DE102012023400A1 - Channel detection system of inertial navigation system for use in e.g. flight navigation, has inertial sensors that detect multi-dimensional measurement signal corresponding to current location of sewer pipe during movement - Google Patents

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Abstract

The system has multiple measuring probes (2-4) that comprises multiple inertial sensors (5-7) and are arranged horizontally in a row on a measuring head (1). Each inertial sensor is adapted to detect a multi-dimensional measurement signal (X-Z) corresponding to the current location of a sewer pipe during movement. One of the inertial sensors are aligned to one direction in space of the measuring probes of the measuring head, and other inertial sensor is installed at different angular position in a direction deviating from a spatial direction of the measuring probe.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kanalortungssystem mit gepaarten Inertialsensoren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a channel location system with paired inertial sensors according to the preamble of claim 1.

Inertialsensoren dienen der Messung von Beschleunigungen und Drehraten. Sie ermöglichen die Erfassung zum Teil komplexer und mehrachsiger Bewegungsvorgänge mit bis zu sechs Freiheitsgraden. Die Kombination unterschiedlicher Inertialsensoren bezeichnet man in der Mikrosystemtechnik als inertiale Messeinheiten.Inertial sensors are used to measure accelerations and yaw rates. They enable the acquisition of sometimes complex and multi-axis motion operations with up to six degrees of freedom. The combination of different inertial sensors is referred to in microsystem technology as inertial measuring units.

Eine inertiale Messeinheit ist Hauptbestandteil eines inertialen Navigationssystems. Eingesetzt werden inertiale Messeinheiten u. a. in der Flugnavigation, der Robotik sowie der Bildstabilisierung zur Bewegungsdetektion.An inertial measuring unit is the main component of an inertial navigation system. Are used inertial measuring units u. a. in flight navigation, robotics and image stabilization for motion detection.

Oft kommen bei einem Zusammenspiel mehrerer Inertialsensoren die Stärken dieser Technologie in der Anwendung hervor.In many cases, the interaction of several inertial sensors shows the strengths of this technology in the application.

Inertiale Messeinheiten werden bei der präzisen Erfassung von Drehbewegungen, Beschleunigungen und Neigungen im Raum eingesetzt. Durch die geringe Baugröße sind die im Sensor auftretenden Signale in der Regel sehr klein und benötigen im Anschluss eine Datenaufbereitung als Schnittstelle zur Weiterverarbeitung.Inertial measuring units are used to precisely detect rotational movements, accelerations and inclinations in space. Due to the small size of the signals occurring in the sensor are usually very small and require a data processing as an interface for further processing.

Inertiale Messeinheiten beinhalten in der Regel die folgenden Sensorarten:

  • • Drei orthogonal angeordnete Beschleunigungssensoren (auch als Translationssensoren bezeichnet) detektieren die lineare Beschleunigung in x- bzw. y- bzw. z-Achse. Daraus kann die translatorische Bewegung berechnet werden.
  • • Drei orthogonal angeordnete Drehratensensoren (auch als Gyroskopische Sensoren bezeichnet) messen die Winkelgeschwindigkeit um die x- bzw. y- bzw. z-Achse. Daraus kann die Rotationsbewegung berechnet werden.
Inertial measurement units typically include the following types of sensors:
  • • Three orthogonally arranged acceleration sensors (also referred to as translation sensors) detect the linear acceleration in the x, y and z axes. From this, the translational motion can be calculated.
  • • Three orthogonal yaw rate sensors (also known as gyroscopic sensors) measure angular velocity about the x, y, and z axes, respectively. From this, the rotational movement can be calculated.

Mit der auf den gleichen Anmelder zurückgehenden DE 10 2006 036 416 A1 ist ein Kanalortungssystem mit Lagenerfassungssensoren bekannt, bei dem eine Anzahl von Translationssensoren hintereinander liegend an einem Messstrang angeordnet sind, und dieser Messstrang in ein Kanalrohr eingeführt wird, wonach dann die Messung erfolgt. Jeder der am Messstrang in räumlichem Abstand hintereinander liegend angeordneten Messsensoren erzeugt ein dreidimensionales Messsignal – entsprechend den drei Raumachsen X, Y, Z – und das Messsignal aller im Abstand voneinander angeordneten Messsensoren wird zur Auswertung herangezogen.With the going back to the same applicant DE 10 2006 036 416 A1 For example, a channel location system with position detection sensors is known, in which a number of translation sensors are arranged one behind the other on a measuring string, and this measuring string is introduced into a sewer pipe, after which the measurement takes place. Each of the measuring sensors arranged at a spatial distance one behind the other sensors generates a three-dimensional measurement signal - corresponding to the three spatial axes X, Y, Z - and the measurement signal of all spaced apart measuring sensors is used for the evaluation.

Durch die Vielzahl der an einem Messstrang angeordneten Messsensoren besteht der Vorteil, dass die Messabweichung eines einzigen Sensors später bei der Auswertung durch das Messergebnis des nachfolgend angeordneten Messsensors ausgeglichen und kompensiert wird, sodass aus der Mittlung und der gegeneinander gerichteten Verrechnung der Messsignale aller hintereinader liegend angeordneten Messsensoren ein relativ genaues Messergebnis bezüglich der Lagenerfassung dieses Messstranges im Kanalrohr erfolgen kann.Due to the large number of measuring sensors arranged on a measuring strand, there is the advantage that the measuring deviation of a single sensor is compensated and compensated later in the evaluation by the measurement result of the subsequently arranged measuring sensor, so that the averaging and the counterbalancing of the measuring signals of all the trailing ones arranged lying Measuring sensors can be made a relatively accurate measurement result with respect to the position detection of this Meßstranges in the sewer pipe.

Nachteil dieser bekannten Anordnung ist jedoch, dass es sich um einheitliche Messsensoren handelt, das heißt, jeder Messsensor hat lediglich eine einzige Messcharakteristik und erzeugt ein einziges in X-, Y- und Z-Richtung gerichtetes Messsignal. Es wird also pro Zeiteinheit von jedem Messsensor eine dreidimensionale Raumkoordinate erzeugt.Disadvantage of this known arrangement, however, is that they are uniform measuring sensors, that is, each measuring sensor has only a single measurement characteristic and generates a single in the X, Y and Z direction directed measurement signal. Thus, a three-dimensional space coordinate is generated per unit of time by each measuring sensor.

Diese Anordnung geht jedoch nicht auf eine den Lagenerfassungssensoren zugeordnete Drift ein. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass jeder der in der Messkette hintereinander liegend angeordneten Lagenerfassungssensoren eine erhebliche Drift aufweist, was dazu führt, dass die gegeneinander gerichtete Verrechnung der Raumkoordinaten von hintereinander liegenden Lagenerfassungssensoren nicht genau genug ist.However, this arrangement does not address a drift associated with the position detection sensors. In fact, it has been found that each of the layer detection sensors arranged one behind the other in the measuring chain has a considerable drift, which means that the counterbalancing of the spatial coordinates of successive layer detection sensors is not accurate enough.

Bei etwa gleichartigen Lagenerfassungssensoren, die vom gleichen Typ sind und die in gleicher Raumorientierung am Messstrang angebaut sind, ist eine unerwünschte Drift in einer bestimmten Richtung gegeben, die durch eine gegenseitige Verrechnung der Messergebnisse der verschiedenen Lagenerfassungssensoren nicht beseitigbar ist.In the case of approximately identical position detection sensors, which are of the same type and which are mounted in the same spatial orientation on the measuring strand, unwanted drift in a certain direction is given, which can not be eliminated by mutual compensation of the measurement results of the various position detection sensors.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Kanalortungssystem mit Lagenerfassungssensoren und mehreren räumlich hintereinander liegend angeordneten Lagenerfassungssensoren, die einen in Längsrichtung gerichteten Messkopf ergeben, in ihrer Genauigkeit zu verbessern.The invention is therefore based on the object, a channel positioning system with position detection sensors and a plurality of spatially successively arranged position detection sensors, which result in a longitudinal directional measuring head to improve their accuracy.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Neuerung durch die technische Lehre des Anspruches 1 gekennzeichnet.To solve the problem, the innovation is characterized by the technical teaching of claim 1.

Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass der Messkopf in an sich bekannter Weise aus mindestens zwei hintereinander im räumlichen Abstand zueinander angeordneten Messsonden besteht, und dass der Messkopf nun erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, dass in jeder Messsonde mindestens drei in jeweils einer Raumrichtung ausgerichtete Inertialsensoren angeordnet sind, und dass in der einen Messsonde die Inertialsensoren in einer ersten Raumrichtung ausgerichtet sind, während in der zweiten, sich daran anschließenden Messsonde die Inertialsensoren in einer von der ersten Raumrichtung der Inertialsensoren der ersten Messsonde abweichenden Winkellage eingebaut sind.An essential feature of the invention is that the measuring head in a conventional manner consists of at least two consecutively arranged in spaced-apart measuring probes, and that the measuring head according to the invention is characterized in that in each probe at least three aligned in each direction of space inertial sensors are arranged , and that in one probe, the inertial sensors are aligned in a first spatial direction, while in the second, they are aligned subsequent measuring probe, the inertial sensors are installed in a deviating from the first spatial direction of the inertial sensors of the first probe angular position.

Damit wird ein Messkopf geschaffen, dessen Lagenerfassungssensoren im räumlichen Abstand zueinander angeordnet sind, und wobei die Inertialsensoren in jedem Messkopf zueinander versetzt angeordnet sind, und der Versatz in einem bekannten Raumwinkel vorhanden ist.Thus, a measuring head is provided whose position detection sensors are arranged at a spatial distance from each other, and wherein the inertial sensors are arranged offset in each measuring head to each other, and the offset is present in a known solid angle.

Der Inertialsensor nach der Erfindung hat ein integriertes 3D-Magnetometer (3D-Kompass), mit einem Mikro-Prozessor und ist in der Lage, eine Berechnung von Roll-, Nick- und Gierbewegungen in Echtzeit durchzuführen, sowie zur Ausgabe kalibrierter linearer Beschleunigungs-, Drehraten- und Erdmagnetfelddaten in 3D.The inertial sensor according to the invention has an integrated 3D magnetometer (3D compass), with a micro-processor and is able to perform a calculation of rolling, pitching and yawing movements in real time, as well as to output calibrated linear acceleration, Rate of rotation and Earth magnetic field data in 3D.

Der einfacheren Beschreibung wegen wird in der folgenden Beschreibung davon ausgegangen, dass die Inertialsensoren in der ersten Messsonde genau im Winkel von 90 Grad zu den Inertialsensoren in der zweiten Messsonde angeordnet sind. Hierauf ist die Erfindung jedoch nicht auf einen solchen Winkel von 90 Grad beschränkt.For ease of description, in the following description, it is assumed that the inertial sensors in the first measuring probe are located at exactly 90 degrees to the inertial sensors in the second measuring probe. However, the invention is not limited to such an angle of 90 degrees.

Die Erfindung kann auch vorsehen, dass statt eines Versatzwinkels von 90 Grad ein Winkel von 60 Grad oder 120 Grad vorgesehen ist. Entscheidend ist also, dass in der einen Messsonde die gleichen Inertialsensoren wie in der anderen Messsonde angeordnet sind, und dass in jeder Messsonde mindestens drei Inertialsensoren angeordnet sind, die für sich genommen jeweils ebenfalls in jeweils einer Raumebene X, Y, Z ausgerichtet sind.The invention may also provide that instead of an offset angle of 90 degrees an angle of 60 degrees or 120 degrees is provided. It is therefore crucial that the same inertial sensors are arranged in the one measuring probe as in the other measuring probe, and that at least three inertial sensors are arranged in each measuring probe, which, taken separately, are likewise aligned in each case in a spatial plane X, Y, Z.

Daher wird – im Gegensatz zum Stand der Technik – in jeder Messsonde insgesamt ein Aufbau aus drei räumlich zueinander versetzten Inertialsensoren vorgeschlagen, und zusätzlich wird vorgeschlagen, dass in zwei räumlich voneinander beabstandeten Messsensoren die erste Anordnung der räumlich zueinander angeordneten Inertialsensoren zu den in der zweiten Messsonde räumlich angeordneten Inertialsensoren einen bestimmten und bekannten Versatzwinkel ausbildet.Therefore, in contrast to the prior art, an assembly of three spatially offset inertial sensors is proposed in total, and it is additionally proposed that in two spatially spaced measuring sensors, the first arrangement of the spatially arranged inertial sensors to those in the second measuring probe spatially arranged inertial sensors forms a specific and known offset angle.

Damit ist beispielsweise die erste Messsonde mit mindestens drei Inertialsensoren in der einen Vorschub- oder Raumachsenrichtung besonders empfindlich und weist wenig Drift auf, während die sich daran anschließende Messsonde mit den Inertialsensoren, die von den erstgenannten Inertialsensoren einen Winkelversatz aufweisen, in einer anderen räumlichen Raumachse eine Drift und in einer weiteren Raumachse ein besonders präzises Messergebnis erbringt.Thus, for example, the first measuring probe with at least three inertial sensors in one feed or spatial axis direction is particularly sensitive and has little drift, while the adjoining measuring probe with the inertial sensors, which have an angular offset from the first-mentioned inertial sensors, in another spatial axis of space Drift and in another spatial axis provides a particularly precise measurement result.

Paart man nun die Messergebnisse der mindestens drei Inertialsensoren der ersten Messsonde mit den Messergebnissen der mindestens drei Inertialsensoren in der zweiten Messsonde, wird ein hochgenaues Messergebnis erzielt, weil lediglich die korrigierte Messkurve, bestehend aus den drei Inertialsensoren der ersten Messsonde und aus den drei Inertialsensoren der zweiten Messsonde, für eine korrigierte Kurve herangezogen wird.By pairing the measurement results of the at least three inertial sensors of the first measuring probe with the measurement results of the at least three inertial sensors in the second measuring probe, a highly accurate measurement result is achieved because only the corrected measuring curve consisting of the three inertial sensors of the first measuring probe and of the three inertial sensors of the first second measuring probe, is used for a corrected curve.

Durch Berechnung wird also aus den jeweils mindestens drei Inertialsensoren, gewonnenen Raumkoordinaten von der ersten und der zweiten Messsonde eine korrigierte Kurve erzeugt, die dann schließlich eine hochgenaue Raumkurve ausbildet, die frei von Versetzen und einer unerwünschten Drift ist.By calculation, therefore, a corrected curve is generated from the respectively at least three inertial sensors, obtained spatial coordinates of the first and the second probe, which then finally forms a highly accurate space curve, which is free of offset and an undesirable drift.

Vorstehend wurde lediglich die Paarung von zwei Messsonden beschrieben, die im räumlichen Abstand voneinander liegend in Vorschubrichtung ausgerichtet sind, und wobei in jeder Messsonde mindestens drei Inertialsensoren angeordnet sind.In the foregoing, only the pairing of two probes oriented spatially in the feed direction and having at least three inertial sensors in each probe are described.

Hierauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Die Erfindung kann in einer Weiterbildung vorgesehen sein, dass insgesamt drei räumlich voneinander beabstandete Messsonden vorhanden sind, wobei in jeder Messsonde jeweils mindestens drei Inertialsensoren angeordnet sind, die in ihrer räumlichen Ausrichtung zu den in der anderen Messsonde angeordneten, mindestens drei vorhandenen Inertialsensoren versetzt zueinander sind.However, the invention is not limited thereto. The invention may be provided in a development that a total of three spatially spaced apart measuring probes are provided, each probe in each case at least three inertial sensors are arranged offset in their spatial orientation to the arranged in the other probe, at least three existing inertial sensors to each other ,

Die räumliche Beabstandung der mindestens zwei Messsonden in einem Messkopf, der entlang seiner Längserstreckung entweder in einer Rohrleitung geschoben oder gezogen wird, hat den Vorteil, dass aufgrund des räumlichen Versatzes wegen der Beabstandung der beiden Messsonden in Längsrichtung (Verschieberichtung) auch aus dem Messergebnis des Messkopfes die Krümmung des Kanalrohres berechnet werden kann.The spatial spacing of the at least two probes in a measuring head, which is pushed or pulled along its longitudinal extent either in a pipeline, has the advantage that due to the spatial offset due to the spacing of the two probes in the longitudinal direction (displacement direction) also from the measurement result of the measuring head the curvature of the sewer pipe can be calculated.

Wird auf dieses Zusatzmerkmal verzichtet, kann auch auf die räumliche Beabstandung mehrerer Messsonden in einem Messkopf verzichtet werden. Es wäre dann möglich, derartige Messsonden in Form einer Kugelanordnung auf einen bestimmten Messkopf, der zum Beispiel kugelförmig ausgebildet ist, zu konzentrieren, sodass also auch auf die räumliche Beabstandung mehrerer Messsonden verzichtet werden kann, wenn man auf die Erfassung des Krümmungsradius eines Kanalrohres verzichtet.If this additional feature is dispensed with, it is also possible to dispense with the spatial spacing of a plurality of measuring probes in a measuring head. It would then be possible to concentrate such probes in the form of a ball arrangement on a specific measuring head, which is, for example, spherical, so that it is also possible to dispense with the spatial spacing of a plurality of measuring probes, if the detection of the radius of curvature of a sewer pipe is dispensed with.

Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.The subject of the present invention results not only from the subject matter of the individual claims, but also from the combination of the individual claims with each other.

Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind. All information and features disclosed in the documents, including the abstract, in particular the spatial design shown in the drawings, are claimed to be essential to the invention insofar as they are novel individually or in combination with respect to the prior art.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.In the following the invention will be explained in more detail with reference to drawings showing only one embodiment. Here are from the drawings and their description further features essential to the invention and advantages of the invention.

Es zeigen:Show it:

1 zeigt: erste Ausführungsform eines Messkopfes mit im Abstand voneinander angeordneten Messsonden 1 shows: first embodiment of a measuring head with spaced measuring probes

2 zeigt: eine zweite Ausführungsform eines Messkopfes im Vergleich zur 1 2 shows: a second embodiment of a measuring head compared to 1

3 zeigt: eine dritte Ausführungsform eines Messkopfes 3 shows: a third embodiment of a measuring head

4 zeigt: die räumlichen Messkurven der einzelnen Inertialsensoren in der Messsonde 2 bei der Verschiebung im Raum 4 shows: the spatial measuring curves of the individual inertial sensors in the measuring probe 2 when moving in space

5 zeigt: räumliche Messkurven der mindestens drei Inertialsensoren in der Messsonde 3 bei Verschiebung im Raum 5 shows: spatial measuring curves of the at least three inertial sensors in the measuring probe 3 when moving in space

6 zeigt: die Bildung einer Korrekturkurve aus ausgewählten Messkurven der Inertialsensoren der Messsonden 2 und 3 6 shows: the formation of a correction curve from selected measuring curves of the inertial sensors of the measuring probes 2 and 3

7 zeigt: schematisiert die Darstellung der Erfassung der Krümmung einer Rohrleitung und deren Orientierung im Raum in einem ersten Bewegungsbild 7 shows schematically the representation of the detection of the curvature of a pipe and its orientation in space in a first motion picture

8 zeigt: die gleiche Darstellung wie 7 in einem zweiten Bewegungsbild 8th shows: the same representation as 7 in a second movement picture

9 zeigt: die Darstellung nach 8 in einem dritten Bewegungsbild 9 shows: the representation after 8th in a third movement picture

10 zeigt: die räumliche Darstellung der korrigierten Messkurven der Messsonden 2 und 3 beim Durchfahren einer Rohrbiegung 10 shows: the spatial representation of the corrected measuring curves of the measuring probes 2 and 3 when passing through a pipe bend

11 zeigt: schematisierte Darstellung der Lage des Messkopfes beim Durchziehen durch ein Kanalrohr im Vergleich zum Durchschieben durch ein Kanalrohr 11 shows: schematic representation of the position of the measuring head when pulling through a sewer pipe in comparison to pushing through a sewer pipe

Die 1 bis 3 zeigen den gleichen Messaufbau eines Messkopfes 1, der aus mindestens zwei hintereinander liegend angeordneten Messsonden 2, 3 besteht. Die beiden Messsonden 2, 3 sind durch ein Verbindungsglied 8 räumlich voneinander getrennt.The 1 to 3 show the same measuring setup of a measuring head 1 consisting of at least two measuring probes arranged one behind the other 2 . 3 consists. The two probes 2 . 3 are through a link 8th spatially separated.

In der allgemeinen Beschreibung wurde bereits schon darauf hingewiesen, dass das Verbindungsglied 8 auch entfallen kann, und dass dann aber die Erfassung der Krümmung gemäß den 7 bis 9 nicht mehr möglich ist. Jedoch ist eine hochgenaue Ortungsmessung dieses Messkopfes 1 im Verlaufe der Rohrleitung nach den 7 und 9 möglich und vorgesehen.In the general description has already been noted that the link 8th can also be omitted, and that then but the detection of the curvature according to the 7 to 9 is no longer possible. However, a highly accurate location measurement of this measuring head 1 in the course of the pipeline after the 7 and 9 possible and provided.

Wenn also in den folgenden Zeichnungen eine räumliche Verbindung über das Verbindungsglied 8 bei den Messsonden 2, 3 und bei der 3 über das Verbindungsglied 9 bei den Messsonden 2, 3, 4 dargestellt ist, so ist dies nicht einschränkend zu verstehen.So if in the following drawings a spatial connection via the link 8th at the measuring probes 2 . 3 and at the 3 over the connecting link 9 at the measuring probes 2 . 3 . 4 is not meant to be limiting.

Wichtig bei der Erfindung ist, dass in jeder Messsonde 3 in unterschiedlichen Raumrichtungen ausgerichtete Inertialsensoren 5, 6, 7 angeordnet sind. Später werden die Inertialsensoren auch mit den Kleinbuchstaben a, b und c in den Zeichnungen dargestellt. Wichtig ist demnach, dass in der Messsonde 2 beispielsweise der Inertialsensor 5 in vertikaler Richtung ausgerichtet ist, während der gleiche Inertialsensor 5 in der Messsonde 3 in horizontaler Richtung ausgerichtet ist. Er verweist also in der Messsonde 2 in Z-Richtung und ist in Z-Richtung orientiert, während der gleiche Inertialsensor 5 mit den gleichen elektrischen Eigenschaften und der gleichen Drift und den gleichen elektrischen Ausgangswerten in der Messsonde 3 in Y-Richtung ausgerichtet ist.Important in the invention is that in each probe 3 aligned inertial sensors in different spatial directions 5 . 6 . 7 are arranged. Later, the inertial sensors are also shown with the lowercase letters a, b and c in the drawings. It is important that in the probe 2 for example, the inertial sensor 5 aligned in the vertical direction while the same inertial sensor 5 in the probe 3 aligned in the horizontal direction. So he points in the probe 2 in the Z direction and is oriented in the Z direction, while the same inertial sensor 5 with the same electrical properties and the same drift and the same electrical output values in the probe 3 aligned in the Y direction.

Gleiches gilt für den Inertialsensor 6, der in der Messsonde 2 in X-Richtung ausgerichtet ist, während der gleiche Inertialsensor 6 in der Messsonde 3 in Y-Richtung ausgerichtet ist. In analoger Weise gilt dies für den Inertialsensor 7, der in der Messsonde 2 nach 1 in Y-Richtung ausgerichtet ist, während der gleiche Inertialsensor 7 in der Messsonde 3 in Z-Richtung ausgerichtet ist.The same applies to the inertial sensor 6 in the probe 2 aligned in the X direction while the same inertial sensor 6 in the probe 3 aligned in the Y direction. This applies analogously to the inertial sensor 7 in the probe 2 to 1 aligned in the Y direction while the same inertial sensor 7 in the probe 3 aligned in the Z direction.

Ähnliche Darstellungen ergeben sich aus der 2, wobei die Ausrichtung der Inertialsensoren 57 in den jeweiligen Messsonden 2, 3 durch ein hochkant- oder flachkantstehendes Kästchen symbolisiert ist.Similar representations result from the 2 , where the orientation of the inertial sensors 5 - 7 in the respective measuring probes 2 . 3 is symbolized by an upright or flachkantstehendes box.

Es ergibt sich der Erfindungsgedanke der Erfindung der Paarung von Messsonden 2, 3, 4 mit Inertialsensoren 5, 6, 7, die jeweils von Messsonde zu Messsonde um einen bestimmten Raumwinkel voneinander abweichen, wobei jedoch die gleichen Inertialsensoren 5, 7 mit den gleichen elektrischen Eigenschaften in jeder Messsonde 2, 3, 4 verbaut wurden.The result of the inventive idea of the invention is the pairing of measuring probes 2 . 3 . 4 with inertial sensors 5 . 6 . 7 , which differ from one probe to the other by a certain solid angle, but the same inertial sensors 5 . 7 with the same electrical properties in each probe 2 . 3 . 4 were installed.

Der abweichende Raumwinkel zwischen den Inertialsensoren 5, 6, 7 in den Messsonden 2, 3 ist beispielsweise ein Raumwinkel von 90 Grad. Hierauf ist die Erfindung nicht beschränkt. In der allgemeinen Beschreibung wurde darauf hingewiesen, dass dieser Raumwinkel auch andere Winkel einnehmen kann. Es kommt also nur auf einen räumlichen Versatz zwischen den einzelnen, gleich ausgebildeten Inertialsensoren 5, 6, 7 in den voneinander getrennten Messsonden 2, 3, 4 an. The deviating solid angle between the inertial sensors 5 . 6 . 7 in the probes 2 . 3 is for example a solid angle of 90 degrees. The invention is not limited thereto. It has been pointed out in the general description that this solid angle can also assume other angles. So it only comes down to a spatial offset between the individual, identical trained inertial sensors 5 . 6 . 7 in the separate measuring probes 2 . 3 . 4 at.

Alle Messsensoren 2, 3, 4 sind an einer Versorgungsleitung 10 angeschlossen und geben über diese ihre Messdaten weiter.All measuring sensors 2 . 3 . 4 are on a supply line 10 connected and pass on their measurement data.

Die 1 zeigt auch noch, dass der gesamte Messkopf 1 entweder in Pfeilrichtung 11 durch ein Kanalrohr 20 (siehe 79) geschoben werden kann, oder er kann in Pfeilrichtung 12 durch das Kanalrohr 20 gezogen werden.The 1 also shows that the entire measuring head 1 either in the direction of the arrow 11 through a sewer pipe 20 (please refer 7 - 9 ) can be pushed, or he can in the direction of arrow 12 through the sewer pipe 20 to be pulled.

Die Unterschiede, die sich beim Zieh- oder Schubbetrieb ergeben, werden später anhand der 11 erläutert.The differences that arise in the pulling or pushing operation, will later be based on the 11 explained.

Wichtig ist, dass die Messergebnisse der Inertialsensoren 57 in den einzelnen Messsensoren miteinander verrechnet und zu einer korrigierten Messkurve 19 zusammengefasst werden.It is important that the measurement results of the inertial sensors 5 - 7 in the individual measuring sensors and calculated to a corrected measuring curve 19 be summarized.

In 4 sind beispielsweise die räumlichen Messkurven 13, 14, 15 der Inertialsensoren a, b und c der Messsonde 2 dargestellt. Hierbei ist erkennbar, dass die Messkurven 13, 14 nur geringfügig auseinander gespreizt sind, aber im Wesentlichen keine Drift aufweisen. Die Messkurven ergeben sich im Übrigen bei einer räumlichen Verschiebung der Messsonde 2, 3 entlang der Pfeilrichtung 11 oder 12.In 4 are for example the spatial measuring curves 13 . 14 . 15 the inertial sensors a, b and c of the measuring probe 2 shown. Here it can be seen that the measured curves 13 . 14 are spread only slightly apart, but essentially have no drift. Incidentally, the measured curves result from a spatial displacement of the measuring probe 2 . 3 along the arrow direction 11 or 12 ,

Wie die 4 zeigt, ist die Messkurve 15 des Inertialsensors a in der Messsonde 2 ungünstig, weil sie bei einer räumlichen Verschiebung zu einer Drift führt und zu einem Fehlsignal, welches zu einer fehlerhaften Auswertung des gesamten Signals führen würde.As the 4 shows, is the trace 15 of the inertial sensor a in the measuring probe 2 unfavorable because it leads to a drift in a spatial displacement and a false signal, which would lead to a faulty evaluation of the entire signal.

In 5 ist eine räumliche Bewegungskurve anhand von Messkurven 16, 17, 18 der Inertialsensoren a, b und c in der Messsonde 3 dargestellt. Hier ist gezeigt, dass die Messkurven 16, 17 der Inertialsensoren a3 und b3 lediglich durch eine geringfügige Spreizung voneinander abweichen, dass aber die Messkurve 18 von dem Inertialsensor c3 eine unerwünschte Drift aufweist.In 5 is a spatial movement curve based on measurement curves 16 . 17 . 18 inertial sensors a, b and c in the measuring probe 3 shown. Here is shown that the measured curves 16 . 17 The inertial sensors a3 and b3 differ from each other only by a slight spread, but that the measurement curve 18 from the inertial sensor c3 has an undesirable drift.

Durch ein nicht näher dargestelltes Berechnungsverfahren werden gemäß 6 lediglich die Messkurven 14, 16, 17 aus den Inertialsensoren der Messsonden 2, 3 ausgewählt und führen zu den Kurven a3, c2 und b3, die lediglich nur noch eine geringe Spreizung aufweisen.By a calculation method, not shown in detail according to 6 only the traces 14 . 16 . 17 from the inertial sensors of the measuring probes 2 . 3 selected and lead to the curves a3, c2 and b3, which only have a slight spread.

Durch mathematische Mittelung oder Gewichtung aus diesen drei Messergebnissen a3, c2 und b3 wird nun die korrigierte Messkurve 19 erzeugt, die eine hochgenaue Ortungskurve des Messkopfes 1 darstellt.By mathematical averaging or weighting from these three measurement results a3, c2 and b3 is now the corrected waveform 19 generates a highly accurate locating curve of the measuring head 1 represents.

Damit ist der Erfindungsgedanke der Erfindung beschrieben, dass nämlich aus den unterschiedlich gepaarten Messsonden 2, 3, 4 eines Messkopfes 1 eine korrigierte Messkurve 19 erzielt wird, die ein hochgenaues Lagesignal des Messkopfes 1 im Kanalrohr 20 erzeugt.Thus, the inventive idea of the invention is described, namely that of the differently paired measuring probes 2 . 3 . 4 a measuring head 1 a corrected trace 19 is achieved, which is a highly accurate position signal of the measuring head 1 in the sewer pipe 20 generated.

In den 7 bis 10 ist dargestellt, dass aufgrund des räumlichen Versatzes der Messsonden 234 durch die Verbindungsglieder 8 und/oder 9 noch zusätzlich auch die Krümmung im Kanalrohr 20 erfasst werden kann.In the 7 to 10 is shown that due to the spatial offset of the probes 2 - 3 - 4 through the links 8th and or 9 additionally also the curvature in the sewer pipe 20 can be detected.

In dem Bewegungsbild nach 7 wird angenommen, dass der Messkopf 1 in Pfeilrichtung 11 durch das Kanalrohr 20 nach oben geschoben wird, und hierbei in eine erste Rohrbiegung 21 gelangt.In the moving picture after 7 it is assumed that the measuring head 1 in the direction of the arrow 11 through the sewer pipe 20 is pushed up, and this in a first pipe bend 21 arrives.

Während der hintere Messkopf 2 sich noch auf der geraden Wandung des Kanalrohrs 20 befindet, knickt die vordere Messsonde 3 um das elastisch oder gelenkig ausgebildete Verbindungsglied 8 schon um die Rohrbiegung 21 herum, und liefert demnach eine andere Messkurve als vergleichsweise die Messsonde 2, die sich noch auf der geraden Fläche befindet.While the rear measuring head 2 still on the straight wall of the sewer pipe 20 is located, kinks the front probe 3 around the elastic or articulated connecting member 8th already around the pipe bend 21 Accordingly, and therefore provides a different waveform than the comparator of the probe 2 that is still on the flat surface.

Dies ist in 10 dargestellt.This is in 10 shown.

Die 10 zeigt den unteren Teil der korrigierten Messkurve 19 der Messsonde 3. Hier ist erkennbar, dass diese vorher in die Rohrbiegung 21 einfährt als vergleichsweise nach Berechnung der Messkurve 19 der Messsonde 2. Zwischen den Krümmungsradien, welche die beiden Messsonden 2, 3 in der Rohrbiegung ausmessen, gibt es also eine Versatzlinie 28.The 10 shows the lower part of the corrected trace 19 the measuring probe 3 , Here it can be seen that these previously in the tube bend 21 einfährt as comparatively after calculation of the trace 19 the measuring probe 2 , Between the radii of curvature, which are the two probes 2 . 3 Measure in the pipe bend, so there is an offset line 28 ,

Der Abstand 24 zwischen den beiden korrigierten Messkurven ist abhängig von der Länge des jeweiligen Verbindungsgliedes 8, 9 und vom tatsächlichen Krümmungsradius der Rohrbiegung 22, 23.The distance 24 between the two corrected measuring curves depends on the length of the respective connecting link 8th . 9 and the actual radius of curvature of the pipe bend 22 . 23 ,

Auf diese Weise kann durch den räumlichen Versatz der beiden Messkurven 19 (2), 19 (3) hochgenau im Raum die Rohrbiegung eines Kanalrohres 20 festgestellt werden, ohne dass man – wie beim Stand der Technik – darauf angewiesen ist, eine Winkelmessung im Bereich des Verbindungsgliedes 8, 9 zwischen Messsensoren 2, 3, 4 vorzunehmen. Bisher ist es nämlich lediglich bekannt, den Knickwinkel im Bereich des Verbindungsgliedes 8 zu messen, was jedoch zu keiner räumlichen Aussage führt. Mit der Erfindung ist es demnach nach 10 erstmals möglich, die Rohrbiegung 21, 22, 23 im Raum hochgenau zu bestimmen und festzulegen.In this way, by the spatial offset of the two measuring curves 19 (2) 19 (3) highly accurate in the space the pipe bend of a sewer pipe 20 be found without it - as in the prior art - relies on an angle measurement in the region of the link 8th . 9 between measuring sensors 2 . 3 . 4 make. So far, it is only known, the bending angle in Area of the connecting link 8th to measure, but this leads to no spatial statement. According to the invention, it is accordingly 10 possible for the first time, the pipe bend 21 . 22 . 23 to determine and determine in the room with high precision.

Der Krümmungsradius 25, 26 der beiden korrigierten Messkurven 19 (2) und 19 (3) ist abhängig von der Rohrbiegung und muss bei beiden Messsonden 2, 3 gleich sein, um die Genauigkeit der Rohrbiegung zu bestätigen.The radius of curvature 25 . 26 of the two corrected traces 19 (2) and 19 (3) depends on the pipe bend and must be with both probes 2 . 3 be the same to confirm the accuracy of the pipe bend.

Die 8 und 9 zeigen jeweils den Messkopf 1 in verschiedenen Messstellungen in Form eines Messkopfes 1' und in Form des Messkopfes 1'' und in Form des Messkopfes 1''.The 8th and 9 each show the measuring head 1 in different measuring positions in the form of a measuring head 1' and in the form of the measuring head 1'' and in the form of the measuring head 1'' ,

In 11 ist der Unterschied zwischen einem Schubbetrieb und einem Zugbetrieb des Messkopfes 1 im Kanalrohr 20 dargestellt. Jeweils seitlich sind mögliche Lagen des Messkopfes 1 in dem Kanalrohr dargestellt, und es ist erkennbar, dass der Messkopf sich sowohl an der Kanalsohle als auch links an der Kanalwandung oder rechts an der Kanalwandung anlegt.In 11 is the difference between a pushing operation and a pulling operation of the measuring head 1 in the sewer pipe 20 shown. At each side are possible positions of the measuring head 1 shown in the sewer pipe, and it can be seen that the measuring head rests on both the channel bottom and left on the channel wall or right on the channel wall.

In durchgezogenen Strichen ist dargestellt, welche Messlagen des Messkopfes 1 sich ergeben, wenn der Messkopf 1 in Pfeilrichtung 11 durch das Kanalrohr 20 hindurch geschoben wird.Solid lines show which measuring positions of the measuring head 1 arise when the measuring head 1 in the direction of the arrow 11 through the sewer pipe 20 is pushed through.

Dieser Schubbetrieb führt zu unnötigen Krümmungen des gesamten Messkopfes 1 und daher zu nicht so genauen Ergebnissen im Vergleich zu dem Zugbetrieb, wenn der Messkopf 1 in Pfeilrichtung 12 (siehe gestrichelte Darstellungen) durch das Kanalrohr 20 gezogen wird.This push operation leads to unnecessary bends of the entire measuring head 1 and therefore less accurate results compared to the train operation when the gauge head 1 in the direction of the arrow 12 (see dashed lines) through the sewer pipe 20 is pulled.

Die links dargestellten Lagen in gestrichelter Darstellung zeigen nämlich, dass sich der Messkopf 1 lediglich etwa immer an der Kanalsohle oder jedenfalls unterhalb einer Mittellinie im Kanalquerschnitt befindet, und hierdurch eine wesentlich genauere Aussage über die Lage des Messkopfes in dem Kanalrohr getroffen werden kann als vergleichsweise beim Schubbetrieb, wo es gemäß den durchgezogenen Linien in 11 (linke Darstellung) auch vorkommen kann, dass sich der Messkopf oberhalb der Mittellinie im Kanalquerschnitt befindet, wodurch die Genauigkeit der Ortsbestimmung beeinträchtigt wird.The layers shown on the left in dashed line show that the measuring head 1 only about always at the channel bottom or at least below a center line in the channel cross-section, and thereby a much more accurate statement about the position of the measuring head in the sewer pipe can be made as compared in overrun operation, where it according to the solid lines in 11 (Left illustration) can also occur that the measuring head is above the center line in the channel cross-section, whereby the accuracy of the location is affected.

Jedoch werden beide Arbeitsverfahren, nämlich der Schub- und der Zugbetrieb, als erfindungswesentlich beansprucht.However, both working methods, namely the push and the train operation, claimed as essential to the invention.

In 11 ist demnach in gestrichelten Linien die beim Zugbetrieb entstehende Bewegungskurve 29 des Messkopfes 1 dargestellt, während in durchgezogenen Linien der Schubbetrieb und eine sich hieraus ergebende Bewegungskurve 30 dargestellt ist.In 11 is therefore in dashed lines the train curve resulting motion 29 of the measuring head 1 shown, while in solid lines the pushing operation and a resulting motion curve 30 is shown.

Im Anschluss an die 10 wird noch erwähnt, dass, sobald die beiden Messsonden 2, 3 die beiden Rohrbiegungen 21, 22 durchfahren haben und wieder auf ein gerades Stück gelangen, sich auch die Messkurven 19 (2) und 19 (3) in einer Position 27 vereinigen und dort beide Messkurven 19 übereinstimmen.Following the 10 will be mentioned that once the two probes 2 . 3 the two pipe bends 21 . 22 have passed through and get back to a straight piece, also the traces 19 (2) and 19 (3) in one position 27 unite and there both curves 19 to match.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Messkopfprobe
22
Messsondeprobe
33
Messsondeprobe
44
Messsondeprobe
55
Inertialsensor aInertial sensor a
66
Inertialsensor bInertial sensor b
77
Inertialsensor cInertial sensor c
88th
Verbindungsgliedlink
99
Verbindungsgliedlink
1010
Versorgungsleitungsupply line
1111
Pfeilrichtungarrow
1212
Pfeilrichtungarrow
1313
Messkurvemeasured curve
1414
Messkurvemeasured curve
1515
Messkurvemeasured curve
1616
Messkurvemeasured curve
1717
Messkurvemeasured curve
1818
Messkurvemeasured curve
1919
korrigierte Messkurvecorrected trace
2020
Kanalrohrsewer pipe
2121
Rohrbiegungtube bending
2222
Rohrbiegungtube bending
2323
Rohrbiegungtube bending
2424
Abstanddistance
2525
Krümmungsradius (von 3)Radius of curvature (from 3)
2626
Krümmungsradius (von 2)Radius of curvature (from 2)
2727
Positionposition
2828
Versatzlinieoffset line
2929
Bewegungskurve (rückwärts)Movement curve (backwards)
3030
Bewegungskurve (vorwärts)Movement curve (forward)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102006036416 A1 [0007] DE 102006036416 A1 [0007]

Claims (10)

Kanalortungssystem mit einer Anzahl von Inertialsensoren (5, 6, 7) welche in Messsonden (2, 3, 4) an einem Messkopf (1) hintereinander liegend angeordnet sind und dieser Messkopf (1) in ein Kanalrohr (20) eingeführt wird, wobei jeder der Inertialsensoren (5, 6, 7) bei Bewegung durch den Kanal (20) ein mehrdimensionales Messsignal (X, Y, Z) entsprechend der aktuellen Lage im Kanal (20) erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkopf (1) aus mindestens zwei hintereinander im räumlichen Abstand zueinander angeordneten Messsonden (2, 3, 4) besteht, und dass in jeder Messsonde (2, 3, 4) mindestens drei in jeweils einer Raumrichtung ausgerichtete Inertialsensoren (5, 6, 7) angeordnet sind, und dass die Inertialsensoren (5, 6, 7) in der einen Messsonde (2) in einer ersten Raumrichtung ausgerichtet sind, während in der zweiten, sich daran anschließenden Messsonde (3) die Inertialsensoren (5, 6, 7) in einer von der ersten Raumrichtung der Inertialsensoren (5, 6, 7) der ersten Messsonde (2) abweichenden Winkellage eingebaut sind.Channel location system with a number of inertial sensors ( 5 . 6 . 7 ) which in measuring probes ( 2 . 3 . 4 ) on a measuring head ( 1 ) are arranged one behind the other and this measuring head ( 1 ) into a sewer pipe ( 20 ), each of the inertial sensors ( 5 . 6 . 7 ) when moving through the channel ( 20 ) a multi-dimensional measurement signal (X, Y, Z) corresponding to the current position in the channel ( 20 ), characterized in that the measuring head ( 1 ) of at least two measuring probes arranged one behind the other at a spatial distance from each other ( 2 . 3 . 4 ), and that in each measuring probe ( 2 . 3 . 4 ) at least three aligned in each direction of space inertial sensors ( 5 . 6 . 7 ) and that the inertial sensors ( 5 . 6 . 7 ) in the one measuring probe ( 2 ) are aligned in a first spatial direction, while in the second, adjoining measuring probe ( 3 ) the inertial sensors ( 5 . 6 . 7 ) in one of the first spatial direction of the inertial sensors ( 5 . 6 . 7 ) of the first measuring probe ( 2 ) deviating angular position are installed. Kanalortungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Inertialsensoren (5, 6, 7) in der ersten Messsonde (2) in einem Winkel zwischen 60 Grad und 120 Grad zu den Inertialsensoren (5, 6, 7) in der daran anschließenden Messsonde (3) angeordnet sind.Channel location system according to claim 1, characterized in that the inertial sensors ( 5 . 6 . 7 ) in the first measuring probe ( 2 ) at an angle between 60 degrees and 120 degrees to the inertial sensors ( 5 . 6 . 7 ) in the subsequent measuring probe ( 3 ) are arranged. Kanalortungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den aufeinanderfolgenden Messsonden (2, 3, 4) die baugleichen Inertialsensoren (5, 6, 7) mit den annähernd gleichen elektrischen Eigenschaften angeordnet sind.Channel location system according to any one of claims 1 or 2, characterized in that (in the successive measuring probes 2 . 3 . 4 ) the identical inertial sensors ( 5 . 6 . 7 ) are arranged with approximately the same electrical properties. Kanalortungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch Berechnung der gemessenen Raumkoordinaten von einer ersten Messsonde (2, 3, 4) und den gemessenen Raumkoordinaten mindestens einer weiteren Messsonde (2, 3, 4) eine genaue Lage des Messkopfes (1) im Kanalrohr (20) bestimmbar ist.Channel location system according to one of claims 1 to 3, characterized in that by calculating the measured spatial coordinates of a first measuring probe ( 2 . 3 . 4 ) and the measured spatial coordinates of at least one further measuring probe ( 2 . 3 . 4 ) an exact position of the measuring head ( 1 ) in the sewer pipe ( 20 ) is determinable. Kanalortungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Messdaten zur Lageerfassung im Zugbetrieb gewonnen werden.Channel location system according to one of claims 1 to 4, characterized in that measurement data for position detection are obtained in train operation. Kanalortungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsonden (2, 3, 4) durch ein Verbindungsglied (8, 9) miteinander verbunden sind.Channel location system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the measuring probes ( 2 . 3 . 4 ) by a link ( 8th . 9 ) are interconnected. Kanalortungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch mindestens zwei an unterschiedlichen Stellen einer Rohbiegung (21) befindlichen Messsonden (2, 3, 4) der Krümmungsradius (25, 26) der Rohbiegung (21) bestimmbar ist.Channel location system according to one of claims 1 to 6, characterized in that by at least two at different points of a raw bend ( 21 ) ( 2 . 3 . 4 ) the radius of curvature ( 25 . 26 ) of the raw bend ( 21 ) is determinable. Kanalortungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsonden (2, 3, 4) in Form einer Kugelanordnung in einem Messkopf ausgebildet sind.Channel location system according to one of claims 1 to 7, characterized in that the measuring probes ( 2 . 3 . 4 ) are formed in the form of a ball arrangement in a measuring head. Kanalortungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Inertialsensoren (5, 6, 7) die lineare Beschleunigung, die Drehraten und das Erdmagnetfeld im Bezug zur x- bzw. y- bzw. z-Achse messen.Channel location system according to one of claims 1 to 8, characterized in that the inertial sensors ( 5 . 6 . 7 ) measure the linear acceleration, the rotation rate and the earth's magnetic field in relation to the x, y and z axes. Kanalortungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Inertialsensoren (5, 6, 7) ein integriertes 3D-Magnetometer mit einem Mikroprozessor besitzen, mit dem Berechnungen von Roll-, Nick- und Gierbewegungen in Echtzeit durchführbar sind.Channel location system according to one of claims 1 to 9, characterized in that the inertial sensors ( 5 . 6 . 7 ) have an integrated 3D magnetometer with a microprocessor, with the calculations of rolling, pitching and yawing in real time feasible.
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