DE1932871U - Vorrichtung zum nachweis, zur ortung und messung von mikrobewegungen. - Google Patents

Description

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Francis Robillard

Vorrichtung zum Nachweis, zur Ortung und Messung von

Mikrobewegungen

Die Heuerung betrifft eine Vorrichtung zum Nachweis, zur Ortung und Messung von Mikrobewegungen. Diese Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus zwei mit Messenden versehenen Aufnähmeköpfen, die an eine geeignete Auswerteinrichtung angeschlossen sind, in welcher die auf den Köpfen aufgenommenen Grossen ausgewertet werden.

Die neuerungsgemässe Vorrichtung kann jedoch auch zum Nachweis, zur Verstärkung, Unterscheidung und zum Ve r-

gleich von stetigen Bewegungsabläufen, von Schwingungserscheinungen, Schall- oder TJltraschallerscheinungen, , eingesetzt werden. Sie bewirkt eine Auswahl und "Umwandlung der registrierten Mikrobewegungen in elektrische oder mechanische Energie durch Anregung eines geeigneten Relaissystems.

Im Gegensatz zu bekannten Vorrichtungen der beschriebenen Art soll durch die leuerung eine bessere Bewegungsanalyse durch Auswahl und Abtrennung bzw. Eliminierung aller Störbewegungen geschaffen werden.

Die neuerungsgemässe Vorrichtung kann in der Mechanik bei der Prüfung und Messung von Bewegungen, insbesondere von Mikrobewegungen, bei der Einstellung bestimmter Sagen für die Dickenmessung, bei der Amplitudenbestimmung mechanischer Schwingungen und Ähnlichem eingesetzt werden. Sie lässt sich jedoch auch für seismisehe, gravimetrisch^, tellurische und magnetische Untersuchungen einsetzen. Sie kann ferner Verwendung finden zum Aufsuchen von Verschütteten und unter Trümmer Geratenen bei Katastrophen, etwa Brdbeben, zur Anzeige von Hochwasser, zum Abhorchen und Messen von ungewöhnlichen Schwingungen bei allen unterirdischen Sondierungen und bei der Errichtung von Bauwerken.

Der nachstehend beschriebene Gegenstand der !Teuerung bietet folgende Vorteiles

1) Ausschaltung aller S tor schwingungen, und unerwünschter gleichphasiger Geräusche;

2) lachweis und Verstärkung von lutzgeräusehen nach der Differentiation?

3) Differentielie Prüfung von Schwingungen selbst sehr geringer Amplitude mittels Galvanometer. Der Galvanometer zeigt die Richtung der aufgenommenen Geräusche an;

4) Stereophoner Empfang mit Kopfhöhrern oder lautSprechern;

5) Verwendung automatischer Begrenzungsschaltungen für leistung und Verbrauch "bei Signalen mit zu grosser Amplitude (durch Verringerung der Speisespannung) und durch automatische Regelung der Dynamik;

6) Gleichzeitiger Empfang durch zwei Bedienungspersonen;

7) Verwendung abgedichteter Aufnehmer von grosser Empfindlichkeit, nicht zerbrechlieh, mit isoliertem, aufgehängtem, empfindlichem Organ.

Weitere Einzelheiten der Neuerung ergeben sich aus der Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele .

ligur 1 ist eine sehematische Darstellung einer neuerungsgemässen Vorrichtung mit zwei mit Messonden 3 versehenen Aufnahmeköpfen 1 zum lachweis und zur Ortung von Bodengeräuschen durch das Geostereophonieverfahren.

Figur 2 zeigt die Ausbildung eines Aufnahmekopfes 1 mit eingesetzter Messende 3 in vergrössertem Masstab in einem Mittellängsschnitt.

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Figur 3 zeigt einen ähnlichen Schnitt wie Pig. 2 durch ein modifiziertes Ausführungsbeispiel eines Aufnahmekopfes 1.

Figuren 4, 5 zeigen schematisch die Wirkungsweise der symmetrischen, an die Auswerteinrichtung angeschlossenen Aufnehmer mit Aufnahmekopf und Messende.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung erlaubt einen stereophonen bzw. pseudostereophonen, differentiellen Empfang und eine differentielle Messung. Mittels dieser Vorrichtung lassen sich durch den Boden übertragene Schwingungen auffangen, die je nach der Entfernung von der Schallquelle unterschiedliche Intensität haben können.

Die Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus den beiden, mit je einer Messonde 3 versehenen Aufnahmeköpfen 1, zwei transistorisierten Hiederfrequenzverstärkern 10 und zwei unabhängigen Kopfhörern 18 für den stereophonen Empfang. An Stelle der Kopfhörer 18 können auch lautsprecher verwendet werden. Diese Hörer bzw. lautsprecher 18 gestatten mit Sicherheit die Bestimmung der Richtung, aus welcher die aufgefangenen Emissionen stammen. Die G-eräuschbestimmung vor ihrer Ortung kann ebenso wie der Verstärkerabgleich mit erhöhter Empfindlichkeit durch Earallelschalten der beiden Aufnehmer und der zugehörigen Eingangskanäle durch den Schalter 7 erfolgen. Die beiden Verstärker 10 bleiben stets wie auch die Hörer 18 unabhängig voneinander. Weiters ist ein Kopfhörer 20 vorgesehen, der in Serie mit

dem differentiellen Empfang liegt. Der Abgleich der beiden Verstärker 10 erfolgt durch das lineare Potentiometer 6, welches parallel zum Schalter 7 liegt. Der Galvanometer 14» ein Mikro- oder Milliamperemeter, misst die unterschiedlichen negativen oder positiven Ströme zwischen den beiden Verstärkern 10.

Bei geöffnetem Schalter 7 können beide Aufnehmer und Verstärker 10 unabhängig voneinander arbeiten. Wenn der Empfang mit den Empfängern 20 durchgeführt wird, die in Serie an den Klemmen jedes Empfängers 18 liegen, werden alle in Phase liegenden, aufgenommenen Schwingungen nicht wahrgenommen, sondern nur die von dem einen oder anderen Aufnehmer aufgenommenen und den in Phase befindlichen Schwingungen überlagerten Schwingungen. Diese werden nachgewiesen und verstärkt. Die Richtung der überlagerten Geräusche lässt sieh dabei durch die Nadelstellung des Galvanometers 14 feststellen, welches in Brüekenschaltung zwischen den negativen Klemmen der beiden Verstärker liegt. Die Angleichung der Speisespannungen für die beiden Verstärker 10 erfolgt bei abgeschalteten Aufnehmern mittels des linearen Potentiometers 15. Dabei ergibt sieh für die Galvanometernadel die in Pig. I gezeigte mittlere !Nullstellung.

Es versteht sich, dass wegen des gewählten, symmetrischen Aufbaus der Auswerteinriehtung die verwendeten Bauelemente jeweils paarweise ausgewählt sein müssen, um

genau gleiche Eigenschaften zu haben.

Zweckmässigerweise werden die Verstärker 10 mit Impedanz-Anpassungstransformatoren und Frequenzkorrekturfiltern je nach der gewünschten Verwendung des Geräts versehen.

Die beschriebene Vorrichtung erlaubt den gleichzeitigen Empfang durch zwei verschiedene Empfänger 18 und 20 zur stereophonen Ortung; bei Omgebungsgeräusehen aber mit Ortung durch einen Galvanometer.'

Die automatischen Strombegrenzer bestehen im Wesentlichen aus den variablen Widerständen 11 mit positiven Temperaturkoeffizienten, die in Serie im Speisestromkreis liegen und gleichzeitig eine Temperaturstabilisierung bewirken.

In I¹Xg. 2 ist ein Beispiel eines Aufnahmekopfes 1 für den elektrodynamischen Aufnehmer der erfindungsgemassen Vorrichtung in vergrössertem Masstab dargestellt. Dabei ist der untere Teil der Messonde 3 weggeschnitten. Der Kopf des Aufnehmers 1 besteht im Wesentlichen aus einem aus metallischem, vorzugsweise unmagnetisehem,Werkstoff gefertigten Gehäuse mit relativ hohem Gewicht und grosser Wandstärke. Dadurch erhält man ein abgedichtetes, schalldichtes Gehäuse mit einer relativ grossen, trägen Masse. Das Gehäuse dient gleichzeitig als Abschirmung. Die Abdichtung des Gehäuseinnenraumes sowie.die nachgiebige Aufhängung der Messonde 3 sind durch zwei konische Stopfen 2 gesichert..

Die Sonde 3 überträgt die Mikrobewegung auf das empfindliche Organ, das von einem Halter 13 für den Magneten 6, einer beigsamen Membran 5 und einer Spule 4 gebildet ist, die im luftspalt des Magnetkreises angeordnet ist. Ferner ist ein Gegengewicht 14 je nach Verwendungszweck und !Frequenzbereich über dem Magneten 6 vorgesehen.

Die Wirkungsweise des empfindlichen Organs ist folgende! Wenn aus dem Boden oder von einer Maschine durch die Sonde Schwingungen auf das empfindliche Organ übertragen werden, erfolgt eine Anregung der Membran 5 und des Gegengewichtes 14 und der damit verbundenen, beweglichen Spule 4 zu, gleichen Schwingungen ; wenn sich die Spule 4 im Magnetfeld verlagert, wird eine IMK bzw. eine Potentialdifferenz an den Ausgangsklemmen erzeugt, die auf die Eingangsklemmen des Verstärkers oder der Verstärker übertragen wird. Das Verfahren zur Geräuschortung basiert auf dem Unterschied zwischen den an den beiden Ohren der Bedienungsperson durch die von ein und derselben Quelle herrührenden Schallwellen hervorgerufenen Wirkungen.

Wenn die Schallquelle von beiden Aufnehmern gleioh weit entfernt ist und in einem homogenen Stoff liegt, erreicht der Schall die beiden Sonden 3 gleichzeitig, gleichphasig und mit gleicher Intensität; andernfalls tritt ein Intensitätsunterschied auf.

Entsprechend dem gegenseitigen Abstand der beiden

Aufnehmer kann man für jede Richtung die aus diesem Intensitätsuntersehied resultierende Winkellage abschätzen und danach die Emissionsrichtung des Schalls "bestimmen.

Das oben im Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebene, empfindliche Organ kann elektromagnetisch mit variabler Induktanz arbeiten. Is kann jedoch auch dynamisch, piezoelektrisch, photoelektrisch oder nach dem Prinzip des Kohlemikrophons arbeiten.

In Pig 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Aufnahmekopfes 1 gezeigt. Das empfindliche Organ besteht hier aus zwei Ringscheiben 4 aus nachgiebigem, leitfähigem Kautschuk. Eine solche Anordnung bietet den Torteil, dass sie alle oszillierend oder stetig ablaufenden Vorgänge anzuzeigen gestattet. Ein derartiges Organ ist an beliebige Grleich- oder Wechselstromverstärker anschliessbar. Die beiden Richtscheiben 4 sind zwischen leitende Elektroden 5 geklemmt, die ihrerseits in ein starres G-ehäuse 8 unter Zwischenschaltung nachgiebiger, isolierender Plättchen 7 eingesetzt sind, die das empfindliche Organ gegen das Gehäuse 8 isolieren. Eine im Deckel 9 des Aufnehmers angeordnete Stellschraube 10 ermöglicht die elektrische Abgleichung einer Wheatstonesehen Brücke. Die mit Hilfe der Sonde 3 und des tlberträgerstiftes 6 dem empfindlichen Organ zugeführten Schwingungen werden auf die Mittelelektrode 5 übertragen. Die mechanische Verbindung zwischen dem Stift β

und der Mitte !.elektrode 5 kann durch eine Klammer magnetisch oder auf andere, geeignete Weise hergestellt werden.

In den Figuren 4, 5 ist sohematisoh die Wirkungsweise des Aufnehmers und naohgesohalteten Verstärkers 10 dargestellt. Die empfindlichen Organe, z. B. die Spule 4, verhalten sich wie zwei gegenphasig arbeitende variable Widerstände.

Schutzansprüche - 10

Claims (8)

FA 649 23-1*10.12.05 S chut zansprttche

1) Vorrichtung zum Nachweis, zur Ortung und Messung von Mikrobewegungen, die im Wesentlichen aus zwei an eine Auswerteinrichtung angeschlossenen Aufnehmern besteht, dadurch g e k e η η ζ e lehnet, dass die beiden Aufnehmer je einen Aufnahmekopf (l)und eine Messende (3) auf we is en, dass der Aufnahmekopf (1) eine elektrische Einrichtung (4, 5, 6, 13, 24) zur Umwandlung der mechanischen Bewegungen in elektrische Grossen enthält, und dass die Auswerteinrichtung (4, 5, 6, 13, 24) für den Anschluss der beiden Aufnehmer symmetrisch aufgebaut ist und zwei Verstärker (1O), Empfänger (18), Justiereinrichtungen (11) sowie ein empfindliches, in einem Brückenglied zwischen den beiden Verstärkern (10) liegendes Galvanometer (14) aufweist.

2) Vorrichtung nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Empfänger (20) vorgesehen ist, der den gleichzeitigen Empfang zusammen mit dem Empfänger (18) zur stereophonen Ortung ermöglicht.

3) Vorrichtung nach Anspruch 1) oder 2), dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu den Galvanometereingängen ein lineares Potentiometer (15) zur Anpassung der beiden Verstärker (10) an die Nullstellung des Galvanometers bei abgeschalteten Aufnehmern vorgesehen ist.

4) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1) bis 5), dadurch gekennzeichn et, dass jeder Verstärker eine selbsttätige Strombegrenzungseinrichtung für Signale mit zu grosser Amplitude enthält, die eine Verringerung der Speisespannung und damit eine selbsttätige Steuerung der Dynamik bewirkt.

5) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1) bis 4)» dadurch gekennze ichnet, dass der Kopf (1) der Aufnehmer ein Gehäuse (9) aus einem metallischen, nicht magnetischem Material relativ grosser Wandstärke aufweist, welches einen Schaft zur elastischen Aufnahme der Messonde (3) und ein empfindliches Organ zur Umwandlung der mechanischen in elektrische Grossen aufweist.

6) Vorrichtung nach Anspruch 5), dadurch gekennzeichnet , dass das empfindliche Organ von einem von einem Hing umgebenen Magnetkern (6) und einer im Ringspalt befindlichen Spule (4) gebildet ist, und dass diese Anordnung in einem von einer biegsamen" Membran (5) abgedeckten, schalenförmigen Halter (13) angeordnet ist und ein Gegengewicht (24) zur Frequenzanpassung trägt.

7) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1) bis 5), dadurch gekennzeichnet, dass die empfindliche Vorrichtung von zwei Kreisringen (4) gebildet ist, die zwischen scheibenförmigen Elektroden (5) eingelagert

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sind, die ihrerseits unter Zwischenschaltung isolierender Scheiben (7) in ein Gehäuse (8) eingelagert sind, dessen liage im Deckel (9) mittels einer Stellschraube (10) veränderbar ist, und dass die Übertragung von der Sonde (3) über einen Stift (6)erfolgt, der an der Mittelelektrode (5) befestigt ist.

8) Torrichtung nach einem der Ansprüche 1) bis 7), dadurch gekennz e ichne t, dass zur elastischen Einführung der Sonde (3) in das Gehäuse zwei konische Stopfen (2) aus elastischem Material vorgesehen sind, die eine Bohrung zur Aufnahme der S_Onde (3) aufweisen und sich aussen in entsprechenden zylindrischen Aussparungen des G-ehäuses (T) abstützen.