DE102011018684B4 - Mikroamplitudenmeter - Google Patents

Abstract

Mikroamplitudenmeter, gekennzeichnet durch eine sequentielle Absolutmessung der Länge, des Drehwinkels, und des Sinkwinkels der Mikrobewegung und der Mikroamplituden eines Meßkörpers oder Testkörpers in Meter und in Radiant mit regelmäßig wenigstens drei Meßmarken des Drehpunktes des Testkörpers und des Schwerpunktes und des Schwingpunktes einer Testmasse des Testkörpers mit einem elektromagnetischen Positionssignal mit einer automatischen Absolutpositionierung auf eine Signalaufnehmerskala mit Aufnehmerelementen des Positionssignals mit der Relativgeschwindigkeit Null gegen wenigstens eine chassisfeste Standmarke des Lagersystems des Drehpunktes des Testkörpers.

Description

• TECHNISCHES GEBIET
• Die Erfindung betrifft ein Mikroamplitudenmeter.
• Insbesondere betrifft die Erfindung ein Mikroamplitudenmeter mit gravimetrischer Mikroamplitudenverstärkung mikrofrequenter und millifrequenter mechanischer Mikroamplituden einer Testmasse eines Testkörpers mit Absolutmessung mit automatischer Absolutpositionierung des Positionssignals der Mikroamplituden.
• Genauer gesagt, die Erfindung betrifft ein Mikrometer, womit die Länge, der Drehwinkel, und der Sinkwinkel der Verschiebung eines Meßkörpers oder Testkörpers absolut zu messen ist in Meter und in Radiant.
• Noch genauer abgegrenzt betrifft die Erfindung ein Mikroamplitudenmeter, womit die Länge, der Drehwinkel, und der Sinkwinkel eines Testkörpers mit drei Meßmarken am Drehpunkt, am Schwerpunkt, und am Schwingpunkt mit einer gravimetrischen Energieverstärkung der millifrequenten Mikroamplituden des Schwingpunktes mit dem Energiepotential der gewägten Testmasse des Testkörpers mit dem Sinkwinkel oder der Sinkhöhe des Schwerpunktes der Testmasse und mit vierter Meßmarke am Lagerchassis mit einer Drehpunktlagerung des Testkörpers mit einem Torsionslager mit zwei Torsionskörpern im Mikrofrequenzbereich der Verschiebungsamplituden des Schwerpunktes im Vergleich mit einem bekannten Mittel mit einem vergleichbaren Torsionsmodul und vergleichbaren Masseneinsatz mit einer Verbesserung der Sicherheit und Genauigkeit der Absolutbestimmung der Verschiebungsgrößen der Testmasse um ein Mehrfaches anzubieten ist, insbesondere im Meßbereich
• - der Verschiebungsgeschwindigkeit bis zum Nanomeßbereich der Einheit oder kleiner,
• - der Verschiebungsbeschleunigung bis zum Picomeßbereich der Einheit oder kleiner, und
• - der Verschiebungskraft bis zum Femtomeßbereich der Einheit oder kleiner,
für einen Anwendungsbereich der Wahl, insbesondere für mikrogravimetrische Anwendungen z.B. als Horizontalgravimeter, für Raumfahrtanwendungen z.B. als Torsionsschubwaage, oder für geophysikalische oder geodätische Anwendungen als Mikrohöhenänderungsmeter und/oder als Mikroneigungsänderungsmeter.
• HINTERGRUND DER ERFINDUNG - TECHNISCHES PROBLEM - TECHNISCHE AUFGABE
• Aus US 2006/0277993 A1 ist ein Torsionswaagen-Gravimeter mit exzentrisch aufgehängter Masse des Sensorsystems an einem metallischen undehnbaren Aufhängungs- und Torsionsfaden mit der Gewichtskraft des Sensorkörpers für gravimetrische Anwendungen bekannt.
• Der Nachteil ist, daß eine mechanische Amplitudenverstärkung der Amplitudenweite der Drehbewegung des exzentrischen Schwerpunktes des Sensorsystems zur Verbesserung der Signalauflösung mit einem Energiepotential einer Sinkhöhe des Schwerpunktes der Testmasse am Ende einer Dreh- und Schwingungsamplitude um den Torsionsfaden gegen die Anfangshöhe am Beginn der Dreh- und Schwingungsamplitude mit einem undehnbaren Aufhängungs- und Torsionsfaden ohne Absenkvorrichtung eines Haltelagers des Torsionsfadens technisch nicht durchzuführen und physikalisch nicht anzubieten ist.
• Aus US 4 581 932 A ist ein Bohrloch-Gradiometer an einem ebenfalls in der Lotrichtung hängenden metallischen undehnbaren Torsionsfaden mit einem elektrischen Signalregistrierungssystem für petrologische Anwendungen bekannt.
• Der Nachteil ist, eine Vergrößerung der Drehungsamplitude zur Verbesserung der Signalauflösung mit dem Energiepotential einer Sinkhöhe des Schwerpunktes des Sensorsystems ist damit nicht durchzuführen und nicht anzubieten.
• Ein weiterer Nachteil ist, daß eine verbesserte Signalregistrierung mit einer automatischen Signalauflösung und Absolutpositionierung der Drehbewegung des Sensorkörpers mit einem elektrischen Signalregistrierungssystem regelmäßig nicht durchzuführen und nicht anzubieten ist.
• Vergleichbare technische Lösungen mit einem metallischen undehnbaren Aufhängungs- und Torsionsfaden ohne eine Absenkvorrichtung eines Haltelagers des Torsionsfadens mit vergleichbaren technischen Nachteilen sind in grosser Zahl bekannt.
• Ein Beispiel bietet ein aus CN 101510094 Abekanntes Doppeltorsionspendel für Raumfahrtanwendungen zum Test derSchubkraftmessung von Nanotriebwerken im Mikronewtonbereich mit Patentprüfungsreferenz zu WO 99/60425 A1 .
• Ein anderes Beispiel bietet eine aus der Druckschrift [Lit.1] bekannte Wolfram-Eindraht-Drehwaage ebenfalls für Raumfahrtanwendungen mit einem Testsystem zur Modellierung von Mikrobewegungen von Testkörpern mit auf der Erde gewägten Testmassen von 1,96 kg unter Weltraum- und Mikrogravitationsbedingungen für das LISA-Raumfahrtprojekt .
• Aus EP 1 122 511 A2 ist ein Positionsmessungssensor mit Datensichtgerät bekannt mit Sensorkopf mit Laserdiode mit einem elektromagnetischen Signalregistrierungssystem mit Laserstrahl zu einem Sensorkörper und zurück zu einem CCD-Sensor, der ein koordinatentreues Abbild der Positionsversetzungen des Sensorkörper mit einem Koordinatensystem aufzeichnet.
• Aus EP 0 211 627 A2 ist ein Verfahren bekannt zur Relativbewegungs-Vermessung von mechanischen Strukturen gegeneinander mit einem ebenfalls praktisch trägheitslosen elektromagnetischen Licht-Registrierungssystem zur Registrierung der Versetzungen der Strukturen gegeneinander, insbesondere von Erschütterungen von Eisenbahnschienen gegen die Fundamentstruktur mit einem Lichtfilter-Registrierungssystem (Lichtschnittbild).
• Aus US 4 255 969 A ist ein Ringlasersystem-Gradiometer für gravimetrische Anwendungen mit elektromagnetischem Registrierungssystem zur Registrierung von Mikrobewegungen von Massen gegeneinander gleichfalls mit Licht bekannt, mit einem Frequenzfiltersystem der Schwebungsfrequenzen im Umlaufbild von Laserstrahlen in einem chassisfesten Spiegelsystem.
• Es sind ortsfeste inertiale Rotationssensoren mit einem analog ausgebildeten Ringlasersysteme für geowissenschaftliche Anwendungen mit effektiver Chassis-Umlauffläche von 1 m² bis 16 m² bekannt, womit kleinste Winkeländerungen der Erdrotation 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 internationalen 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. [Lit.2]
• Besondere Vorteile sind, daß diesen Diensten damit eine echtzeitnahe Aufzeichnung und Registrierung 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.
• Der Nachteil ist, daß die Aufzeichnung und Registrierung des Neigungswinkels der Laserebene gegen die Anfangsebene bis unter 1 [nrad] nicht direkt in Winkeleinheit in Radiant, 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 [Lit.3] für diesen speziellen Einsatzbereich nicht zu erwarten.
• Das technische Problem ist, für hochgenaue und echtzeitnahe Messungen und Registrierungen von Koordinaten-Positionen auf der Oberfläche des Erdkörpers direkt in Längen- und/oder Winkeleinheit während eines stundenlangen Meßprozeßes, bzw. während sicherheitstechnisch geforderter ununterbrochener Beobachtungs- und Vermessungsdauer z.B. auf rutschungsgefährdetem Baugrund [Lit.4] oder bei automatischer Deformations- oder Setzungsregistrierung einer Staumauer, eines Tunnels, oder eines Hochhauses mittels Laser-Monitoring [Lit.5], oder von Bahnpositionen von Satelliten sind regelmäßig erhebliche Beeinträchtigungen von Genauigkeit und Sicherheit durch im Wesentlichen drei Arten von kurz-, mittel-, und langperiodischen Deformationen und Versetzungen von Erdboden und Bauwerk zu erfahren in Form von:
1. (a) höherfrequenten hörbaren Erschütterungsschwingungen zwischen ca. 3 bis 100 Millisekunden Periodendauer,
2. (b) infrafrequenten unhörbaren Erschütterungen mit Perioden von etwa 0,1 bis etwa 1000 Sekunden (≈17 Minuten),
3. (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 [Lit.6], 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 Feinmeßinstrumente mit bis zu drei Freiheitsgrade der Bewegung einer frei schwingenden Masse als „seismischer“ Sensor für den unmittelbar vorgelagerten Meßbereich (b) von millifrequenten Boden- und Baukörperversetzungen.
• NÄHERE CHARAKTERISTIK VON TECHNISCHEM PROBLEM UND TECHNISCHER AUFGABE
• Das technische Problem der Registrierung von Mikrobewegungen 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 seismischen Sensors bzw. sogenannten seismischen Masse ist, ruhig zu bleiben, wenn ringsumher die Erde zittert. [Lit.7]
• 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: Wenn heute irgendwo der Erdboden durch Erdbeben in millifrequente Erschütterungsschwingungen versetzt wird, dann sind mittels hochempfindlicher Seismographen mit nur geringer Zeitverzögerung - infolge unterschiedlicher Laufzeit der Längs- und Transversalwellen vom Erdbebenherd zum Seismometer und der Signalübertragungszeit vom Sensor 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. [Lit.8]
• Aus bekannten Patentdokumenten der letzten 130 Jahre aus den Gruppen G01V 1/16 und 1/18 der internationalen Patentklassifikation [Lit.9] sowie diesbezüglicher Fachliteratur der Geophysik [Lit.10] sowie bekannten Produktbeschreibungen von Seismometerherstellern [Lit.11,12] ergibt sich, daß spezielle technische Lösungen für das „Ruhigbleiben“ seismischer Sensoren in inzwischen nahezu kaum noch zu unübersehbarer Vielfalt technisch geschaffen sind, und für Erschütterungsmeßgeräte von unterschiedlichster technischer Ausbildung, z.B. nach DD 273 514 A1 als Geophon, oder nach DD 275 747 A1 als geneigtes Vertikalseismometer vom Blattfedertyp zum Einsatz gekommen sind, die alle das gemeinsame Merkmal haben, das damit Erschütterungen in den vorgenannten zwei Frequenzbereichen (a) oder (b) aufzuzeichnen und zu registrieren sind.
• Ein unerwarteter „Evolutionssprung“ [Lit.10] im Verfahren der seismischen Signalregistrierung trat um 1976-1980 ein mit dem Einsatz der Prototypen heutiger Standard-Breitbandseismometer, womit der um 1960 entwickelte World-Wide-Standard-Seismograph zur Aufzeichnung millifrequenter Erschütterungsfrequenzen zwischen 100 bis 10 mHz abgelöst wurde, damit, daß die mechanische Drehlagerung eines Sprengnether-Seismometer für Sensormassen bis zu über 10 kg durch eine elastische Aufhängung für schwingende Massen von einige hundert Gramm an einer breiten Blattfeder ersetzt wurde, in Kombination mit elektrischer Signalregistrierung und elektronischer Feedback-Regelung der Rückstellkraft des Sensorkörpers zur Ruheposition im Gleichgewichtszustand von Federkraft und Gewichtskraft.
• Beim erstmaligen Praxiseinsatz von drei STS-1-Seismometern im Seismologischen Zentralobservatorium Gräfenberg war damit erstmals eine seismische Breitbandregistrierung mit einer unteren Frequenzgrenze über der Millihertz-Grenze technisch zu realisieren. [Lit.10]
• Bis etwa zum Jahre 1996 war eine millifrequente Grenzfrequenz nahe bei etwa 1,2 [mHz] erreicht worden. [Lit.13]
• 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. [Lit.11]
• Das bedeutet für die vorgenannte technische Aufgabe: Unter Annahme keines neuen Evolutionssprunges in der Meß- und Registrierungstechnik der gegenwärtig bekannten besten seismischen Aufzeichnungs- und Registrierungsverfahren der Bodenbewegung mit einer schwingenden Masse am Ende einer breiten Blattfeder bis maximal drei Freiheitsgrade in Ausführung nach DD 275 747 ist in linearer Extrapolation des damit bekannten technischen Entwicklungstempos der Absenkung der unteren Frequenzgrenze in etwa 15 Jahren um etwa 0,2 [mHz] mit einem neuen technischen Verfahren, womit eine untere Frequenzgrenze bei etwa 17 Mikrohertz oder 35 Mikrohertz technisch zu erreichen ist, erst nach etwa 75 Jahren zu rechnen, d.h. etwa im Jahre 2086 des bürgerlichen Kalenders.
• Daß diese angestrebte Frequenzgrenze im unteren Mikrofrequenzbereich mit der hier beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren mit einer frei schwingenden Masse mit gravimetrischer mechanischer Amplitudenverstärkung der Schwingungsenergie der Masse mit einem Meß- und Registrierungssystem mit einer Absolutmessung der mikrofrequenter Mikrobewegungen der Masse mit den im Patentanspruch zusammmenfassend genannten Merkmalskombinationen erstmals im Jahre 2000 technisch realisiert worden ist, das ist dem mit den 1, 2, 3 und 4 mit grafisch und mit 5 numerisch beschriebenen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zu entnehmen, ausgeführt auf geografischer Position 54.083° Nord und 12.123° Ost in flacher Meßstation ca. 10 Meter über dem mittleren Meeresniveau der Ostsee in der Innenstadt von Rostock.
• Die 1 zeigt schematisiert ein Ausführungsbeispiel der Absolutmessung der Signalamplituden des Positionssignals der Schwerpunktposition der Testmasse eines Meß- und Testkörpers mit der Absolutpositionierung des Positionssignals eines Laser-Signalgebers im Sensor- und Schwingerkörper auf der Oberfläche einer Signalaufnehmerskala im Abstand von 8,5 Meter von den Standmarken der Stehachsenlagerdes Torsionslager im Mikrofrequenz-Bereich v = 17,27 µHz ... 61,67 µHz in Millimeter.
• Die 3 zeigt schematisiert ein Ausführungsbeispiel der Absolutmessung der Signalamplitudenlänge und der Signalsinkhöhe des Positionssignals der Schwingpunktposition des Trägheitskraftzentrums der Testmasse der Testkörpers mit der Absolutpositionierung der millifrequenten Signalamplituden des Positionssignals auf der Oberfläche der Signalaufnehmerskala im Millifrequenz-Bereich v = (32,06 ± 0,42) in Millimeter.
• Die 4 zeigt schematisiert ein Ausführungsbeispiel der Absolutmessung der Amplitudenlänge und der Sinkhöhe der millifrequenten Mikroamplituden des Schwingpunktes und Trägheitskraftzentrums der Testmasse des Testkörpers mit der Absolutpositionierung der millifrequenten Signalamplituden des Positionssignals des Lasersignalgebers im Sensor- und Schwingerkörper auf der Oberfläche der Signalaufnehmerskala im Millifrequenz-Bereich v = (32,06 ± 0,42) in Mikrometer.
• Nachstehend ist das mit 2 gezeigte Ausführungsbeispiel der sequentiellen Absolutmessung mit 8 Messungsabschnitten der horizontnahen Verschiebung der Gleichgewichts- und Schwerpunktlage der Masse genauer beschrieben:
1. 1. mikrofrequente Verschiebungslänge x=1347 µm am 9.2.2000 von 16:40 bis 20:17 in 4 Stunden 49 Minuten, t= 17340 s
   • - Mikrofrequenzperiode: 57,67 µHz, Verschiebungsrichtung der Schwerpunkt-Gleichgewichtslage: nach NordOst
   • - Verschiebungsgeschwindigkeit v= 77,66 nm/s; Verschiebungsbeschleunigung γ = 8,96 pm/s²; Verschiebungskraft F = 353 fN
2. 2. mikrofrequente Verschiebungslänge 930 µm vom 9.- 10.02.2000 von 20:17 bis 00:49, in 4 Stunden 32 Minuten, in: 16320 s,
   • - Mikrofrequenzperiode: 61,67 µHz, Verschiebungsrichtung der Schwerpunkt-Gleichgewichtslage: nach SüdWest
   • - Verschiebungsgeschwindigkeit υ = 57,01 nm/s; Verschiebungsbeschleunigung γ = 6,99 pm/s²; Verschiebungskraft F = 277 fN
3. 3. mikrofrequente Verschiebungslänge 857 µm am 10.02.2000 von 00:49 bis 06:46, in 5 Stunden 57 Minuten, in: 21420 s,
   • - Mikrofrequenzperiode: 46,96 µHz, Verschiebungsrichtung der Schwerpunkt-Gleichgewichtslage: NordOst
   • - Verschiebungsgeschwindigkeit υ = 40,01 nm/s; Verschiebungsbeschleunigung γ = 3,74 pm/s²; Verschiebungskraft F = 148 fN
4. 4. mikrofrequente Verschiebungslänge 5032 µm am 10.02.2000 von 06:46 bis 14:56 in 8 Stunden 10 Minuten, in: 29400 s,
   • - Mikrofrequenzperiode: 34,01 µHz, Verschiebungsrichtung der Schwerpunkt-Gleichgewichtslage: SüdWest.
   • - Verschiebungsgeschwindigkeit υ = 171,14 nm/s; Verschiebungsbeschleunigung γ = 11,64 pm/s²; Verschiebungskraft F = 462 fN
5. 5. mikrofrequente Verschiebungslänge 5534 µm vom 11.-12.02.2000, 14:56 bis 06:41 in 15 Stunden 45 Minuten, in: 56700 s,
   • - Mikrofrequenzperiode: 17,64 µHz, Verschiebungsrichtung der Schwerpunkt-Gleichgewichtslage: NordOst
   • - Verschiebungsgeschwindigkeit υ = 97,59 nm/s; Verschiebungsbeschleunigung γ = 3,44 pm/s²; Verschiebungskraft F = 137 fN
6. 6. mikrofrequente Verschiebungslänge 4677 µm am 11.02.2000 von 06:41 bis 22:46 in 16 Stunden 5 Minuten, in: 57900 s,
   • - Mikrofrequenzperiode: 17,27 µHz, Verschiebungsrichtung der Schwerpunkt-Gleichgewichtslage: SüdWest
   • - Verschiebungsgeschwindigkeit υ = 80,77 nm/s; Verschiebungsbeschleunigung γ = 2,79 pm/s²; Verschiebungskraft F = 111 fN
7. 7. mikrofrequente Verschiebungslänge x= 4175 µm vom 11.-12.02.2000, 22:46 bis 09:24, in 10 Stunden 38 Minuten, in: 38280 s,
   • - Mikrofrequenzperiode: 26,12 µHz, Verschiebungsrichtung der Schwerpunkt-Gleichgewichtslage: NordOst
   • - Verschiebungsgeschwindigkeit υ = 109,06 nm/s; Verschiebungsbeschleunigung γ = 5,70 pm/s²; Verschiebungskraft F = 226 fN
8. 8. mikrofrequente Verschiebungslänge x= 2840 µm am 12.02.2000 von 09:24 bis 15:08 in 5 Stunden 44 Minuten, in: 20640 s,
   • - Mikrofrequenzperiode: 48,45 µHz, Verschiebungsrichtung der Schwerpunkt-Gleichgewichtslage: NordOst
   • - Verschiebungsgeschwindigkeit υ = 37,61 nm/s; Verschiebungsbeschleunigung α = 3,3 pm/s²; Verschiebungskraft F = 529 fN
• 6 enthält eine zusammenfassende tabellarische Darstellung des Verfahrens der Absolutmessung mit den im Patentanspruch zusammenfassend gekennzeichneten technischen Mitteln, Maßnahmen, und Merkmalen mit einer elektromagnetischen hochfrequenten lasermechanischen Absolutpositionierung mit einer mechanischen Signalaufnehmer-Absolutskala mit der Standgeschwindigkeit Null gegen die Außen- und Stehlager des bifilaren Stützlagers der Gewichtskraft der Testmasse des Testkörpers mit automatischer selbstätiger räumliche und zeitlicher Aufllösung der Signalamplituden mit der Sinkvorrichtung im Bifilarlager mittels der Sinkgeschwindigkeit des Gewichtskraftzentrums mit der Sinkgeschwindigkeit des Signalgebers im Sensor- und Schwingerkörper
• 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 Feinmeßinstrument 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 Amplitudenöffnungswinkels 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 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.
• 6 zeigt ein aus [Lit.14] bekanntes Beispiel dafür, das mit dem Horizontalseismographen der Schulseismographenstation am St.-Michael-Gymnasium in Monschau in der Eifel erhalten worden ist: Die frei schwingende Masse ist mit einem Metallblock von 8,5 kg gewägte Masse technisch ausgeführt, die mit freier Translation parallel zur Horizontebene nach links oder nach rechts einer freie Dreh-Biege-Schwingung um eine vertikale starre Drehachse eines speziellen Spannbandlagers aus 5 Metalldrähten schwingt; an der Trägerstange des Metallblocks ist eine mitbewegte Induktionsspule 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 mit einer Generatorkonstante der Spannungsinduktion von (269,8 ± 1,4) Volt Induktions-Spannung je Einheit der Eintauchgeschwindigkeit von 1 Meter je 1 Sekunde, womit an den Spulenenden einer meßbare Spannung als elektrische Meßgröße 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 mit der Geschwindigkeit des Ein- und Ausschwingens in das Dauermagnetfeld proportionale Spannung von 205 Millivolt.
• Das Beispiel zeigt ein charakteristisches Merkmal: Die Meßgröße des Mikrobewegungssignals ist keine Länge eines Mikroamplitudenweges, z.B. des Schwerpunktes des Gewichtes des Träger-Spulen-Masse-Systems, oder des Trägheitsmittelpunktes des Trägheitsmomentes dieses Systems, sondern eine Spannungsgröße, die mittels einer Eichvorrichtung (Stromwaage, Hallsonde,..) auf die Geschwindigkeit der Induktionsspule zu beziehen ist, und zwar an den Stellen bzw. in den Bereichen, wo diese ins Magnetfeld eintaucht: Das ist regelmäßig nicht die Stelle, 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 zur Erdmitte angezogen wird.
• Das Beispiel zeigt ein weiteres charakteristisches Merkmal: Eine Länge ist damit überhaupt nicht zu messen; weder die Länge des Verschiebungsweges der Gleichgewichtslage des Gewichtskraftzentrums des Massensystems, noch die Länge der Schwingungsamplitude der Schwingpunktlage des Trägheitskraftzentrums des Massensystems, oder die Länge der Erschütterungsamplitude des Gerätechassis bzw. des Fundamentes oder des Erdbodens. Letztere ist hierbei mit einer Kalibrierungsfunktion aus Spannung und Frequenz als eine „zugehörige“ Bodenbewegung ermittelt. Beispielsweise ist vorgenannter Spannung 0,205 [V] bei der Erschütterungsfrequenz von 80 [mHz] - 6 - eine Bodenamplitude von etwa 38 µm zugeordnet. [Lit.14]
• Ein die erfindungsgemäße technische Lösung unterscheidendes charakterisierendes wesentliches Merkmal ist, daß im Unterschied zu seismologischen Aufzeichnungs- und Registrierungsverfahren damit echtzeitnahe Registrierungen mit einer Absolutmessung der Länge des mikrofrequenten Versetzungsweges der Meßmarke des Schwerpunktes der Testmasse oder der Meßmarke des Schwingpunktes der Testmasse direkt in der Einheit der Länge durchzuführen ist, die mit der Ruhigstellung einer frei schwingenden seismischen Masse technisch nicht zu schaffen und nicht durchzuführen ist.
• Die „Ruhigstellung“ der frei schwingenden seismischen Masse auch bei starker Bodenerschütterung ist mit der Vergrößerung der Rückführungskraft der Masse zur einkalibrierten Anfangsposition mit elektronischer Feedback-Regelung der Rückstellkraft der Sensormasse zur Ruheposition im Gleichgewichtszustand von Federkraft und Gewichtskraft realisiert; z.B. mit 3-fach größerer Generatorkonstante 2×750 [Vs/m] beim STS-2.5-Standard-Seismometer als beim vorgenannten Schulseismographen.
• Der Vorteil ist, damit ist eine Ruhighaltung der Masse noch bis zu Erdboden- oder Bauwerksbewegungen mit Erdboden- oder Bauwerksbeschleunigungen bis weit über 100 mm/s² zu erreichen, wenn im Bauwerk bereits Wände und Dächer einstürzen.
• Der Nachteil ist, eine absolute Messung der Länge des Verschiebungs- oder Versetzungsweges der Gleichgewichtslage des Gewichtskraftzentrums der Masse, oder der Länge der Schwingungsamplitude der Schwingpunktlage des Trägheitskraftzentrums der Masse, oder der Länge einer Erschütterungsamplitude des Gerätechassis oder des Bauwerksfundamentes oder des Erdbodens ist damit technisch nicht durchzuführen, nicht zuletzt infolge der Kleinheit des Freilagerspaltes der Masse, und der automatischen Rückstellung bei Auslenkungen aus der Gleichgewichtslage zurück in den Gleichgewichtszustand von Federkraft und Gewichtskraft mit elektronischer Feedbach-Regelung.
• Seismometer sind spezielle Meßgeräte zur Aufzeichnung und Registrierung regelmäßig bis zu höchstens minutenlanger millifrequenter Bodenerschütterungen mit einem weiteren besonderen gemeinsamen charakteristischen Merkmal: Das ist die Dämpfungsvorrichtung der Schwingungsenergie der Sensormasse, die durch eine Chassiserschütterung bei einem Erdbebenstoß angeregt ist, um die Rückführung der Masse zur anfänglichen Gleichgewichtslage in der kalibrierten Nullposition an einer gestellfesten Nullmarke sicherzustellen.
• Der Nachteil ist: Die Dämpfungsenergie bringt das Energie- und Meßsignal der mikrofrequenten Mikrobewegung der Gleichgewichtslage der Sensormasse gegen das Gerätechassis zum Verschwinden, bzw. unterdrückt dieses bis zur Unmeßbarkeit. Denn darauf kommt dabei an, zu messen, sondern darauf, die Resonanz- und Eigenschwingung der Masse klein zu halten, und so rasch als möglich zu unterdrücken, falls eine Chassiserschütterung eine Resonanzschwingung anregen sollte
• Das Verschwinden der Meßgröße der mikrofrequenten Mikrobewegung der Testmasse leuchtet von einem allgemeineren physikalischen Standpunkt unmittelbar ein: Mikrofrequente Mikroamplituden sind regelmäßig mit 10-fach bis 1000-fach größerer Zeitdauer zu messen als millifrequente Chassiserschütterungen. Das bedeutet, bei gleicher Masse ist eine 100-fach bis 1000000-fach kleinere Beschleunigung und Kraft zu messen ist, um in diesem Frequenzbereich sichere Messungen durchzuführen. Denn Beschleunigung und Kraft sind dem Quadrat der Zeit umgekehrt proportional. Analog ist es mit der Energie: Eine 10-fach bis 1000-fach kleinere Versetzungsgeschwindigkeit im Mikrofrequenzbereich als im Millifrequenzbereich ist bei gleicher Masse mit 100-fach bis 1000000-fach kleinerer Verschiebungsenergie zu messen, weil die kinetische Energie dem Quadrat der Relativgeschwindigkeit direkt proportional ist. - Das bedeutet: Eine technische Lösung der Absolutmessung der Länge einer mikrofrequenten Mikroamolitude hat diesbezüglich ein technisch erheblich anderes gelagertes, deutlich schwierigeres technisches Problem zu lösen, als eine technische Lösung, die ganz speziell für die Registrierung seismischer Erschütterungen konstruiert und ausgelegt ist, weil die Meßgröße der Energie oder Beschleunigung oder Kraft dabei wenigstens um 2 Zehnerpotenzen bis 6 Zehnerpotenzen größer ist, als jene, die für die Aufzeichnung und Registrierung mikrofrequenter Mikrobewegungen einer Test- oder Sensormasse mit vergleichbarem Masseneinsatz zur Verfügung steht.
• An dieser Stelle setzt die erfindungsgemäße technische Lösung ein mit dem erfindungsgemäßen technischen Verfahren der mechanischen Amplitudenverstärkung der Mikroamolituden mit dem gravimetrischen Sinkenergiepotential einer Test- und Sensormasse während der Dauer einer Mikroamolitude einer Eigenschwingung des Sensorkörpers in einem hochempfindlichen Torsionslager.
• Diese technische Lösung ist, was nach dem Vorgenannten ausreichend abgegrenzt ist vom bekannten Stand der Technik, im Unterschied zum Seismometer ohne Dämpfungsvorrichtung der Schwingungsenergie, und ohne Feedback-Regelung der Rückstellkraft der Masse zur Gleichgewichtslage, mit einer Vorrichtung mit möglichst kleiner Rückstellkraft der Masse zur Gleichgewichtslage ausgeführt, z.B. mit dem Gleichgewichtszustand zwischen Torsionskraft und Massekraft mit einem Torsionslagersystem.
• Eine erfindungsgemäße Vorzugslösung ist die Ausführung mit einem Torsionslagersystem mit Torsionsfäden aus hochpolymerem Material, z.B. aus Polytethylen, was den der Vorteil eines 20...40-fach kleineren Torsionsmoduls als mit Quarzfäden als das Mittel der Wahl für besonders hochempfindliche Horizontalpendel für geophysikalische Anwendungen hat
• Ein weiterer besonderer Vorteil ist, daß damit eine technische einheitliche Lösung der mechanischen Mikroamplitudenverstärkung der Drehschwingungen des Sensorkörpers im Torsionslager mit dem gravimetrischen Sinkenergiepotential der Sensormasse zu schaffen und auszuführen ist, ohne den zusätzlichen Aufwand einer mikromechanischen Absenkvorrichtung des Haltelagers eines Torsionsfadens, die technisch unmittelbar in den Torsionskörper selbst eingebaut ist, was mittels der Nutzung der rheologischen Materialeigenschaft hochpolymerer Torsionskörper mit der Mikro- oder Nano-Dehnungsgeschwindigkeit unter beständiger Einwirkung einer stabilen Zugkraft zu machen ist, die mit der Gewichtskraft der in das Torsionslagersystem eingehängten Testmasse physikalisch zu erhalten und technisch zu schaffen ist.
• BESCHREIBUNG DER TECHNISCHEN LÖSUNG DER TECHNISCHEN AUFGABE
• Das Elastische Kraftlager als eine technische Vorzugslösung für eine stabile mechanische Amplitudenverstärkung der Mikroamplituden eines Torsionsschwingers für sicher reproduzierbare Absolutmessung der Mikroamolituden
• Mit dem Vorstehenden ist weitgehend offengelegt, daß ein speziell ausgeführtes Torsionslager mit zwei Torsionskörpern mit einer Kraftverstärkung der Gewichtskraft in eine ausreichende Dehnungskraft der Torsionskörper für eine Nano- oder Pico-Dehnungsgeschwindigkeit der Torsionskörper, ausgeführt mit einer Anordnung mit einem kurzen Abstand der Innenlager der Torsionskörper im Sensorkörper und einem dagegen bis zu 40-fach größerem Abstand des Schwerpunktes und Gewichtskraftzentrums einer exzentrisch gelagerten Testmasse vor dem schwerpunktseitigen inneren Torsionslager im Meß- und Testkörper das Mittel der Wahl der Lösung der vorgenannten technischen Aufgabe ist.
• Ein so ausgeführtes Torsionslager ist unter dem Namen Elastisches Kraftlager aus WO 99/60425 A1 und Elastisches Kraftlager für Einarmige Torsionswaagen und Torsionsschwerependel aus EP 1 240 534 B1 bekannt.
• Mit der aus EP 1 240 534 B1 bekannten technischen Lösung sind fünf Freiheitsgrade der Bewegung des Sensorkörpers, mit drei Translationen in drei orthogonalen Ebenen technisch zu realisieren, eine in der Meridianrichtung (Nord-Süd-Richtung), eine in der Erdumlaufrichtung des geografischen Breitenkreises (West-Ost-Richtung), und eine in der Lot-Richtung (Sinkrichtung), und zwei Drehungen in der Lotebene und in der Horizontebene, eine in der Lotrichtung um die Sinkachse des Schwerpunktes im schwerpunktseitigen inneren Vorderlager der Torsionskörper im Sensorkörper, und eine die in der Horizontrichtung um die Stehachse der Außen- und Standlager der Torsionskörper im/am Gerätechassis.
• Es ist aus WO 99/60425 A1 und / oder EP 1 240 534 B1 jedoch keine technische Lösung bekannt, womit die technische Aufgabe der Absolutmessung der mikrofrequenten Mikrobewegungen des Schwerpunktes und Gewichtskraftzentrums und der millifrequenten Mikroamplituden des Schwingpunktes und Trägheitskraftzentrums exzentrisch gelagerten Testmasse oder Sensormasse zu lösen ist.
• Insbesondere ist damit keine Lösung bekannt, womit die technische Aufgabe der Absolutmessung der mikrofrequenten Mikrobewegungen des Schwerpunktes der Testmasse mit einer automatischen Selbstauflösung eines Absolutpositionierungsignals eines elektromagnetischen Positionssignals der Schwerpunktlage oder der Schwingpunktlage der Masse mit einer nanomechanischen Absenkvorrichtung der Schwerpunktlage und der Schwingpunktlage der Masse zu lösen ist.
• Das Verfahren der Umbildung der Einarmigen Torsionswaage zu einem Mikroamplitudenmeter mit mechanischer Amplitudenverstärkung der Mikroamplituden mit dem gravimetrischen Energiepotential einer Testmasse
• Eine technische Vorzugslösung, die im abschließend beschriebenen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Absolutpositionierung des Positionssignals der Schwerpunktlage und der Schwingpunktlage der Sensormasse mit der Sinkgeschwindigkeit eines Signalgebers eines elektromagnetischen Laser-Positionssignals im Sensorkörper mittels der vorgenannten technisch integrierten nanomechanischen Absenkvorrichtung in die hochpolymeren Torsionskörper mit der Nano-Dehnungsgeschwindigkeit der Torsionskörper verwendet ist, besteht darin, daß die Einmessung des Sensorkörpers in eine bestimmte Anfangsrichtung der Anfangs-Gleichgewichtslage der Schwerpunktamplitude mit einer zusätzlich angeordneten Neigungsvorrichtung mit drei bis fünf als Fußschrauben ausgebildeter Schraubbolzen der unteren Lagerplatte des Kraftlagers technisch ausgeführt ist.
• Der gewindetragende Schaft sitzt auf einer im Fundament verankerten harten glatten Oberfläche einer Glasplatte auf; wobei mit einem axialen Bolzenvorschub um 0,01 Millimeter durch Verdrehen im Schraubengewinde die Neigung der Lagerplatte sowie der Stehachse der Außenlager des Torsionslagers um einen Neigungswinkel von ε_o ≈ 45, 2 µrad zu ändern und zu justieren ist.
• Die Anfangs-Schwingungsdauer einer Hin- und Rückschwingung zwischen periodisch gegenüberliegender Umkehrlagen der Dreh- und Amplitudenrichtung ist mit dieser Vorrichtung eingestellt, und mit τ = (31,195 ± 0,415) s gemessen.
• Damit ist der Nachteil der Beschränkung der Bewegungsfreiheit einer seismischen Masse auf einen kleinen Freilagerspalt und auf bis zu höchstens drei Freiheitsgrade der Bewegung an einer Blattfederlager aufgehoben worden.
• Mit anderen Worten, was die damit offenbarte technische Lehre und das technische Konstruktionsprinzip eines Mikroamplitudenmeter zur Absolutmessung der Länge und des Drehwinkels mikrofrequenter Mikroamplituden mit einer Testmasse in einem Torsionssystems mit mechanischer Amplitudenverstärkung im Vergleich mit der bekannten Lehre der Gravimetrie [Lit.15] von der Nichtausführbarkeit der Konstruktion eines Horizontalgravimeters mit einem Horizontalpendel betrifft, weil dieses bei genau vertikaler Achse „unendliche“ Empfindlichkeit erlangt, und wie eine reibungsfrei aufgehängte Tür daher in unbestimmter Lage stehenbleibt, so ist es diesbezüglich offenkundig, daß mit den vorgenannten sowie den nachgenannten technischen Maßnahmen und Mitteln kein Horizontalpendel technisch geschaffen oder beschrieben ist. Denn ein Horizontalpendel besitzt das hier beschriebene technische charakteristische Kennzeichen der gravimetrischen Energieverstärkung der mechanischen Mikroamplituden einer Testmasse eines Testkörpers in einem Torsionslager nicht.
• Es ist mit dem Vorgenannten offenbart, daß es sich - im gleichen Bild vergleichbar formuliert - hier um eine in ihrem Schwerpunkt langsam sinkende „Tür“ in Gestalt einer Testmasse in einem Torsionslager handelt, bzw. allgemeiner und genauer formuliert: Um ein langsam sinkende Testmasse in einem hochempfindlichen Torsionslager. Diese kann nicht indifferent stehen bleiben, weil sie zu stabilen Mikroschwingungen angeregt ist um ihre Gleichgewichtslage, dadurch daß der sinkende Schwerpunkt der „Tür“ bzw. Testmasse beständig neue kinetische Energie zuführt aus der Freisetzung von potentieller Energie infolge einer anfangs stets etwas höheren Schwerpunktlage als nachher. Ist die Energiedissipation mit technischen Maßnahmen gering gehalten - wofür wiederum das elastische Kraftlager das Mittel der Wahl ist - dann ist damit eine Quelle von beständiger Umwandlung von potentieller gravimetrischer Energie in kinetische mechanische Energie der Schwingung der „Tür“ bzw. Testmasse um die Gleichgewichtslage geschaffen.
• Genauer formuliert: Mit einem Mikroamplitudenmeter mit gravimetrischer mechanischer Amplitudenverstärkung mikrofrequenter und millifrequenter Mikroamplituden mit einer Testmasse in einem Torsionslager ist die in der Technik oft versuchte, im Stand der Technik ungelöste Aufgabe der Schaffung, Konstruktion, und Anbietung eines Horizontalgravimeters technisch zu lösen.
• Ein besonderer Vorteil ist, daß mit einem Mikroamplitudenmeter für mikrofrequente Mikroamplituden der Schwerpunkt- und Gleichgewichtslage mit mechanischer Amplitudenverstärkung mit dem gravimetrischen Energiepotential der Sinkhöhe des Schwerpunktes der Testmasse am Ende einer Drehungs- und Schwingungsamplitude gegen die Anfangshöhe am Beginn einer Drehungs- und Schwingungsamplitude mit einer technischen einheitlichen Lösung wie mit der Einarmigen Torsionswaage eine Echtzeit- und Absolutmessung der Anziehungs- und Verschiebungskraft der Schwerpunkt- und Gleichgewichtslage der Testmasse des Testkörpers zur Sonne oder zum Mond mit Basisgrössen des mechanischen Messen, mit Länge, Zeit, und Masse durchzuführen ist.
• Zu berücksichtigen ist hierbei, daß die Rückstellbeschleunigung γ_o des Schwerpunktes der Testmasse aus der Amplitudenhöchstlage am Amplitudenende zur Amplitudentiefstlage in der Amplitudenmitte im Verhältnis zur Gewichtsbeschleunigung g_o des Gewichtskraftzentrums in der Lotrichtung (nach bekannter Lehre des Horizontalpendels) dem Verhältnisquadrat der Periodendauer τ_o= (0,663±0,001) s τ_o der lotnahen Hin- und Rückschwingung zur Periodendauer τ = (31,195±0,415) s umgekehrt proportional ist; das bedeutet, die Rückstellbeschleunigung γ_o des Schwerpunktes der Testmasse ist in dem hier beschriebenen Verfahren nicht größer als 4,43 Millimeter je Sekundenquadrat: $${\mathrm{\gamma }}_{\text{o}}={\text{g}}_{\text{o}}\cdot {\left({\mathrm{\tau }}_{\text{o}}/\mathrm{\tau }\right)}^2=\left({\text{g}}_{\text{o}}\cdot {\mathrm{\epsilon }}_{\text{o}}\right)\approx \mathrm{4,43}\pm \mathrm{0,12}\text{ mm}/{\text{s}}^2$$

  
• Damit ist die vorgenannte Eigenschaft des Horizontalgravimeters genauer zu beschreiben: Steht am Standort des Beobachters die Sonne sehr nahe in der Horizontrichtung, was immer zur Zeit des Sonnenaufganges und des Sonnenunterganges geschieht, dann zieht die Anziehungs- und Gravitationsbeschleunigung der Masse der Sonne die Masse des Testkörpers während dieser Zeiten kurzzeitig mit etwa 6 mm/s² in horizontnaher Anziehungsrichtung zur Sonne hin. Ob sich die Testmasse dabei jedoch um eine meßbare Größe in der Richtung zur Sonne hinbewegt, oder möglicherweise doch in umgekehrter Richtung sich von ihr fortbewegt, daß ist eine physikalische Frage, die durch die Messung zu entscheiden ist. Denn die Theorie ist in diesem Punkt uneinig.
• Einleuchtend ist, daß am Ort des Mikroamplitudenmeters, im örtlichen azimutalen Koordinatensystem am Standort des Beobachters, dabei seitliche kleinste Kräfte in horizontnaher Meßrichtung wirken mit etwa 6 mm/s² mit einer um fast 35 % größeren Anziehungs- und Gravitationskraft der Sonne als die Rückstellbeschleunigung der Testmasse zur Gleichgewichtslage beträgt. Daher ist eine meßbare Wirkung in Gestalt einer besonders großen Verschiebungslänge der Gleichgewichtslage des Schwerpunktes der Testmasse in der Richtung zur Sonne hin etwa um die Auf- und Untergangszeit der Sonne am Horizont zu erwarten, wenn die Schwerkraft bzw. die Gravitationskraft oder Massenanziehung die überwiegende Kraft sein sollte über die Fliehkraft der allgemeinen Umlaufbewegung aller erdnahen Massen mit dem Erdkörper um die Sonne. Dann wäre um die Zeit, wenn die Sonne am Mittag lotrecht über dem Beobachter im Zenit und um Mitternacht lotrecht unter dem Beobachter im Nadir steht, eine Wendestelle zwischen der Verschiebungsrichtung der Testmasse zu Sonne hin mit der Umkehrung des Richtungssinnes der Verschiebungsbewegung der Gleichgewichtslage zu registrieren.
• Von diesem Standpunkt angesehen läßt die 1 eine eindeutige Entscheidung zu: Die Verschiebungslänge der Signalamplitude der Gleichgewichtslage des Schwerpunktes der Testmasse zwischen der Zeit der Horizontnähe der Sonne bei Sonnenaufgang am 09.02.2000 und der Zenitnähe der Sonne am 09.02.2000 ist auf der Signalaufnehmerskala mit der absoluten Länge von fast ein halber Meter zu messen: Mit 411 mm bis zur Wendestelle am Mittag des 09.02.2000. Und von der Wendestelle am Mittag des 09.02.2000 bis zum Sonnenaufgang am 10.02.2000 mit noch größerer Länge von 452 mm.
• Die 2 zeigt die Echtzeitmessung der Verschiebung der Mikroamplituden der Gleichgewichtslage des Schwerpunktes vom Sonnenaufgang am 9.02. 2000 bis zur Wendestelle am Mittag des 09.02. 2000 mit der Absolutmessung der Verschiebungslänge des Schwerpunktes größer als 5 Millimeter, mit 5032 Mikrometer, und von der Wendestelle am Mittag des 09.02.2000 bis zum Sonnenaufgang am 10. Februar mit noch größerer Länge mit mehr als 5,5 Millimeter, mit 5534 Mikrometer.
• Das Verfahren der mechanischen Mikroamplitudenverstärkung des Trägheitszentrums mit einem gravimetrischen Sinkenergiepotential der Testmasse und der Absolutbestimmung der Sinkenergie je Mikroamplitude des Schwingpunktes mit der Absolutpositionierung des Positionssignals mit der Sinkhöhe des Schwerpunktes der Testmasse
• Ein charakteristischer Unterschied des erfindungsgemäßen Registrierungsverfahrens der Absolutmessung mit der Absolutpositionierung eines elektromagnetischen Richtungssignals mit einem elektromagnetischen Richtungssignalgeber am Sensorkörpers gegen bekannte seismische Registrierungsverfahren besteht darin, daß damit drei unabhängige Längenmessungen sequentiell durchzuführen sind, zwei mit der horizontalen Signalamplitude des Positionssignals der Mikroamplituden, und eine mit der vertikalen Signalamplitude des Positionssignals der Mikroamplituden.
• Die Signalvergrößerung der Mikroamplituden des Schwerpunktes ist mit zwei Längenmessungen absolut zu messen, mit der des Abstandes R_o des Schwerpunktes der Testmasse auf der Sinkseite des Gewichtskraftzentrums vom Innenlagermittelpunkt, und mit der des Abstand L_o der Signalaufnehmerskala mit Abstandsverhältnis des Abstandes L_o der Signalaufnehmerskala zum Schwerpunktabstand: S1 = L_o / R_o. - Der Signalverstärkungsfaktor der Horizontalsequenz der Längenmessung der Schwerpunktamplitude ist ausgeführt mit: S1 ≈ 81,7.
• Die Signalvergrößerung der Mikroamplitude des Schwingpunktes ist mit zwei Längenmessungen absolut zu messen, mit der des Abstandes r_o des Trägheitskraftzentrums der Testmasse vom Innenlagermittelpunkt, und mit der des Abstandes L_o der Signalaufnehmerskala vom Innenlagermittelpunkt mit dem Abstandsverhältnis des Abstandes L_o der Signalaufnehmerskala zum Abstand des Schwingpunktabstand: S2 = L_o / r_o.- Der Signalverstärkungsfaktor der Horizontalsequenz der Längenmessung der Schwingpunktamplitude ist ausgeführt mit: S2 ≈ 77,8
• Die Signalvergrößerung des Sinkweges des Schwerpunktes oder der Sinkhöhe des Gewichtskraftzentrums der Testmasse ist mit den vorgenannten Längenmessungen absolut zu messen ist mit der Signalvergrößerung L_o / R_o der Länge des Schwerpunktweges mit der Länge der vertikalen Signalstrecke des Positionssignals auf der Signalaufnehmerskala: S1 = L_o / R_o. - Der Signalverstärkungsfaktor der Längenmessungen der Vertikalsequenz der Sinkhöhe ist ausgeführt mit: S1 ≈ 81,7
• Der Schwingpunktabstand r_o ist in üblicherweise mit einem bekannten Verfahren zu messen, regelmäßig mit der Zeitmessung der Lotperiode τ_o der lotnahen Hin- und Rückschwingung des Testkörpers um den Drehungsmittelpunkt im Innenlager. Der Zusammenhang ist in erster Näherung hinreichend genau bestimmt mit der aus Pendellehre bekannten Beziehung von der Form: $${\mathrm{\tau }}_{\text{o}}=2\pi \cdot \sqrt{{\text{r}}_{\text{o}}/{\text{g}}_{\text{o}}}=\mathrm{0,663}\pm \mathrm{0,001}\text{ s}$$

  

  Der Abstand des Schwingpunktes vom Innenlagermittelpunkt ist damit mit der Zeitmessung und mit der örtlichen Fallbeschleunigung bzw. mit dem regionalen Schwerewert von g_o = 9,814 m/s² mit hinreichender Genauigkeit mit der Umformung dieser Beziehung ermittelt mit der Länge von: $${\text{r}}_{\text{o}}={\left({\mathrm{\tau }}_{\text{o}}/2\pi \right)}^2\cdot {\text{g}}_{\text{o}}=\mathrm{109,28}\text{ mm}.$$

  
• Die Testmasse ist mit einer Feinwägung aller Konstruktionsmodule des Meß- und Sensorkörpers ermittelt. Die gewägte Masse aller Module beträgt: m_o = 44,78 g. Die gewägte Masse der Module vor dem Vorderlager beträgt: m_o = 39,7 g, das sind 88,6 % der Testmasse. Die gewägte Masse der Module hinter dem Vorderlager beträgt: 5,08 g, oder 11,36 % der Testmasse.
• Damit ist die exzentrische Masseanordnung und die exzentrische Lage des Gewichtskraftzentrums und Schwerpunktes technisch realisiert in Kombination mit einem Innenlagerabstand von 3,0 mm mit 35-fach größerem Schwerpunktabstand, mit einem biegesteifen Aluminiumrohr als ein Hauptmodul des Testkörpers. Mit dieser Anordnung und Kombination technischer Mittel ist die Umwandlung der Gewichtskraft in eine 35-fach größere Dehnungskraft der Torsionskörper mit einer nanolangsamen Dehnungsgeschwindigkeit der Torsionskörper ausgeführt. Damit ist ein direkt in das Torsionslagersystem integriertes Absenksystem des Schwerpunktes der Testmasse geschaffen.
• Das gemeinsame Trägheitsmoment J_o der Teilmassen aller Konstruktionsmodule in bezug der Stehachse ist mit den damit bekannten Daten hinreichend genau mit einer Beziehung von Form ${\text{r}}_{\text{o}}=\sqrt{{\text{J}}_{\text{o}}/{\text{m}}_{\text{o}}}$

  

  bestimmt mit: J_o = 4,893 gm².
• Der Schwerpunktabstand der Testmasse ist gemessen mit der Schwerpunktwaaage mit dem Abstand der Schwerpunkte der Modulmassen der Konstruktionsmodule vom Innenlagermittelpunkt mit der Länge von 104,06 Millimeter: R_o = 104,06 mm.
• Damit ist das Kennzeichen der Trennung der Meßmarke der Schwerpunktes und der Meßmarke des Schwingpunktes physikalisch umgesetzt und technisch für die erfindungsgemäße getrennte Absolutmessung der Mikroamplitude des Schwerpunktes und der Mikroamplitude des Schwingpunktes mit der Schaffung einer Anordnung von zwei um getrennt angeordnete Kraft-Zentren und Masse-Zentren des Gewichtskraftzentrums und Schwerpunktes und des Trägheitskraftzentrums und Schwingpunktes in paralleler Richtung mit dem Positionssignal.
• Ein anderes Kennzeichen ist die Anordnung des lotrechten Kipp- und Sinkmomentes der Testmasse im Gewichtskraftzentrum, daß in erster Näherung hinreichend genau mit der Gewichtskraft m_o g_o = 0,3896 N im Gewichtskraftzentrum der Vordermasse mit dem Schwerpunktabstand der Testmasse vom Drehpunkt im Innenlager ermittelt; dieses ist ausgeführt mit 40,5 Millinewtonmeter: m_o g_o R_o ≈ 0,0405 Nm.
• Die Sinkhöhe des Schwerpunktes je Schwerpunktamplitude am Ende einer Drehungs- und Schwingungsamplitude gegen die Anfangshöhe am Beginn einer Drehungs- und Schwingungsamplitude ist mit vorgenannter nanomechanischer Absenkvorrichtung eingestellt. Die Absolutmessung der Sinkhöhe ist dem Verfahren der sequentiellen Absolutmessung der Mikroamplitudenlängen mit der absoluten Länge zu messen von ca. 445 Nanometer: y ≈ 444,5 nm. -
• Die 6 beschreibt die Ausführung des Verfahrens der sequentiellen Absolutmessung genauer mit der Echtzeitmessung von 48 Einzelmessungen der Mikroamplituden der Testmasse mit den vorgenannten Daten der gewägten Masse und der genauer mit tabellarischer zusammenfassender Beschreibung und Bezifferung mit technischen Daten der Absolutmessung mit der hier beschriebenen bevorzugten technischen Ausführung des Verfahrens.
• Das freigesetzte gravimetrische Sinkenergiepotential, das zur mechanischen Amplitudenverstärkung je Schwingungsamplitude des Torsionskörpers um die Torsionsachse zur Verfügung steht, ist mit dem Verfahren der sequentiellen Absolutmessung der Mikroamplitudenlängen und Nanosinkhöhe mit der absoluter Größe zu bestimmen von 173,1 Nanojoule: m_o g_o y ≈ 173,1 nJ.
• Damit ist im Unterschied zu bekannten naheliegenden Feinmeßinstrumenten, wie Horizontalpendel, Torsionspendel, oder Torsionsgradiometer mit metallischen undehnbaren Torsionsfäden die technische Aufgabe der Schaffung einer Vorrichtung und eines Verfahren gelöst, womit mit der eigenen Masse eines Sensorsystems in einem Torsionssystem beständig eine aus dem Gravitationsfeld der Erdschwere im Nanoenergiebereich gewonnene gravimetrische Energie in mechanische Schwingungsenergie der Sensormasse umgewandelt ist für stabile Mikrovergrößerung zur Verbesserung der Sicherheit und der Genauigkeit der Messungen von Relativbewegungen der Massen zueinander im Mikrofrequenzbereich mit einem technischen Verfahren der Absolutmessung der Sinkhöhe, der Amplitudenlänge, und des Amplitudenwinkels, das mit einem bekannten Feinmeßinstrument technisch nicht durchzuführen ist.
• Das Verfahren der Durchführung der Echtzeit- und Absolutmessung mikrofrequenter Verschiebungslängen der Gleichgewichtslage des Schwerpunktes mit vergrößerten millifrequenten Amplitudenlängen des Schwingpunktes der Testmasse des Testkörpers
• Die 1 zeigt die Horizontalsequenz der Echtzeit- und Absolutmessung der mikrofrequenten Signalamplitude der Gleichgewichtslage des Schwerpunktes der Testmasse des Meß- und Testkörpers im Mikrofrequenzbereich von 17,64 µHz bis 61,67 µHz während einer 3-tägigen Ausführung des Verfahrens vom 09.2-12.02.2000.
• Die kleinste Signal-Verschiebungslänge des Positionssignals der Gleichgewichtslage des Schwerpunktes ist mit 70 mm am 10.02.2000 zwischen Nadirnähe (00:49) und Horizontnähe (06:46) der Sonne mit der Verschiebungs- und Amplitudenfrequenz von 46,69 µHz absolut gemessen; die Signal-Verschiebungslänge des Positionssignals der Gleichgewichtslage des Schwerpunktes ist mit 452 mm zwischen Horizontnähe (06:46) und kurz nach Zenitnähe der Sonne am 10.02.2000 mit der Verschiebungs- und Amplitudenfrequenz von 34,01 µHz absolut gemessen.
• Die 2 zeigt die Horizontalsequenz der Echtzeit- und Absolutmessung der mikrofrequenten Mikroamplitude der Gleichgewichtslage des Schwerpunktes der Testmasse vor dem Hintergrund der millifrequenten Schwingungen des Schwingungsmittelpunktes der Testmasse mit dem Verfahren der mechanischen Amplitudenverstärkung mit gravimetrischem Sinkenergiepotential.
• Die kleinste Länge der Verschiebung der Gleichgewichtslage des Schwerpunktes ist mit 857 µm am 10.02.2000 zwischen Nadirnähe (00:49) und Horizontnähe (06:46) der Sonne mit der Verschiebungs- und Amplitudenfrequenz von 46,69 µHz und mit dem Verschiebungs- und Amplitudenwinkel von 8235 µrad absolut gemessen; die Länge der Verschiebung der Gleichgewichtslage des Schwerpunktes ist mit 5032 µm zwischen Horizontnähe (06:46) und kurz nach Zenitnähe der Sonne mit der Verschiebungs- und Amplitudenfrequenz von 34,01 µHz und mit dem Verschiebungs- und Amplitudenwinkel von 8235 µrad absolut gemessen.
• Die 3 zeigt die Horizontalsequenz der Echtzeit- und Absolutmessung der Amplitudenlänge der millifrequenten Signalamplitude des Schwingpunktes der Testmasse mit dem Sinkenergiepotential des Schwerpunktes der Testmasse - der Übersichtlichkeit der Darstellung wegen unter Fortlassung der mit 1 und mit 2 gezeigten mikrofrequenten Verschiebungsamplitude des Schwerpunktes - mit der kleinsten absolut gemessenen millifrequenten Signal-Amplitudenlänge des Positionssignals der Umkehr- und Verharrenslage des Trägheitskraftzentrums und Schwingungsmittelpunktes mit 15,5 mm um 04:18 am 11.02.2000 zur Zeit des nahe zusammentreffenden Durchganges der Sonne und das Mondes unter dem Horizont und mit der größten absolut gemessenen millifrequenten Signal-Amplitudenlänge des Trägheitskraftzentrums und Schwingungsmittelpunktes mit 204,4 mm um 17:24 am 09.02.2000 zur Zeit infrafrequenter spürbarer Mitschwingung des Fundamentes und der umliegenden baugeologischen Infrastruktur infolge starker atmosphärischer Luftdruckschwankung durch Sturmböen.
• Die 4 zeigt die Horizontalsequenz der Echtzeit- und Absolutmessung der millifrequenten Mikroamplituden des Trägheitskraftzentrums und Schwingpunktes der Testmasse - wieder unter Weglassung der in 1 und 2 gezeigten gleichzeitigen mikrofrequenten Verschiebungsbewegung des Gewichtskraftzentrums und Schwerpunktes - mit kleinster absolut gemessener Länge der Mikroamplitude mit 199 µm um 04:18 am 10.02.200 zur Zeit des nahe zusammentreffenden Durchganges von Sonne und Mond unter dem Horizont des topozentrischen Horizontalsystems des Beobachters, und mit größter Amplitudenlänge von 2628 µm um 17:24 am 09.02. 2000 während des Durchzuges der winterlichen Sturmfront durch das Stadtgebiet.
• Die 6 beschreibt die Ausführung des Verfahrens genauer im Zusammenhang der infolge der physikalischen Gleichzeitigkeit des Ablaufes der horizontnahen Verschiebungsbewegung des Schwerpunktes, des Ablaufes der lotnahen Sinkbewegung des Schwerpunktes, und des Ablaufes der horizontnahen Drehbewegung des Schwingpunktes technisch getrennt ausgeführten, vorgenannten charakteristischen sequentiellen Absolutmessungen, mit
• - der Horizontalsequenz der Längen-/Winkelmessung der mikrofrequenten Verschiebung Gleichgewichtslage des Schwerpunktes,
• - der Horizontalsequenz der Längen-/Winkelmessung der millifrequenten Schwingung der Umkehrlage des Schwingpunktes, und
• - der Vertikalsequenz der Längen-/Winkelmessung der Sinkhöhe der Gleichgewichtslage des Schwerpunktes der Testmasse des Testkörpers mit dem Mikroamplitudenmeter
• - mit den Protokolldaten des Datums, der Ortszeit, und der Zeitdauer der technischen Ausführung des Verfahrens mit charakteristischen Meßgrößen des Verfahrens der Absolutmessung der Mikroamolituden der Testmasse des Testkörpers mittels der vier charakteristischen Meßmarken des Schwerpunktes, des Schwingpunktes, des Drehpunktes, und der Standmarke(n) des Stehlagers des Torsionslagers des Mikroamplitudenmeter, mit
  • (1) der Meßgröße der Länge λ' der millifrequenten Signalamplitude des Schwingpunktes in Spalte 5,
  • (2) der Meßgröße der Länge x' der mikrofrequenten Signalamplitude des Schwerpunktes in Spalte 6,
  • (2) der Meßgröße der Länge y' der Signalamplitude der Sinkhöhe des Schwerpunktes in Spalte 7,
  • (4) der Meßgröße der Länge y der Sinkhöhe des Schwerpunktes in Spalte 8,
  • (5) der Meßgröße der Länge λ der millifrequenten Mikroamplitude des Schwingpunktes in Spalte 9,
  • (6) der Meßgröße des Amplitudenwinkels α der millifrequenten Mikroamplitude des Schwingpunktes in Spalte 10,
  • (7) der Meßgröße der Länge x der Sinkhöhe des Schwerpunktes in Spalte 11, und
  • (8) der Meßgröße des Verschiebungs-/ Amplitudenwinkels β der mikrofrequenten Mikroamplitude des Schwerpunktes in Spalte 12.
• Die Umsetzung eines praktisch kraftrückwirkungsfreien Signalregistrierungssystems des Positionssignals der Relativbewegung der Testmasse des Testkörpers gegen die Chassisfestlager des Torsionslagers zum Signalaufnehmer
• Der photoelektrische Signalabgriff mit elektromagnetischer Lichtenergie ist im Stand der Technik bekanntlich der einzige ist, der praktisch keinerlei Kraftrückwirkung auf eine Testmasse in einem hochempfindlichen Feinmeßinstrument mit gravimetrischen Meßgrößen der Änderung der Wirkung der Schwerkraft einer Testmasse ausübt. ^[21]
• Die Signalübertragung mit Lichtgeschwindigkeit mit elektromagnetischer Laserenergie ist dabei im Stand der Technik das Mittel der Wahl einer Echtzeit- und Absolutmeßverfahren mit sequentieller winkeltreuer Amplitudenwinkelmessung und maßstabstreuer Amplitudenlängenmessung der Mikroamplitude des Schwerpunktes und der Mikroamplitude des Schwingpunktes der Testmasse des Meß- und Testkörpers in einem hochempfindlichen Torsionslager mit praktisch kraftrückwirkungsfreier Signalregistrierung.
• Damit ist erfindungsgemäß eine technische Lösung zu schaffen für ein Verfahren der sequentiellen Echtzeit- und Absolutmessung der vorgenannten acht Meßgrößen mit automatischer Auflösung der Absolutpositionierung mit selbstätiger Absolutpositionierung mit dem Verfahren mechanischer Amplitudenverstärkung mit der Sinkhöhe des Schwerpunktes der Testmasse.
• Zur Lösung dieser Aufgabe wurde eine technische Anordnung von Signalgeber und Signalaufnehmerskala entwickelt, womit die praktisch kraftrückwirkungsfreie Signalübertragung des Positionssignals der Testmasse mit einem mit dem Testkörper mitbewegten Signalgeber im/am Testkörper und mit dem Signalgeber mitsinkenden Positionierungssignals des Positionssignals auf einer Signalaufnehmerskala mit einer unveränderlich konstant gleichbleibenden Relativgeschwindigkeit der Signalaufnehmerskala gegen die Standmarke(n) der Chassisfestlager des Torsionsgehänges technisch durchzuführen und stabil aufrecht zu erhalten ist.
• Nach dem Vorstehenden ist vollkommen klar, daß diese Aufgabe mit einer bekannten Signalaufnehmerskala mit einer Vorschubgeschwindigkeit von Mikrometer je Sekunde - 7 zeigt ein aus [Lit.16] und aus [Lit.17] bekanntes Beispiel einer solchen Registrierung mit dem im Stand der Technik vielleicht empfindlichsten transportablen Horizontalpendel - nicht zu lösen ist. Und daß diese Aufgabe mit dem elektronischen Feedback-Abgriff oder mit dem kapazitiven elektrischen Signalabgriff wegen der Kraftrückwirkung auf die Testmasse nicht zu lösen ist.
• Erfindungsgemäß ist die Aufgabe der sequentiellen winkeltreuen Amplitudenwinkelmessung und der längentreuen Amplitudenlängenmessung der Mikroamplituden des Schwerpunktes und des Schwingpunktes der Testmasse des Testkörpers mit einem in alle vier Richtungen des Freiheitsgrades der Bewegung des Testkörpers mitbewegten Positionssignalgeber mit dem Testkörper im/am Testkörper technisch zu lösen: In lotrechter Richtung mit der Sinkgeschwindigkeit des Schwerpunktes und in seitlicher Richtung mit der Amplitudengeschwindigkeit des Schwingpunktes und mit der Verschiebungsgeschwindigkeit des Schwerpunktes mit der Absolutpositionierung eines Positionierungssignals eines elektromagnetischen Positionssignals mit der Auftreffenergie bzw. dem Auftreffmuster des Positionssignals auf eine stabil in relativer Ruhe erhaltene mechanische Signalaufnehmerskala während des gleichzeitigen Ablaufes der Mikrobewegung des Schwerpunktes und Schwingpunktes im/am Lagerchassis des Torsionslagers.
• Die erfindungsgemäße Vorzugslösung besteht aus (1) einem elektromagnetischen Hochfrequenzsender im/am Testkörper, z.B. ein Laserdiodensystem mit Fokussierungsoptik als Signalstrahl-Führungssystem: Damit ist die Forderung nach winkeltreuer Positionssignalführung vom Testkörper zur Signalaufnehmerskala in alle Freiheitsgrade der Bewegung des Testkörpers erfüllt; und aus (2) einer mechanischen Signalaufnehmer-Skalafläche am Ende des Übertragungsweges der Signalenergieübertragung mit Signal-Lichtgeschwindigkeit mit der Relativgeschwindigkeit Null einer mechanischen Skalafläche gegen die wenigstens eine Standmarke im/am das Lagerchassis, ausgeführt mit einem Signalenergie-Aufnahmemedium der Wahl.
• Eine Vorzugsausführung besteht aus einem optisch passiven oder optisch aktiven Aufnahmemedium der Signalenergie mit einer in eine stabile Form gekrümmten Skala-, Raster-, Gitter- oder Zeilen-Spalten-Skalastruktur der Positionierungselemente der Signalenergie, ausgebildet z.B. mit einer Papierskalafläche mit Quadratmillimeterskala: Damit ist die zweite Forderung der maßstabtreuen Amplitudenlängenmessung mit einer Signalenergieübertragung mit Lichtgeschwindigkeit erfüllt. Denn die Skalafläche ist mit einem Krümmungsradius der Signalaufnahmefläche technisch zu formen, dessen Krümmungsmittelpunkt der Innenlagermittelpunkt des Testkörpers ist. Das ist mit einer Papierskalafläche relativ einfach zu realisieren.
• Eine andere technische Vorzugsausführung ist ein optisch aktives Signalaufnehmermedium mit fotoelektrischer oder fotoelektronischer Signalaufnehmerfläche mit mechanischer Skalastruktur mit Fotodioden- oder Fototransistor-Struktur oder mit ladungselektrisch gekoppelter Sensorstruktur mit CCD-Array oder CMOS-Array mit digitalelektronischer Signalverarbeitungsvorrichtung des Absolutpositionierungssignals mit fotoelektrischer, fotoelektronischer, oder ladungselektronischer Absolutpositionierungssignalenergie in ein Bildsignal mit elektronischer Echtzeitaufzeichnung des Bildsignals mit einem Monitor.
• Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel ist ausgeführt mit einer optisch passiven Signalaufnahmefläche mit einem Quadratmillimetergitter mit 2.000.000 Zeilen-Spalten-Elementen mit 2000 Zeilenelementen mit der Zeilenlänge von 2 Meter und mit 1000 Spaltenelementen mit der Spaltenhöhe von 1 Meter mit dem Abstand der Signalaufnahmefläche von 8,5 Meter Millimeter vom Drehpunkt d es Testkörpers im Innenlagermittelpunkt der Innenlager des Torsionslagers mit mechanischer Absolutpositionierung der Verharrens- und Umkehrungspositionen des Laserlichtmusters des Positionssignals mit Faserstiftmarkierung (±0,3 mm) der Verharrenslage des Laserlichtmusters und Umkehrungsrichtung der Laufrichtung des Positionssignals der millifrequenten Signalamplituden mit der Feinstruktur des Laserlichtmusters auf der Auftreffläche im Quadratmillimetergitter.
• Vorläufige Beschreibung der physikalischen Grundlage und des physikalischen Prinzip der mechanischen Amplitudenverstärkung und Verifizierung mit den Daten der Absolutmessung der Mikroamplituden eines Mikroamplitudenmeters
• Liste der verwendeten Kurzzeichen und Überblick der Daten der technischen Ausführung des Verfahrens
• Verwendete Kurzzeichen

L_o -

Skalaabstand vom Innenlagerdrehpunkt des Testkörpers

R_o -

Schwerpunktabstand vom Innenlagerdrehpunkt des Testkörpers

r_o -

Schwingpunktabstand vom Innenlagerdrehpunkt des Testkörpers

x' -

Länge des Signalweges des Positionssignals der Amplitude des Gewichtskraftzentrums auf der Signalaufnehmerskala

y' -

Länge des Signalweges des Positionssignals der Sinkhöhe des Gewichtskraftzentrums auf der Signalaufnehmerskala

λ' -

Länge des Signalweges des Positionssignals der Amplitude des Trägheitskraftzentrums auf der Skala

x -

Länge der Verschiebungsamplitude des Gewichtskraftzentrums der Testmasse

β -

Verschiebungswinkels der Verschiebungsamplitude des Gewichtskraftzentrums der Testmasse

y -

Länge des Sinkhöhe des Gewichtskraftzentrums der Testmasse

λ -

Länge der Amplitude des Trägheitszentrums der Testmasse

τ -

Schwingungsdauer des Torsionssystems

ν -

Eigenfrequenz der Eigenschwingung des Trägheitszentrums des Meßkörpers

m_o -

Testmasse des Testkörpers

m'_o -

Vordermasse der Testmasse des Testkörpers

v_o -

Zuwachsgeschwindigkeit des Trägheitszentrums mit dem Energiepotential der Sinkhöhe des Gewichtskraftzentrums

t -

Zeitdauer der Durchführung des Aufzeichnungs- und Registrierungsverfahrens

τ_o -

Schwingungsdauer des Torsionssystems:

v_o -

Schwingungsfrequenz der Schwingungsperiode des Trägheitskraftzentrums der Testmasse

τ_o -

Schwingungsdauer des Torsionssystems

ν -

Mikrofrequenz der Verschiebungsperiode des Gewichtskraftzentrums der Testmasse

• Überblick der Daten der technischen Ausführung des Verfahrens

  - Anfangsrichtung am Beginn der Registrierung	Süd-Ost (~ 45°gegen Ost)
  - Standort der Meßstation	geogr. Breite: 54,083° N, geogr. Länge: 12,095° 0
  - Zeitzone der Registrierung:	Mitteleuropäische Zeitzone (MEZ)
  - Datum der Registrierung:	09.02.2000 - 12.02.2000
  - Testmasse im Torsionssystems:	mo = 0,04478 kg
  - Vordermasse der Testmasse im Torsionssystem:	m∞ = 0,03970 kg
  - Schwingpunktabstand vom Innenlagerdrehpunkt:	ro = 109,28 mm
  - Schwerpunktabstand vom Innenlagerdrehpunkt:	Ro = 104,06 mm
  - Abstand Schwingpunkt - Schwerpunktabstand	Δo = 5,22 mm
  - Skalaabstand vom Innenlagerdrehpunkt:	ℓ = 8500 mm
  - Schwingungsdauer des Torsionssystems:	τo = 31,195 s ± 0,415 s
  - Schwingungsfrequenz des Torsionssystems:	ν0= 32,06 mHz ± 0,42 mHz

  Die Übersicht der verwendeten Bezugszeichen und Kurzzeichen ist auf einem gesondertem Blatt aufgeführt.
• Vorläufige Beschreibung der physikalischen Grundlage und des physikalischen Prinzips des Verfahrens der mechanischen Amplitudenverstärkung mit dem Energieerhaltungssatz und Verifizierung mit den Meßgrößen der technischen Ausführung des Verfahrens mit dem Mikroamplitudenmeter
• Die Größenordnung des Mittelwertes der Vergrößerung λ_o der Amplitudenlänge der millifrequenten Mikroamplitude des Schwingpunktes der Testmasse der Testkörpers mit dem Verfahren der mechanischen Amplitudenverstärkung mit der Zuwachsgröße der gravimetrischen Energiepotentials mit der Sinkhöhe des Schwerpunktes der Testmasse des Meß- und Testkörpers des Mikroamplitudenmeters ergibt sich nach dem Energieerhaltungssatz mit dem Ansatz: $$\underset{\begin{array}{cc}\left(\text{Trägheitsyentrum}\right)& \left(\text{Torsionskörper}\right)\end{array}}{{\displaystyle \text{Schwingungsenergie minus Torsionsarbeit}}}=\underset{\left(\text{Gewichtszentrum}\right)}{{\displaystyle \text{freigesetzte potentielle Energie}}}$$

  
• Da die Verdrillungsarbeit der Tordierung bzw. Verdrehung der Torsionskörpers in einem hochempfindlichen Torsionslagers von praktisch vernachlässigbarer Größenordnung ist gegen die Arbeit der Vergrößerung λ_o der Amplitudenlänge der Mikroamplitude der im Schwingpunkt vereinigt wirkenden trägen Masse der Testmasse mit einer Zuwachs- oder Vergrößerungsgeschwindigkeit v₀ der Amplitudengeschwindigkeit des Schwingpunktes zwischen den Verharrens- und Umkehrungslagen der Testmasse am Amplitudenende, so ergibt sich unter Vernachlässigung dieser Verformungsarbeit, und mit der im Stand von Wissenschaft und Technik üblichen allgemein anerkannten Annahme praktischer Ununterscheidbarkeit von träger Masse in bezug auf das Wirkungszentrum eines in horizontnaher Drehebene hin- und schwingenden Trägheitskraftzentrums und von gewägter Masse in bezug auf das Wirkungszentrum eines in vertikaler Drehebene langsam sinkenden Gewichtskraftzentrums der Ansatz: $$\frac{1}{2}\cdot {\text{m}}_{\text{o}}^{\text{'}}\cdot {\mathrm{\upsilon }}_{\text{o}}^{\text{2}}\approx {\text{m}}_{\text{o}}^{\text{'}}\cdot {\text{g}}_{\text{o}}\cdot \text{y}\cdot \left(\frac{1}{2}\mathrm{\tau }/\text{t}\right)$$

  

  wobei y die gesamte Länge des Sinkweges des Gewichtskraftzentrums der im Gewichtskraftzentrums bzw. Schwerpunkt vereinigt wirkenden Gewichtskraft oder Schwerkraft der Testmasse vor dem Vorderlager des Testkörpers während der gesamten Zeitdauer t der Durchführung des Registrierungsverfahrens bedeutet.
• Aus 1 entnimmt man: t = 264600 Sekunden, d.h., die gesamte Registrierungsdauer beträgt 3,063 Tage.
• Aus 2 entnimmt man: y = 7720 Mikrometer, d.h. der gesamte Sinkweg des Gewichtszentrums während der gesamten Registrierungsdauer beträgt 7,72 Millimeter.
• Aus 5 entnimmt man: τ = 31,195 Sekunden für die Horizontalperiode und Δτ = ± 0,415 Sekunden für die Schwankungsbreite der Schwingungungsdauer während der gesamten Registrierungsdauer.
• Die Umformung des vorstehenden Ansatzes ergibt aufgrund der vorgenannten üblichen Annahme der Ununterscheidbarkeit oder „Identität“ von träge Masse der Testmasse des schwingenden Testkörpers gleich schwere Masse des sinkenden Testkörpers gleich gewägte Masse des ruhenden Testkörpers auf der Waage eine erhebliche Vereinfachung.
• Damit verschwindet die gewägte Masse als auf eine beiden Seiten gleiche Größe aus der Rechnung: $$\frac{1}{2}{\mathrm{\upsilon }}_{\text{o}}^2\approx {\text{g}}_{\text{o}}\cdot \text{y}\cdot \left(\frac{\text{1}}{2}\mathrm{\tau }/t\right)$$

  
• Als Zwischenergebnis ergibt sich eine bereits sehr einfache Näherungsbeziehung von der Form: $$4\cdot {\mathrm{\lambda }}_{\text{o}}^2/{\mathrm{\tau }}_{\text{o}}^2\approx {\text{g}}_{\text{o}}\cdot \text{y}\cdot \left(\mathrm{\tau }/\text{t}\right)$$

  

  wobei g_o die technische normative Gewichtsbeschleunigung der Wägung der Testmasse bedeutet, normiert z.B. gemäß DIN 1305 [Lit.18] nach Eichanweisung 9 für eine Waage, deren Meßergebnis von der Fallbeschleunigung [Lit.19] abhängt, mit der Fallbeschleunigung in der Eichregion der Waage, womit die Testmasse gewägt ist. Die für die Verfahrensausführung bevorzugt verwendete Einarmige Torsionswaage ist eine solche Waage, weil die gravimetrische Energieverstärkung mit der damit vergleichbar gemessenen Gewichtskraft der Testmasse ausgeführt ist, beziffert mit regionaler Fallbeschleunigung (Ausführungsregion: Rostock, φ = 54,083°) oder mit örtlichem Schwerewert g_o des nationalen Schwerenetzes (Deutsches Schweregrundnetz 1994) mit hinreichender Genauigkeit hier in gerundeter Größe mit: g_o = 9,814 m/s².
• Aufgelöst nach dem Mittelwert der Zuwachs-oder Vergrößerungsgröße λ_o der Amplitudenlänge der Schwingungsamplitude der Testmasse mittels gravimetrischer Energieverstärkung ergibt sich eine Bestimmung des vorgenannten Erwartungswertes ausschließlich durch sicher bekannte Meßgrößen - mit der Meßgröße der Fallbeschleunigung, gemessen mit einem im Stand der Technik bekannten Absolutgravimeter; und mit der Meßgröße der Amplitudenlänge der Mikroamplitude des Schwingpunktes der Testmasse, gemessen mit dem erfindungsgemäßen technischen Verfahren mit sequentieller Absolutmessung der Länge der Mikroamplituden mit einem Mikroamplitudenmeter - mit einer Näherungsgleichung von der Form: $${\mathrm{\lambda }}_{\text{o}}\approx \frac{1}{4}\cdot {\mathrm{\tau }}_{\text{o}}\cdot \sqrt{{\text{g}}_{\text{o}}\cdot \text{y}\cdot \left(\mathrm{\tau }/\text{t}\right)}$$

  
• Durch Einsetzung der damit bekannten Größen ergibt sich der Erwartungswert der mechanischen Amplitudenverstärkung über die gesamte Registrierungsdauer von 3,063 Erdumdrehunqen in 3,063 Kalendertagen mit 495,4 Mikrometer: $${\mathrm{\lambda }}_{\text{o}}\approx \mathrm{495,4}\mu \text{m}$$

  
• Der tatsächlich registrierte arithmetische Mittelwert über alle 49 sequentiellen Echtzeitmessungen und Absolutmessungen der Amplitudenlänge aller Schwingungsamplituden des Schwingpunktes - zwischen der Anfangsposition am 09.02.2000 um 15:28 bis zur Endposition am 12.02.2000 um 16:58 beträgt 835,7 Mikrometer: $$\mathrm{\lambda }=\mathrm{835,7}\mu \text{m}$$

  
• Die mittlere Schwankung um diesen Mittelwert, beziffert mit der Standardabweichung der statistischen Normalverteilung nach G_AUSS' scher Methode, beträgt ± 451 Mikrometer: $$\mathrm{\Delta \lambda }\approx \pm \mathrm{451}\mu \text{m},$$

  
• Der Unterschied zum Mittelwert aller 49 Absolutmessungen aus 49 Einzelregistrierungen beträgt 340,3 Mikometer: $${\mathrm{\lambda }}_{\text{o}}^{\text{'}}=\left(\mathrm{\lambda }-{\mathrm{\lambda }}_{\text{o}}\right)\approx \mathrm{340,3}\mu \text{m},$$

  
• Das bedeutet eine technisch realisierte Gravimetrie-Amplitudenverstärkung „G“ von $$\text{G}=\left(\mathrm{\lambda }/{\mathrm{\lambda }}_{\text{o}}^{\text{'}}\right)=\left(\mathrm{835,7}\mathrm{\mu }\text{m}/\mathrm{340,3}\mathrm{\mu }\text{m}\right)\approx 246\%$$

  
• Damit ist die Übereinstimmung von Theorie und Messung offenkundig.
• Figurenliste
• 1 - Ausführungsbeispiel Sequentielle Absolutmessung der Sinkhöhe und der Länge der Signalamplituden der mikrofrequenten Mikroamplituden des Schwerpunktes der Testmasse eines Testkörpers mit der Absolutpositionierung mit einem Lasersignal mit einer Signalaufnehmerskala mit der Relativgeschwindigkeit Null gegen die Standmarken der Stehachse des Torsionslagers mit mechanischer Amplitudenverstärkung von 246 % mit dem mechanischen Mikroamplitudenmeter des Positionssignals im Millimeter-Mikrofrequenz-Bereich x' - Länge der Verschiebungsamplitude des Gewichtskraftzentrums der Testmasse β - Verschiebungswinkel der Verschiebungsamplitude des Gewichtskraftzentrums der Testmasse
• 2 - Ausführungsbeispiel Sequentielle Absolutmessung der Sinkhöhe und der Länge der mikrofrequenten Mikroamplituden des Schwerpunktes der Testmasse des Testkörpers mit der mechanischen Amplitudenverstärkung von 246 % mit dem mechanischen Mikroamplitudenmeter im Mikrofrequenz-Mikrometer-Mikroradiant-Bereich x - Länge der Verschiebungsamplitude des Gewichtskraftzentrums der Testmasse β - Verschiebungswinkel der Verschiebungsamplitude des Gewichtskraftzentrums der Testmasse
• 3 - Ausführungsbeispiel Sequentielle Absolutmessung der Sinkhöhe des Positionssignals des Schwerpunktes und der Länge der millifrequenten Signalamplituden der Mikroamplituden des Schwingpunktes der Testmasse des Testkörpers mit der mechanischen Amplitudenverstärkung von 246 % mit dem mechanischen Mikroamplitudenmeter im Millifrequenz-Millimeter-Mikroradiant-Bereich λ' - Länge der Signalamplitude der Schwingungsamplitude des Trägheitskraftzentrums der Testmasse α - Amplitudenwinkel der Signalamplitude der Schwingungsamplitude des Trägheitskraftzentrums der Testmasse
• 4 - Ausführungsbeispiel Sequentielle Absolutmessung der Sinkhöhe des Schwerpunktes und der Länge der millifrequenten Mikroamplituden des Schwingpunktes der Testmasse des Testkörpers mit der mechanischen Amplitudenverstärkung von 246 % mit dem mechanischen Mikroamplitudenmeter im Millifrequenz-Millimeter-Mikroradiant-Bereich λ - Länge der Signalamplitude der Schwingungsamplitude des Trägheitskraftzentrums der Testmasse α - Amolitudenwinkel der Signalamplitude der Schwingungsamplitude des Trägheitskraftzentrums der Testmasse
• 5 - Ausführungsbeispiel Tabellarische Zusammenfassung der Meßgrößen und der technischen Daten der bevorzugten technischen Ausführung des Verfahren der sequentiellen Absolutmessung millifrequenter Mikroamplituden des Schwingpunktes und der mikrofrequenten Mikroamplituden des Schwerpunktes der Testmasse des Testkörpers mit der mechanischen Amplitudenverstärkung von 246 % mit dem mechanischen Mikroamplitudenmeter
• 6 - Bekannter Stand der Technik Elektrische Relativmessung millifrequenter Mikroamplituden eines Seismographen mit einer Induktionsskala
• 7 - Ausführungsbeispiel Bekannter Stand der Technik Fotomechanische Relativmessung mikrofrequenter Mikroamplituden eines Horizontalpendels mit einer Drehspiegel-Signalregistrierung mit einer Fotopapierskala mit einer Signalauflösung mit einer Drehwalze mit der Drehgeschwindigkeit von 1,7 µm/s
• Fundstellen zum Stand der Technik
• Patentliteratur
• US 2006/0277993 A1 Asymmetric Torsion Balance Gravimeter
• US 4 581 932 A Tuned Borehole Gravity Gradiometer
• CN 101510094 A Double torsion pendulum test device without drag control
• EP 1 122 511 A2 Measuring displacement between two relatively movable structures
• EP 0 211 627 A2 Displacement sensor having a display data output
• US 4 255 969 A Ring Laser Gravity Gradiometer
• DD 275 747 A1 Geneigtes Vertikalseismometer vom Blattfedertyp
• DD 273 514 A1 Geophon
• WO 99/60425 A1 Einarmige Torsionswaage
• EP 1 240 534 B1 Elastisches Kraftlager für Einarmige Torsionswaagen und Torsionsschwerependel
• Nicht-Patentliteratur
• [Lit.1] SCHLAMMINGER, S., HAGEDORN, C.A, et. al.: High Sensitivity Torsion Balance Tests for LISA Proof Mass Modeling
• [Lit.2] Schlußbericht zum DFG-Forschungsprojekt: Analyse der Zeitreihen lokaler Rotationssensoren - KLÜGEL, Thomas, Fundamentalstation Wettzell, 2001
• [Lit.3] Realisierung des Großringlasers G auf der Fundamentalstation Wettzell - T. KLÜGEL, U. SCHREIBER, M. SCHNEIDER, Forschungseinrichtung Satellitengeodäsie, TU München, u. a.; Forschungsgruppe Satellitengeodäsie: Begutachtung des Forschungs- und Entwicklungsprogramms 2001 - 2005
• [Lit.4] Grundlagen der Geotechnik, SCHMIDT, Hans-Hennig, S. 279 - 523, Stuttgart 1996
• [Lit.5] Leica GeoMoS Monitoringsoftware - http://www.leica-geosystems.com/de/Leica-GeoMoS_4802.htm
• [Lit.6] DIN 4150, Teil 2 - Einwirkung auf Menschen in Gebäuden, Teil 3 - Einwirkung auf bauliche Anlagen
• [Lit.7] 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
• [Lit.8] Leben auf einem Wackelpudding, 2004, Wettzell e .V. (GIZ), Quelle: http://www.giz.wettzell.de/Presse/pressemitteilung_20040206.html
• [Lit.9] Seismometer - Erdbeben auf der Spur, in: Erfinderaktivitäten 2009, Deutsches Patent- und Markenamt München 2010,
• [Lit.10] SEIDL, D./ AICHELE, H.: Zur Geschichte des Seimologischen Zentralobservatoriums Gräfenberg, Quelle: http://www.dgg-online.d/geschichte/ birett/Band2G...
• [Lit.11] STS-2 sucessor: The STS-2.5 - World-standard... ; Herausgeber: Streckeisen GmbH, Daettlikonerstr. 5, CH-8422 Pfungen, Switzerland, 2010
• [Lit.12] Handbuch Lennartz-LE-xD-Seismometer (DIN 45669 Klasse 1), Doc.-Nr. 990-0043D; Lennartz-electronic GmbH, D-72072 Tübingen
• [Lit.13] Installation guidelines, UC Berkeley Seismology Laboratory - University of California; Quelle: ftp://quake.geo.berkeley.edu/outgoing/installation/bi_guide.ps.gz
• [Lit.14] 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
• [Lit.15] GRAF, Anton: Handbuch der Vermessungskunde, Band Va, Gravimetrische Instrumente und Messmethoden, Stuttgart 1967, S. 133
• [Lit. 16] NASA TT F-8782, Washington 1965, S,78 ff.
• [Lit.17] GRAF, Anton: Handbuch der Vermessungskunde, Band Va, Gravimetrische Instrumente und Messmethoden, Stuttgart 1967, S. 234
• [Lit.18] DIN 1305 - Masse, Wägewert, Gewichtskraft, Gewicht, Last
• [Lit.19] PTB - Eichanweisung 9, 15. Juli 1999, Seite 2 , 5.3.1.1 Fallbeschleunigungszonen (90/384/EWG Anhang II Nr. 5)

Claims (7)

1. Mikroamplitudenmeter, gekennzeichnet durch eine sequentielle Absolutmessung der Länge, des Drehwinkels, und des Sinkwinkels der Mikrobewegung und der Mikroamplituden eines Meßkörpers oder Testkörpers in Meter und in Radiant mit regelmäßig wenigstens drei Meßmarken des Drehpunktes des Testkörpers und des Schwerpunktes und des Schwingpunktes einer Testmasse des Testkörpers mit einem elektromagnetischen Positionssignal mit einer automatischen Absolutpositionierung auf eine Signalaufnehmerskala mit Aufnehmerelementen des Positionssignals mit der Relativgeschwindigkeit Null gegen wenigstens eine chassisfeste Standmarke des Lagersystems des Drehpunktes des Testkörpers.
2. Mikroamplitudenmeternach Anspruch 1, gekennzeichnet durch - eine mechanische Amplitudenverstärkung der Mikroamplituden des Schwingpunktes der Testmasse des Testkörpers mit dem gravimetrischen Energiepotential des Schwerpunktes der Testmasse im Schwerkraftfeld des Erdkörpers mit absoluter Sinkhöhe des Schwerpunktes der Testmasse in einer Mikroamplitude des Schwingpunktes der Testmasse im Meßbereich Mikrometer, oder Nanometer, oder Picometer, - mit einem Absenksystem des Schwerpunktes der Testmasse in einer Mikroamplitude des Schwingpunktes der Testmasse um Mikrometer, oder Nanometer, oder Picometer.
3. Mikroamplitudenmeter nach Anspruch 1 und/oder Anspruch 2, gekennzeichnet durch 3.1. eine Testmasse des Testkörpers an wenigstens einem Aufhängungs- und Torsionsfaden mit der Gewichtskraft des Testmasse; 3.2. eine Sinkgeschwindigkeit des Schwerpunktes der Testmasse gegen wenigstens ein chassisfestes Haltelager des wenigstens einen Aufhängungs- und Torsionsfadens mit der Gewichtskraft der Testmasse mit einer Dehnungskraft und Dehnungsgeschwindigkeit eines Torsionsfadens aus einem rheologischen Material mit der Gewichtskraft der Testmasse; 3.3 eine Absolutpositionierung eines elektromagnetischen Positionssignals der Sinkhöhe, des Drehwinkels und Verschiebungslänge des Schwerpunktes der Testmasse, und des Amplitudenwinkels und der Amplitudenlänge des Schwingpunktes der Testmasse mit einem Signalregistrierungssystem mit einem Signalgeber des Positionssignals am Testkörper mit einer Signalaufnehmerskala mit der Relativgeschwindigkeit Null der Aufnehmerelemente des Positionssignals gegen die Standmarke des Lagersystems des Torsionslagers im/am Gerätechassis; 3.4 eine mechanische Amplitudenverstärkung der seitlichen Mikroamplituden des Schwingpunktes der Testmasse um den Aufhängungs- und Torsionsfaden mit dem gravimetrischen Energiepotential des Schwerpunktes der Testmasse mit dem Absenksystem der Testmasse; 3.5 eine automatische Auflösung der Absolutpositionierung der Signalamplituden des Positionssignals der Mikroamplituden des Schwerpunktes der Testmasse und des Schwingpunktes der Testmasse mit der Sinkgeschwindigkeit des Positionssignals auf der vorgenannten Signalaufnehmerfläche mit der Sinkgeschwindigkeit des Schwerpunktes der Testmasse gegen das wenigstens eine chassisfeste Haltelager des wenigstens einen Torsionsfadens mit dem Absenksystem der Testmasse.
4. Lager- und Absenksystem der Testmasse eines Testkörpers eines Mikroamplitudenmeters nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Torsionslagersystem des Drehpunktes des Testkörpers mit zwei dehnbaren hochpolymeren Torsionsfäden mit zwei Haltelagern im/am Gerätechassis und zwei Haltelagern im/am Testkörper mit einem Kraftverstärkungs- und Kraftumwandlungssystem der Gewichtskraft der Testmasse in eine Dehnungskraft der Torsionsfäden des Torsionssystems mit einer Dehnungsgeschwindigkeit regelmäßig im Bereich Nanometer je Sekunde mit einer exzentrischen Lagerung des Gewichtskraftzentrums und Schwerpunktes der Testmasse gegen die inneren Haltelager der Torsionsfäden im Testkörper mit einem regelmäßig wenigstens 10-fach kleineren Abstand der inneren Haltelager im Testkörper gegen den Abstand des Gewichtskraftzentrums und Schwerpunktes der Testmasse von den inneren Haltelagern der Torsionskörper im Testkörper mit der Hebelübersetzung der Gewichtskraft des exzentrischen Gewichtskraftzentrums der Testmasse mit einer Ausbildung des Testkörpers mit einem biegesteifen Festkörper aus Metall oder Keramik in eine Dehnungskraft der Torsionsfäden mit einer Dehnungsgeschwindigkeit regelmäßig im Bereich Nanometer je Sekunde.
5. Signalaufnehmerskala mit selbstätiger Auflösung der Signalamplituden der Mikroamplituden eines Mikroamplitudenmeters nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalaufnehmerskala mit einem mechanisch normierten Zeilen-Spalten-Tablett mit optischen, elektronischen, oder mechanischen Absolutpositionierungs- und Aufnehmerelementen der Signalenergie der Wahl mit einer CCD- oder CMOS-Signalaufnehmerskala, oder Fotodioden-/Fototransistor-Signalaufnehmerskala, oder Fotopapier-Signalaufnehmerskala, oder Quadratmillimeter-Signalaufnehmerskala, oder mit einer ähnlichen Zeilen-Spalten-Tablettskala mit einer automatischen Auflösung der Signalamplituden in der Vertikal- und Lotrichtung mit dem Absenksystem der Testmasse mit dem mitsinkenden Positionssignal auf der Signalaufnehmerfläche mit der Sinkhöhe eines im/am Testkörper angeordneten Positionssignalgebers ausgeführt ist, z.B. mit einer Laserdiode im Testkörper mit der Feinstruktur des Laserbildmusters.
6. Absenksystem des Schwerpunktes der Testmasse in einer Mikroamplitude des Schwingpunktes der Testmasse eines Mikroamplitudenmeters nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, 6.1 daß das Absenksystem mit einer mikromechanischen Absenkvorrichtung und/oder Hubvorrichtung wenigstens eines Haltelager eines Torsionsfadens gegen die Standmarke in Kombination mit dem vorgenannten Lager- und Absenksystem mit dehnbaren hochpolymeren Torsionsfäden aus rheologischem Material mit der Gewichtskraft der Testmasse ausgeführt ist; oder 6.2 daß das Absenksystem mit einer mikromechanischen Absenkvorrichtung und/oder Hubvorrichtung eines Haltelagers eines Torsionsfadens oder mehrerer Haltelager mehrerer Torsionsfäden gegen die Standmarke mittels undehnbarer Torsionsfäden aus Metall oder Quarz oder einem ähnlichen Material ausgeführt ist.
7. Signalaufnehmerskala nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalaufnehmerskala mit einem mechanisch normierten Zeilen-Spalten-Tablett mit digitalelektronischen rungs- und Aufnehmerelementen wie CCD- oder CMOS-Array oder Fotodioden- oder Fototransistor-Array weiter ausgebildet ist in einer Kombination mit einer elektronisch-digitalen Signalweiterverarbeitung für eine elektronisch-digitale Bildverarbeitung für eine Echtzeit-Monitorbeobachtung mit einem Mikrorechnersystem mit einer elektronischen Monitor-Echtzeitaufzeichnung und Displayanzeige der Signalamplituden der Mikroamplituden des Positionssignals des Testkörpers gegen das/die Haltelager des Torsionslagers der Testmasse.

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