in Mikrometer;
    • – die Länge des horizontalen Versetzungsweges der Gleichgewichtslage der Eigenschwingungen des Trägheitszentrums in Einheiten der Länge in Mikrometer und Millimeter.
  • Die 4 zeigt eine schematisch vereinfachte Darstellung einer Hauptsequenz der Aufzeichnung und Registrierung der Länge λ der seitlichen Amplituden einer amplitudenverstärkten millifrequenten Eigenschwingung des Trägheitszentrums des Meßkörpers des Versetzungsmeßgerätes relativ zu Meßgerätegestell, Baukörperfundament und Erdboden in Einheiten der Länge in Mikrometer, technisch ausgeführt gemäß Patentanspruch 6.2 (1).
  • Die 6 zeigt eine schematisch vereinfachte Darstellung von zwei Hauptsequenzen der Aufzeichnung und Registrierung der Länge λ der seitlichen Amplituden der Eigenschwingung des Trägheitszentrums des Meßkörpers und der Länge λ des vertikalen Sinkweges des Übergewichtszentrums des Meßkörpers relativ zu Meßgerätegestell, Baukörperfundament und Erdboden direkt in Längeneinheiten – in Mikrometer und Millimeter –, technisch ausgeführt gemäß Patentanspruch 6.2 (1) und Patentanspruch 6.2 (3).
  • Liste der Bezugszeichen sowie der Kurzzeichen
    • l – Länge des Laserzeigers zwischen Auftreffstelle auf dem Aufnehmer und Drehachse des Meßkörpers
    • ro – Abstand zwischen dem Trägheitszentrum und der vertikalen Drehachse des Meßkörpers
    • x – Länge des horizontalen Versetzungsweges des Trägheitszentrums des Meßkörpers
    • x' – Länge des Registrierweges des horizontalen Versetzungsweges auf dem Aufnehmer
    • Ro – Abstand zwischen dem Gewichtszentrum und der horizontalen Hebelachse des Meßkörpers
    • Figure 00160001
      – Länge des vertikalen Verschiebungsweges des (Uber-)Gewichtszentrums des Meßkörpers
    • Figure 00160002
      – Länge des Registrierweges des vertikalen Verschiebungsweges auf dem Aufnehmer
    • λ – Länge des Weges der Eigenamplitude des Trägheitszentrums des Meßkörpers
    • τ/2 – Übergangsdauer des Trägheitszentrums zwischen zwei Wendestellen des Weges der Eigenamplitude
    • τ – Eigenschwingungsdauer der Eigenschwingung des Trägheitszentrums des Meßkörpers
    • ν – Eigenfrequenz der Eigenschwingung des Trägheitszentrums des Meßkörpers
    • mo – gewägte Masse des aus dem Torsionslager ausgehängten Meßkörpers
    • moo – gewägte Masse auf der Schwerpunktseite (Hebelseite der Übergewichtskraft auf der übergewichtigen Seite des asymmetrischen Meßkörpers wirksam ist
    • υo mittlere konstante Übergangsgeschwindigkeit des Trägheitszentrums des Meßkörpers zwischen den räumlichen Endstellen bzw. den kurzeitigen „Beharrungsstellen” der Eigenamplitude sowie Wendestellen der Amplitudenrichtung; Kurzbezeichnung: Amplitudengeschwindigkeit; Bestimmungsgleichung: υo = 2·λoo
    • t – Dauer der Durchführung des sequentiellen Aufzeichungs- und Registrierungsverfahrens zwischen der Aufzeichnung der ersten Zeitmarke bei der Aufzeichnung der ersten Eigenamplitude und der letzten Zeitmarke bei der Aufzeichnung der letzten Eigenamplitude
  • Beschreibung zu den Figuren
  • 1 – Schematisch vereinfachte Darstellung eines technischen Ausführungsbeispiels der Aufzeichnung einer Registrierkurve einer mikrofrequenten Relativ- und Versetzungsbewegung von 34,5 Mikrohertz eines Messesensors eines Versetzungsmeßgerätes gegen Meßgerätegestell, Baukörperfundament und Erdboden direkt in Längeneinheiten des horizontalen Versetzungsweges seiner trägen Masse – in Mikrometer – und direkt in Winkeleinheiten der mikrofrequenten Verlagerung seiner Versetzungsrichtungen gegen die Anfangsrichung – in Mikroradiant – sowie direkt in Längeneinheiten des vertikalen Sinkweges seiner schweren Masse – in Mikrometer
  • 2 – Schematisch vereinfachte, zusammengefaßte Darstellung eines Ausführungsbeispieles aller drei Hauptsequenzen eines echtzeitnahen Aufzeichnungs- und Registrierungsverfahrens für ein Versetzungsmeßgerät mit vier Freiheitsgraden für mikrofrequente Boden- und Baukörperversetzungen für
    • λ – Weglänge der millifrequenten Eigenamplituden des Trägheitszentrums der schwingenden Masse
    • x – Weglänge der mikrofrequenten horizontalen Versetzungsamplituden der mittleren Gleichgewichtslage des Trägheitszentrums,
    • Figure 00170001
      - Weglänge des vertikalen langsamen Verschiebungsweges der mittleren Gleichgewichtslage des Gewichtszentrums der schwingenden Masse
  • 3 – Bekannter Stand der Technik – Beispiel eines bekannten elektrischen Aufzeichnungs- und Registrierungsverfahren mit zwei charakteristischen Unterscheidungsmerkmalen zum erfindungsgemäßen Aufzeichnungs- und Registrierungsverfahren:
    • 1. Keine Aufzeichnung des Amplitudenweges oder des Ausschlagwinkels der Eigenamplitude des Messesensors um die Anfangs- und Gleichgewichtslage direkt in Längen- oder Winkeleinheit;
    • 2. Keine direkte Aufzeichnung der Amplitudenweges, sondern indirekte Bestimmung (vermittels Übertragungsfunktion und Kalbrierungskonstanten) vermitels der Verschiebungsgeschwindigkeit des Messesensors aus bzw. um die Anfangs- und Gleichgewichtslage.
  • 4 – Schematisch vereinfachte Darstellung eines technischen Ausführungsbeispiels der Aufzeichnung einer Registrierkurve der Längen λ der seitlichen Amplituden der erfindungsgemäß amplitudenverstärkten millifrequenten Eigenschwingungen des Trägheitszentrums des Messesensors des Versetzungsmeßgerätes relativ zum Meßgerätegestell, Baukörperfundament und Erdboden direkt in Längeneinheiten der Amplitudenwege – in Mikrometer – gemäß Patentanspruch 6.2 (1)
  • 5 – Bekannter Stand der Technik – Beispiel eines fotografischen Gezeitenschriebs des Quarzhorizontalpendels des Observatoire Royal de Belquique der Station Sclaigneaux mit Zöllner'scher Elastischer Spannbandlagerung des Spiegelsystems mit einem charakteristischen Unterscheidungsmerkmal zum erfindungsgemäßen Aufzeichnungs- und Registrierungsverfahren:
    Eine 4000...5000-fach kleinere unsicherer reproduzierbare Registrierungsamplitude
  • 6 – Schematisch vereinfachte Darstellung eines technischen Ausführungsbeispiels einer einheitlichen Aufzeichnung einer Registrierkurve der Längen λ der seitlichen Amplituden erfindungsgemäß amplitudenverstärkten millifrequenten Eigenschwingungen des Trägheitszentrums des Meßkörpers des Versetzungsmeßgerätes relativ zum Meßgerätegestell, Baukörperfundament und Erdboden direkt in Längeneinheiten der Amplitudenwege – in Mikrometer – gemäß Patentanspruch 6.2 (1) und der Sinkbewegung des Übergewichtszentrums des Meßkörpers – in Mikrometer – gemäß Patentanspruch 6.2 (3).
  • 7 – Tabellarische Zusammenfassung der Daten des technischen Ausführungsbeispieles des echtzeitnahen Aufzeichnungs- und Registrierungsverfahrens für ein Versetzungsmeßgerät mit vier Freiheitsgraden für mikrofrequente Boden- und Baukörperversetzunge, enthaltend:
    • – 49 Zeitmarken in Ortszeit (MEZ: Winterzeit) – 48 Zeitmarkenabstände in Sekunden – 48 Aufzeichungen der Vertikalweglängen
      Figure 00180001
      des Übergewichtszentrums in Mikrometer – 49 Längen λ der Eigenamplituden des Trägheitszentrums in Mikrometer – 49 Öffnungswinkel bzw Winkelweiten α der Eigenamplituden des Trägheitszentrums in Mikroradiant
  • Fundstellen der Benennung des bekannten Standes der Technik
    • [1] EP 1122511 v. 04.03.2009: Positionsmesssensor mit Datensichtgerät (Displacement sensor having a display data output) structures EP0211627 v. 02.04.1987
    • [2] EP0211627 v. 02.04.1987: Versetzungsmessung zwischen zwei relativ zueinander bewegbaren Objekten (measuring displacement between two relatively movable structures
    • [3] Schlußbericht zum DFG-Forschungsprojekt Analyse der Zeitreihen lokaler Rotationssensoren – KLÜGEL, Thomas, Fundamentalstation Wettzell, 2001
    • [4] Realisierung des Großringlasers G auf der Fundamentalstation Wettzell – T. KLÜGEL, U. SCHREIBER, M. SCHNEIDER, Forschungseinrichtung Satellitengeodäsie, TU München – S. RIEPL, W. SCHLÜTER – Bundesamt für Kartographie und Geodäsie, Fundamentalstation Wettzell – H. WEBER, Fa. Carl Zeiss, Oberkochen, G. E. STEDMAN – University of Canterbury, Christchurch, New Zealand; Kötzting, 2006.
    • [5] Grundlagen der Geotechnik, SCHMIDT, Hans-Hennig, S. 279–523, Stuttgart 1996
    • [6] Leica GeoMOS Monitoringsoftware – http://www.leica-geosystems.com/de/Leica-GeoMoS_4802.htm
    • [7] DIN 4150, Teil 2 – Einwirkung auf Menschen in Gebäuden, Teil 3 – Einwirkung auf bauliche Anlagen
    • [8] Jahrbuch aus Lehre und Forschung der Universität Stuttgart, Kapitel: Seismographen, S. 1, Stuttgart 1996, Quelle: http://www.uni-stuttgart.de/hkom/publikatione/archiv/wechselwirkungen/ww1996/wielandt.htm
    • [9] Leben auf einem Wackelpudding, 2004, Förderverein des Geodätischen Informationszentrum Wettzell e. V. (GIZ), Quelle: http://www.giz.wettzell.de/Presse/pressemitteilung_20040206.html
    • [10] Seismometer – Erdbeben auf der Spur, in: Erfinderaktivitäten 2009, Deutsches Patent- und Markenamt München 2010,
    • [11] SEIDL, Dieter und AICHELE, Helmut: Zur Geschichte des Seimologischen Zentralobservatoriums Gräfenberg (SZGRF), Abbildung 4 und 5; Quelle: http://www.dgg-online.d/geschichte/birett/Band2G...
    • [12] STS-2 sucessor: The STS-2.5 – World-standard...; Herausgeber: Streckeisen GmbH, Daettlikonerstr. 5, CH-8422 Pfungen, Switzerland, 2010
    • [13] Handbuch Lennartz-LE-xD-Seismometer (DIN 45669 Klasse 1), überarbeitete Version 2006, Document Nummer: 990-0043D; Lennartz-electronic GmbH, D-72072 Tübingen
    • [14] DD 273 514 , Geophon; UNTERREITMEIER, Erhard und RINDT, Lutz
    • [15] DD 275 747 , Geneigtes Vertikalseismometer vom Blattfedertyp; UNTERREITMEIER, Erhard und PFOTENHAUER, Peter
    • [16] Installation guidelines, UC Berkeley Seismology Laboratory – University of California; Quelle: ftp://quake.geo.berkeley.edu/outgoing/installation/bi_guide.ps.gz
    • [17] Jugend forscht – Bericht über die Schulseismographen-Station am St.-Michael-Gymnasium Monschau in der Eifel; http://seismic.mgm-monschau.de/english/downloads/mgm_seismic_-_artikel_ueber_die_station.pdf
    • [18] Bauhaus-Universität Weimar, Magnitudenorientierter Erdbebenkatalog für deutsche und angrenzende Gebiete – EKDAG-erweiterter Ahorner Katalog, Version 1.0, Seite B-40, Weimar 2010 – J. SCHWARZ, S. BEINERSDORF, H. MEIDOW, und L. AHORNER
    • [19] Königliches Observatorium von Belgien, Seismologieabteilung – Quelle: http://www.seismologie.be/index.php?LANG=DE&CNT=BE&LECEL=211&id=4062
    • [20] GRAF, Anton: Handbuch der Vermessungskunde, Band Va, Gravimetrische Instrumente und Messmethoden, Stuttgart 1967, S. 234
    • [21] GRAF, Anton: Handbuch der Vermessungskunde, Band Va, Gravimetrische Instrumente und Messmethoden, Stuttgart 1967, S. 133
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1122511 [0002, 0099]
    • EP 0211627 [0003, 0099, 0099]
    • EP 1240534 [0035, 0037, 0038]
    • DD 273514 [0099]
    • DD 275747 [0099]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • DIN 4150 [0008]
    • Schlußbericht zum DFG-Forschungsprojekt Analyse der Zeitreihen lokaler Rotationssensoren – KLÜGEL, Thomas, Fundamentalstation Wettzell, 200 [0099]
    • Realisierung des Großringlasers G auf der Fundamentalstation Wettzell – T. KLÜGEL, U. SCHREIBER, M. SCHNEIDER, Forschungseinrichtung Satellitengeodäsie, TU München – S. RIEPL, W. SCHLÜTER – Bundesamt für Kartographie und Geodäsie, Fundamentalstation Wettzell – H. WEBER, Fa. Carl Zeiss, Oberkochen, G. E. STEDMAN – University of Canterbury, Christchurch, New Zealand; Kötzting, 2006. [0099]
    • Grundlagen der Geotechnik, SCHMIDT, Hans-Hennig, S. 279–523, Stuttgart 1996 [0099]
    • Leica GeoMOS Monitoringsoftware – http://www.leica-geosystems.com/de/Leica-GeoMoS_4802.htm [0099]
    • DIN 4150, Teil 2 – Einwirkung auf Menschen in Gebäuden, Teil 3 – Einwirkung auf bauliche Anlagen [0099]
    • Jahrbuch aus Lehre und Forschung der Universität Stuttgart, Kapitel: Seismographen, S. 1, Stuttgart 1996, Quelle: http://www.uni-stuttgart.de/hkom/publikatione/archiv/wechselwirkungen/ww1996/wielandt.htm [0099]
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    • Seismometer – Erdbeben auf der Spur, in: Erfinderaktivitäten 2009, Deutsches Patent- und Markenamt München 2010, [0099]
    • SEIDL, Dieter und AICHELE, Helmut: Zur Geschichte des Seimologischen Zentralobservatoriums Gräfenberg (SZGRF), Abbildung 4 und 5; Quelle: http://www.dgg-online.d/geschichte/birett/Band2G... [0099]
    • STS-2 sucessor: The STS-2.5 – World-standard...; Herausgeber: Streckeisen GmbH, Daettlikonerstr. 5, CH-8422 Pfungen, Switzerland, 2010 [0099]
    • Handbuch Lennartz-LE-xD-Seismometer (DIN 45669 Klasse 1), überarbeitete Version 2006, Document Nummer: 990-0043D; Lennartz-electronic GmbH, D-72072 Tübingen [0099]
    • Installation guidelines, UC Berkeley Seismology Laboratory – University of California; Quelle: ftp://quake.geo.berkeley.edu/outgoing/installation/bi_guide.ps.gz [0099]
    • Jugend forscht – Bericht über die Schulseismographen-Station am St.-Michael-Gymnasium Monschau in der Eifel; http://seismic.mgm-monschau.de/english/downloads/mgm_seismic_-_artikel_ueber_die_station.pdf [0099]
    • Bauhaus-Universität Weimar, Magnitudenorientierter Erdbebenkatalog für deutsche und angrenzende Gebiete – EKDAG-erweiterter Ahorner Katalog, Version 1.0, Seite B-40, Weimar 2010 – J. SCHWARZ, S. BEINERSDORF, H. MEIDOW, und L. AHORNER [0099]
    • Königliches Observatorium von Belgien, Seismologieabteilung – Quelle: http://www.seismologie.be/index.php?LANG=DE&CNT=BE&LECEL=211&id=4062 [0099]
    • GRAF, Anton: Handbuch der Vermessungskunde, Band Va, Gravimetrische Instrumente und Messmethoden, Stuttgart 1967, S. 234 [0099]
    • GRAF, Anton: Handbuch der Vermessungskunde, Band Va, Gravimetrische Instrumente und Messmethoden, Stuttgart 1967, S. 133 [0099]

Claims (7)

  1. Aufzeichnungs- und Registrierungsverfahren für ein Versetzungsmeßgerät mit vier Freiheitsgraden für mikrofrequente Boden- und Baukörperversetzungen mit einer technischen Vorrichtung zur Amplitudenverstärkung der Eigenamplituden eines Meßkörpers mit einer schwingenden neutralen Masse, dadurch gekennzeichnet, 1.1 daß die Amplitudenverstärkung der Eigenamplituden des Meßkörpers der schwingenden neutralen Masse vermittels eines technisch künstlich erhaltenen langsamen vertikalen Verschiebungsweges des Übergewichtszentrums der Masse vermittels einer dadurch physikalisch künstlich erhaltenen stabilen Vergrößerung der Eigenenergie des schwingenden Meßsystems aus der dadurch zugeführten potentiellen Energie der langsam sinkenden Masse des Meßsystems erfolgt; 1.2 wobei das technische Mittel der verfahrenstechnischen Realisierung der Amplitudenverstärkung und stabilen Vergrößerung des Amplitudenweges der Eigenamplituden der schwingenden neutralen Masse nach Merkmal 1.1 eine langsame Sinkgeschwindigkeit υ und ein langsamer Sinkweg
    Figure 00200001
    des Übergewichtszentrums eines in einem Elastischen Torsionslager gelagerten übergewichtigen asymmetrischen Meßkörpers ist, vorzugsweise vermittels eines Elastischen Kraftlager nach EP1240534 mittels einer Einarmigen Torsionswaage mit bis zu fünf Freiheitsgraden der Bewegung des Meßkörpers technisch ausgebildet, durch die Dehngeschwindigkeit der Torsionskörper des Elastischen Kraftlagers ist eine Sinkgeschwindigkeit des Übergewichtszentrums des asymmetrischen Meßkörpers in der Nanodimension z. B. zwischen etwa 5 bis 40 [nm/s] technisch zu realisieren; damit ist eine Vergrößerung der Eigenamplituden des Meßkörpers für eine sicher wiederholbare hochgenaue Versetzungsmessung der Eigenamplituden des Meßkörpers um im Mittel drei bis vier Größenordnungen größer technisch zu erreichen, als bei bekannten Aufzeichnungs- und Registrierungsverfahren vermittels bekannter Lagerungen eines Gravimeter-, Seismometer-, oder Pendelkörpers z. B. mit Spitzen-, Blattfeder-, Schneiden-, oder Spannbandlager technisch zu erreichen und physikalisch zu erzielen ist, 1.3 wobei die technische Umbildung einer Einarmigen Torsionswaage zu einem hochgenauen Versetzungsmeßgerät für mikrofrequente Boden- und Baukörperversetzungen mit vier Freiheitsgraden der freien Bewegung des Meßkörpers in der Weise erfolgt, daß der Bewegung des Meßkörpers ein Freiheitsgrad genommen wird, z. B. vermittels einseitiger Hebung der Basisplatte des Torsionskraftlagers auf ortsfester Fundamentplatte und damit einseitiger Kippung der Torsionskraftlagerdrehachse in die Anfangsrichtung am Beginn der Versetzungsmessung, z. B. durch einseitige Hebung der Lagerbasisplatte manuell oder ferngesteuert mittels Hubmechanik, ausgebildet z. B. als 3 bis 5 Feingewindeschrauben oder als interferometrisch geeichte hydraulische Membrandose, womit die Lagerbasisplatte auf einer Seite z. B. um 100 Mikrometer über das Nivellierniveau einer harten Keramik- oder Glasplatte im/am Baukörperfundament anzuheben und damit eine Anfangs-Neigung von etwa 100 Bogensekunden zu erreichen ist; damit ist eine bestimmte Anfangsrichtung und Nullposition des Beginns der Versetzungsmessung eingestellt worden, und die technische Umbildung der Einarmigen Torsionswaage zu einem hochgenauen Versetzungsmeßgerät für mikrofrequente Boden- und Baukörperversetzungen durchgeführt worden: Denn die „Versetzung Null” der Drehachsenrichtung der Einarmigen Torsionswaage gegen die Lotrichtung und freie Schwingungsebene in der ganzen Horizontebene um bis 360° ist damit aufgehoben, und durch eine damit hochgenau festgelegte mittlere konstante Anfangsrichtung der Symmetriestellen der nach Merkmal 1.1 stabil vergrößerten Eigenamplituden der Eigenschwingungen der schwingenden neutralen Masse ersetzt worden, welche die Bezugsrichtung der Vermessung der Relativbewegung der Gleichgewichtslage des Trägheitszentrums und Übergewichtszentrums gegen die Lager-Basisplatte und Baukörper-Fundamentplatte sowie gegen den Bauwerks-Untergrund und den das Bauwerk tragenden Erdboden direkt in Einheiten der Länge und des Winkels der Amplitudenwege sowie der Amplitudenwegrichtung und der Länge und des Winkels der Versetzungswege sowie der Versetzungswegrichtung der Relativbewegung der Amplituden sowie der langsamen Relativbewegung der Symmetriestellen der Amplitudenwege und der langsamen Versetzung der Gleichgewichtslage des Trägheitszentrums und des Übergewichtszentrums des Meßkörpers gegen die auf diese Weise hergestellte und eingerichtete Anfangs- und Bezugsrichtung der Vermessung der Relativbewegung der Gleichgewichtslage des Trägheitszentrums des Meßkörpers mit zwei Freiheitsgraden in der Horizontebene und der Vermessung der Relativbewegung des Übergewichtszentrums des Meßkörpers mit zwei Freiheitsgraden in der Vertikalebene gegen die Lager-Basisplatte, die Baukörper-Fundamentplatte, den Bauwerks-Untergrund, und den Erdboden ist.
  2. Aufzeichnungs- und Registrierungsverfahren für ein Versetzungsmeßgerät mit vier Freiheitsgraden für mikrofrequente Boden- und Baukörperversetzungen nach Anspruch 1 mit einer technischen Vorrichtung für optische oder optoelektronische Aufzeichnung und Registrierung der Signale der Relativbewegung der neutralen Masse des Meßkörpers und des Erdboden gegeneinander, dadurch gekennzeichnet, 2.1 daß das technische Mittel der Aufzeichnung und Registrierung der Weg-Signale für die Aufzeichnung der Amplitudenwege und Amplitudenversetzungswege direkt in einer Längeneinheit wie Millimeter oder Mikrometer und der Richtungs-Signale für die Aufzeichnung des Richtungssinnes und der Winkelgröße der Amplitudenöffnungswinkel und Amplitudenversetzungswinkel der Relativbewegung des Meßkörpers und des Erdboden gegeneinander direkt in einer Winkeleinheit wie Bogensekunde oder Mikroradiant vorzugsweise ein optischer Richtungszeiger von der an sich bekannten Art eines scharf fokussierten Laserstrahls ist, der z. B. mittels eines mit dem Meßkörper starr verbundenen Laser-Linsen-Spiegel-System erzeugt ist mittels einer Laserdiode, wobei zur Verminderung von elektromagnetischen Störkraftwirkungen auf die optisch übertragenen Weg-Richtungs-Signale eine ferngesteuerte automatische oder eine manuelle Zu- und Abschaltungsperiode der Stromversorgung zeitsynchronisiert mit der Eigenschwingungsperiode erfolgt, und wobei die Spannungszuführung z. B. parallel zu den Torsionskörpern des Kraftlagers ist, wie aus EP1240543 bekannt; 2.2 daß das optische Aufzeichnungsmedium für die Aufzeichnung der optischen Weg-Richtungs-Zeigersignale ohne Vorschubeinrichtung für einen Vorschubweg des Aufzeichnungsmediums während der Aufzeichnungs- und Registrierungsdauer technisch ausgeführt ist, d. h. daß der optische Zeiger überträgt seine Weg-Richtungs-Signale auf ein relativ ruhendes optisches Aufzeichnungsmedium, z. B. direkt im/am Kraftlagerrahmen anmontiert oder im Stationsraum angeordnet ist; erfindungsgemäß ist damit eine sicherere Signal-Übertragung als z. B. mittels vorschubgesteuerter fotografischer Gezeiten- oder Seismogrammaufzeichnung zu erhalten, weil in die Aufzeichnung keine Bewegungsgrößen der Vorschubbewegung eingehen; 2.3 daß das optische Aufzeichnungsmedium mit einer Vorschubeinrichtung technisch kombiniert ist für eine besonders hohe zeitliche Auflösung, z. B. für eine Echtregistrierung statt echtzeitnahe Registrierung, wenn die mittels der Sinkgeschwindigkeit υ des Übergewichtszentrums im Abstand Ro von der vertikalen Drehachse des Meßkörpers mit einer Zeigerlänge l und Zeigervergrößerung f = l:Ro realisierte Aufzeichnungsgeschwindigkeit der vertikalen Relativbewegung auf das Aufzeichnungsmedium nicht ausreichend ist, weil z. B. die Zeigerlänge l technisch-konstruktiv zu kurz ist, etwa bei Innenmontage der optischen Aufzeichnungsfläche im Kraftlagerahmen.
  3. Aufzeichnungs- und Registrierungsverfahren für ein Versetzungsmeßgerät mit vier Freiheitsgraden für mikrofrequente Boden- und Baukörperversetzungen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optoelektronische Empfängerfläche mikroelektronisch vermittels einer Fotodioden- oder Fototransistorstruktur oder mittels ladungsgekoppelter Strukturelemente technisch hergestellt ist, z. B. mittels eines CCD-Sensor von gängiger Sensorgröße wie in Digitalkameras mit mittelformatiger Empfängerfläche von 48 × 36 mm oder kleinbildformatiger Empfängerfläche von 36 × 24 mm; wobei die optoelektronische Empfängerfläche auch als polygonale geschachtelte oder als zylindrisch gekrümmte Aufnehmer- und Empfängerfläche ausgebildet sein kann, die innen im Kraftlagerrahmen eine starr anmontierte Empfängereinheit ohne Vorschub ist, oder die eine darin mittels einer Vorschubvorrichtung vertikal auf- und ab verschiebbare Empfängereinheit ist.
  4. Aufzeichnungs- und Registrierungsverfahren für ein Versetzungsmeßgerät mit vier Freiheitsgraden für mikrofrequente Boden- und Baukörperversetzungen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, (1) daß die Signale der Relativbewegung der neutralen Masse des Meßkörpers und des Erdbodens zueinander auf eine optisch passive Empfängerfläche mit in Längeneinheiten geeichter Längen- oder Rasterskala in Kombination mit manueller oder automatischer mechanischer Sichtaufzeichnung (Schreibstift) zu übertragen sind, z. B. auf Millimeter-Punkt-Linien-Raster auf Papierbogen, oder auf eine Glasplatte, worauf abwechselnd gleichbreite lichtdurchlässige und lichtundurchlässige dunkle Linien, Streifen, oder Quadrate, z. B. in der Art eines Beugungsgitters oder einer gedruckten und aufgeklebten Folie angeordnet sind; wobei (2) die optisch passive Empfängerfläche im Besonderen auch als Standard-Millimeterpapierbögen mit Registrierflächen zwischen 1/4 bis 2 [m2] ausgebildet sind, womit z. B. eine optische Sichtregistrierung mit langer Zeigerlänge l von 8 bis 10 [m] mit einem Abstand Ro ≈ 100 [mm] des Zentrums der Übergewichtskraft mit einem Vergrößerungsfaktor f ≈ 80...100 zu realisieren ist, mit entsprechend größerer Registrierstrecke λ' des Eigenamplitudenweges λ des Trägheits-Masse-Zentrums des Meßkörpers um die mittlere Gleichgewichtslage, sowie entsprechend größerer Registrierstrecke x' des horizontalen Versetzungsweges x der neutralen Masse des Meßkörpers und des Erdboden gegeneinander, und entsprechende größerer Registrierstrecke
    Figure 00220001
    des vertikalen Sinkweges
    Figure 00220002
    des Übergewichtszentrum des Meßkörpers.
  5. Aufzeichnungs- und Registrierungsverfahren für ein Versetzungsmeßgerät mit vier Freiheitsgraden für mikrofrequente Boden- und Baukörperversetzungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine technische Abwandlung des Merkmales 1.2 des Anspruches 1, dadurch (1) daß die Sinkbewegung des Übergewichtszentrums mittels einer Kombination dehnbarer torsionaler Festkörper des Elastischen Kraftlagers nach EP1240534 und einer mechanischen oder hydraulischen Absenkvorrichtung für eine langsame Absenkung des oberen Haltelager des oberen Torsionskörpers; oder (2) ohne Nutzung der Kriechgeschwindigkeit plastisch verformbarer Torsionskörper allein mittels der Absenkgeschwindigkeit des oberen Torsionskörpers durch eine langsame Absenkung des oberen Haltelager mittels eines mechanischen Untersetzungsgetriebes oder einer hydraulischen Absenkvorrichtung; oder (3) ohne Nutzung der Kriechgeschwindigkeit plastisch verformbarer Torsionskörper allein mittels einer langsamen Steiggeschwindigkeit des unteren Torsionskörpers durch eine langsame Hebung des unteren Haltelagers mittels eines mechanischen Untersetzungsgetriebes oder einer hydraulischen Hubvorrichtung technisch umgesetzt ist.
  6. Aufzeichnungs- und Registrierungsverfahren für ein Versetzungsmeßgerät mit vier Freiheitsgraden für mikrofrequente Boden- und Baukörperversetzungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 6.1 gekennzeichnet durch ein echtzeitnahes Aufzeichnungs- und Registrierungsverfahren der Weg-Signale und der Richtungs-Signale der Relativbewegung des Meßkörpers und des Erdbodens durch eine zeitliche Aufeinanderfolge von drei unabhängigen Registrierungen von Weglänge und Winkelweite der seitlichen Eigenamplitude, von Weglänge und Versetzungswinkel des horizontalen Versetzungsweges, und von Länge und Sinkwinkel des Meßkörpers relativ zum Erdboden in drei aufeinander aufbauenden Hauptsequenzen ist, wobei 6.2.1 die primäre Registrierung oder erste Hauptsequenz in der Aufzeichnung bzw. Markierung der Wendebereiche der Laufzeitsignale des Lichtzeigers auf dem Aufzeichnungsmedium besteht, wozwischen die Länge λ' der Signalamplitude des Lichtzeigers direkt proportional zur Länge λ = λ'/f der Eigenamplitude des Trägheitszentrums zwischen räumlich gegenüberliegenden und zeitlich direkt aufeinanderfolgenden Wendestellen auszumessen ist; wobei Mittel der Wahl die Aufzeichnung bzw. Markierung des Wendebereiches der Lichtzone auf der Aufnehmerfläche (1) vermittels der maximalen Verlangsamung der Laufgeschwindigkeit des Lichtsignals längs des Amplitudenweges bei Annäherung an die Wendebereiche ist; oder (2) vermittels des „Beharrens” des Laserlichtflecks dort, was das Verschwinden bzw. momentane Nullwerden der Amplitudengeschwindigkeit anzeigt; oder (3) vermittels des zeitlichen Abstandes des Auftauchens und Verschwindens der Wendebereiche während einer Amplitudendauer gleich einer halben Eigenschwingungsdauer τo/2; oder (4) vermittels des Wechsels des Richtungssinnes der Laufrichtung des Lichtflecks auf dem Aufzeichnungsmedium, die vor Eintreffen an der Wendestelle die Richtung dorthin, und nach Verlassen die Gegenrichtung hat; hierbei ist – die primäre Registrierung oder erste Hauptsequenz wahlweise auch mittels Aufzeichnung des Zeigeramplitudenwinkels α gleich dem Amplitudenwinkel α des Meßkörpers um die vertikale Meßkörperdrehachse zwischen den Richtungen des Laserstrahles durchzuführen, die dieser hat, wenn er in zwei direkt aufeinanderfolgenden Wendebereichen auf dem optischen Aufnehmer eintrifft; oder in der Form einer zweifachen echtzeitnahen Registrierung von Längen λ' und λ und von Amplitudenwinkeln α durchzuführen; 6.2.2 die zweite Hauptsequenz in der Aufzeichnung bzw. Markierung der Versetzungsstellen der Wendebereiche der Laufzeitsignale des Lichtzeigers auf dem Aufzeichnungsmedium besteht, zwischen welchen die horizontale Länge x' des Lichtzeigers proportional zum horizontalen Versetzungsweg x = x'/f(x) des Trägheitszentrums des Meßkörpers sowie Versetzungsweges der Gleichgewichtslage der Eigenschwingungen nach regelmäßig stundenlanger Registrierungsdauer t zwischen aufeinanderfolgenden den Stellen des Richtungswechsels der Versetzungswege auszumessen ist zwischen gerichteten Längen +x oder –x zwischen zählbaren Richtungswechsel-Stellen gegen eine Anfangsstelle N = 1 an der Nullposition in der Anfangsrichtung des Meßkörpers am Beginn der Versetzungsmessung, die vorzugsweise auf die Symmetriestelle der ersten Registrierungsamplitude λ' der ersten Hauptsequenz festgelegt ist (visualisiert in 2) als Bezugsstelle für eine nachfolgende im Prinzip beliebig lange Registrierungsdauer von Längen eines ersten, zweiten, dritten, ... (N-1)-ten Versetzungsweges zwischen N aufeinanderfolgenden Richtungswechselstellen, und wobei 6.2.3 die dritte Hauptsequenz in der Aufzeichnung bzw. Markierung der Abstandsmarken der vertikalen Länge
    Figure 00230001
    des Lichtzeigers proportional zum vertikalen Sinkweg
    Figure 00230002
    des Übergewichtszentrums des Meßkörpers in lotrechter Sinkrichtung besteht, wobei für gleiche Registrierungsdauer t der vertikalen Sinkbewegung wie der horizontalen Versetzungsbewegung keine besondere Aufzeichnung erforderlich ist, weil dann die Abstandsmarken der vertikalen Länge die gleichen Symmetriestellen in den gleichen Registrierungsamplituden wie in vorgenannter zweiter Hauptsequenz sind.
  7. Aufzeichnungs- und Registrierungsverfahren für ein Versetzungsmeßgerät mit vier Freiheitsgraden für mikrofrequente Boden- und Baukörperversetzungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Echtzeitaufzeichnung und Echtregistrierung der Weg-Signale und der Richtungs-Signale der Relativbewegung des Meßkörpers und des Erdboden gegeneinander mittels einer optisch-elektronischen Aufzeichnung und Registrierung mit elektronisch-digitaler Signalweiterverarbeitung für eine elektronisch-digitaler Bildverarbeitung für eine Echtzeit-Monitorbeoachtung, wobei die primäre Aufzeichnung und Registrierung von Wendebereichen der Amplituden vermittels der Aufzeichnung und Registrierung der Intensitätsschwankung der Beleuchtungsstärke der Aufnahmefläche im Auftreffbereich des Lasersignals durch Umwandlung in eine dazu proportionale elektrische Intensitätsschwankung zwischen einem Minima der Lichtintensität in den Momenten größten Lichtlaufgeschwindigkeit über die Aufzeichnungsfläche und zwei Maxima an den zwei gegenliegenden Amplitudenwendestellen in Momenten der kleinsten Laufgeschwindigkeit über die Aufzeichnungsfläche erfolgt, was z. B. vermittels lichtempfindlicher elektronischer Bauelemente mittels eines Arrays lichtempfindlicher Fotodioden durchzuführen ist, welche die Intensitätsschwankung des auffallenden Lichtes in ein proportional zur Lichtintensität sofort abgreifbares elektrisches Spannungspotential umwandeln, oder mittels eines Arrays ladungsgekoppelter Halbleiterelemente (CCD-Arrays), womit ein seriell auslesbares elektrisches Signal zu erhalten ist; mittels dabei allgemein bekannter Verfahren ist damit eine praktisch unverzögerte digitale Signaltransformation für eine Monitor- und Bilddarstellung sowie eine elektronische Echtzeitaufzeichnung der Weg-Signale und der Richtungs-Signale der Relativbewegung des Meßkörpers und des Erdboden zueinander technisch zu realisieren.
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