-
Meridiankreiselgerät Die Erfindung betrifft ein Meridiankreiselgerät
mit einem an einem Band aufgehängten Kreisel und einer Dämpfungsvorrichtung zur
Dämpfung von Azimutschwingungen des Kreisels.
-
Zur schnellen Ermittlung der Nordrichtung wäre es wunschenswert, wenn
man die Azimutschwingungen des Meridiankreisels aperiodisch dämpfen könnte. Es ist
versucht worden, dies durch Eintauchen des richtungsweisendsn Kreiselpendeis in
Flüssigkeiten genügender Zähigkeit zu erreichen. Das führt jedoch zu Fehlern, da
der Kreisel die Nordlage nicht exakt erreicht. Die Flüssigkeit verursacht nämlich
zum Schluß ein "Stocken" des Meßsystems.
-
Es ist auch bekannt, die Schwingungen mit Hilfe von Wirbelströmen
zu dämpfen. Das erfordert jedoch eine große und schwere Dämpfungsvorrichtung. Außerdem
ist es notwendig, die Wirbelstrom-Dämpfungsvorrichtung magnetisch abzuschirmen,
was bei einer Dämpfungsvorrichtung der hierbei erforderlichen Ärt außerordentlich
schwer wird.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eridiankreiselgerät
der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß die Azimutschwingungen des Kreisels
mit einfachen Mitteln aperiodisch oder annähernd aperiodisch gedämpft werden können,
ohne daß die genauigkeit der Anzeige dadurch bee-intrachtigt wirt.
-
Erfindungsgemäß wird das dadurch erreieht, das oln Abgriff zur Erzeugung
eines S ,mals nach Ilaßgabe der Azimut-Auslekung des Kreisels vorgesehen ist und
daß dieses Signal über einen Verstärker einen Drehmomenterzeuger beaufschlagt, der
auf den Kreisel ein Moment im Sinne einer Dämpfung der Azimut-Schwingungen des Kreisels
ausübt.
-
Das kann in der Weise geschehen, daß ein der Ablage des Kreider sels
von Bandnullage proportionales Signal über elektrische Differentiationsglieder auf
einen Drehmomenterzeuger zur Erzeugung eines Drehmoment3 um die vertikale Bandaufhängungsachse
aufgeschaltet wird. Dabei kann ein Phasenkorrektur
vorgesehen sein. Die Differentiation kann beispielsweise mittels eines aktiven
erfolgen.
-
Eine besonders vorteilhafte Anordnung ergibt sich jedoch, wenn der
von dem Azimut-Abgriffsignal beaufschlagte Drehmomenterzeuger auf den Kreisel ein
Moment um eine Achse ausübt, die senkrecht zu der Ebene von Band und Kreiseldrallachse
liegt.
-
Bs läßt sich zeigen, daß ein solches Moment eine Dämpfung der Azimut-Schwingungen
des nordsuchenden Meridiankreisels bewirkt.
-
Durch die Kopplung der Kreiselachsen tritt jedoch eine höherfrequente
Azimut-Schwingung auf, die durch die Frequenz der Schwingungen in der Ebene von
Band und Kreiseldrallachse bestimmt ist. Um diese Schwingungen, welche die Ablesungen
stören können, zu unterdrücken, kann in weiterer Ausbildung der
Erfindung
vorgesehen sein, daß auf den Drehmomenterzeuger über ein proportional übertragendes
und differenzierendes Netzwerk das der Azimut-Auslenkung des Kreisels entsprechende
Abgriffsignal nebst-seiner Zeitableitung zugeführt wird.
-
I)urch die Erfindung IäIJt sich mit relativ geringem Aufwand eine
aperiodische Dmpfung eines Meridiankreiselgerätes erzielen, so daß der Kreisel sich
relativ schnell und ohne Restfehler entweder in die Nordrichtung einstellt oder
eine Anzeige der Nordrichtung gestattet.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnfilme
auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert: Figur 1 zeigt einen Vertikalschnitt
eines erfindungsgemäßen Meridiankreiselgerätes.
-
Figur 2 zeigt in Draufsicht den Drehmomenterzeuger, Figur 3 veranschaulicht
die Winkelbeziehungen.
-
Das Neridiankreiselgerät nach der Erfindung besitzt ein Hauptgehäuse
10, in welchem ein Zwischengehäuse 12 um eine vertikale Achse verdrehbar gelagert
ist. In den Zwischengehäuse 12 ist mittels eines Bandes 14 ein Kreisel 16 aufgehängt,
dessen waagerechte Drallachse mit 18 bezeichnet ist. Bei einen sblchen Kreiselpendel
sucht sich der Kreisel 16, wenn das Gehäuse 10 erdfest aufgestellt ist, mit seiner
Drallachse parallel zur Nordrichtung einzustellen. An dem Zwischengehäuse 12 ist
ein Zielfernrohr 20 angebracht, welches mit dem Gehäuse 12 verdreht wird.
-
An dem Kreisel 16 ist ein Spiegel 22 vorgesehen. Dieser Speigel 22
bildet einen Teil eines photoelektrischen Abgriffs 24 mit einer Lichtquelle 26 und
einem photoelektrischen Empfänger 28.
-
Der photoelektrische Abgriff 24 liefert ein Ausgangssignal nach Maßgabe
der Auslenkung des Kreisele 16 aus der Bandnulllage. Das Ausgangssignal des photoelektrischen
Abgriffs 24 wird durch einen Verstärker 30 verstärkt und auf einen Drehmomenterzeugen
32 gegeben, und zwar über ein Netzwerk 34, welches das Signal sowohl propirtional
überträgt als nach auch differenziert, so daß der Drehmomenterzeugen von einem Signal
beaufschlagt ist, welches proportional zu einer Linearkombination der Kreiselauslenkung
und ihrer Zeitableitung ist.
-
Der Drehmomenterzeuger 32 erzeugt ein Moment auf den Kreisel 16, um
eine zur Papierebene senkrechte Achse. Zu diesem Zweck weist der Drehmomenterzeuger
32 einen Stator 36 mit zwei E-förmigen feromagnetischen Kernen auf die hintereinander
in der Ebene des Bandes 14 und der Kreiseldrallachse 18 angeordnet sind.
-
Auf den äußeren Schenkeln der E-förmigen Kerne 38 sitzen jeweils
links in Figur 2 die Feldspulen 40, 42, die von einem konstanten Wechselstrom durchflossen
sind. Auf den jeweils rechten äußeren Schenkeln der E-förmigen Kerne 38 sitzen die
Steuerspulen 44 bgw. 46, die von dem Signal des Abgriffs 24 über den Verstärker
30 und das Netzwerk 34, gegebenenfalls über ein Potentiometer 48 beaufschlagt sind.
-
An, dem Kreisel 16 ist unten ein Ansatz 50 vorgesehen, der eine Scheibe
52 aus elektrisch gut leitendem Material, beispielsweise Aluminium oder Kupfer,
'trägt. Diese Scheibe 52 bildet den izLke-r eines, nach dem Ferraris-Prinzip arbeitenden
Drehmomenterzeugers mit dem Stator 36.
-
Das verstärkte Signal von dem Abgriff 24 wird außerdem über ein Potentiometer
54 auf einen Drehmomenterzeuger, bestehend aus den Spulenanordnungen 56 und 58,
gegeben, die -ebenfalls
mit dem scheibenförmigen Anker 52 zur Erzeugung
eines Drehmoments um die Bandachse nach dem Ferraris-Prinzip zusammenwirken. Auf
diese Weise wird eine elektrische Fesselung des Kreisels16 erzielt, wie in einer
gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung der Anmelderin geschildert ist.
-
Das verstärkte Ausgangssignal des Abgriffs 24 wird außerdem über ein
Potentiometer 60 auf einen Stellmotor 62 gegeben. Die Welle des Stellmotors 62 trägt
ein Ritzel 64 das mit einem Zahnrad 66 an dem Gehäuse 12 in Eingriff steht. Auf
diese Weise erfolgt über den Stellmotor 62 eine Nachdrehung des Zwischengehäuses
12 solange, bis die Bandnullage in Nordrichtung fällt. Durch diese elektrische Fesselung
und die Nachdrehung wird folgendes erreicht: Das Kreiselrichtmoment, welches den
Kreisel 16 in die Nordrichtung zu drehen sucht, wird von dem elektrisch erzeugten
Drehmoment kompensiert. Der Ausgang des Verstärkes 30 ist ein Maß für dieses Drehmoment.
-
Es erfolgt eine Nachdrehung solange, bis dieses Drehmoment verschwin-det
und damit der Kreisel mit seiner Drallachse in die Nordrichtung weist'. -Danhwirkt
auf den Kreisel kein Moment.
-
Das Band 14 ist entspannt, und der Abgriff 24 liefert kein Ausgangssignal,
weil der Kreisel 16 in der Kreiselnullage steht.
-
Die beschriebene Anordnung bewirkt eine Dämpfung der Azimutunter Bezugnahme
auf Fig. 3 Schwingungen. Das soll nachstehend erläutert werden.
-
Bezeichnet man mit: α den Winkel der azimutalen Schwingung (Ablage
der Drallachse des Kreisels von der Nordrichtung) αk den Winkel zwischen Drallachse
und Bandnullage αo den Winkel der Bandnullage gegen Nord (anfänglicher Fehlwinkel
des Gerätes gegen Nord)
ß den Winkel der Elevationsschwingung H
den Drall des Kreisels Ca die Federkonstante der Bandaufhängung K das Pendelmoment
D den Aufschaltfaktor des Abgriffsignals auf den Drehmomenterzeuger # die geographische
Breite
das Kreiselnordmoment das Elevationsmoment so gilt, falls man keine Störung von
außen annimmt: für die Summe der Momente um die a-Achse
und für die Summe der Momente um die ß-Achse
Aus der Geometrie erhält man
| 09t man nacha sauf, indem man %+bK setzt, so erhält |
| man t 9 t T aX sC weC.osao |
Aus dieaer Gleichung ersieht man, daß die beabsichtigte Aufschaltung, ausgedrückt
durch den Koeffizienten D, im Glied des Differentialquotienten vonaK erscheint und
somit die dämpfende Wirkung erzeugt. Wenn dieaK -Schwingung gedämpft wird, so ist
auch diea-Schwingung gedämpft, da sie durch die Gleichung
mit ihr verknüpft ist. Die Dämpfung beeinflußt natürlich nicht den Winkela0' der
durch andere Mittel auf 0 gebracht werden muß.
-
Ferner bemerkt man, daß das kons -J \-
nicht in die Gleichung für a eingeht. Man darf also daraue schließen, daß auch ein
eventuelle fehlerhaftes Restmoment vonDaK nicht erscheinen wird und somit keinen
Einfluß auf die Nordgenauigkeit des Gerätes ausübt.
-
Mittels des Potentiometers 48 kann der Dämpfungsgrad eingestellt werden.