DE1942954A1

DE1942954A1 - Einrichtung zum Messen von Abweichungen von der Vertikalen

Info

Publication number: DE1942954A1
Application number: DE19691942954
Authority: DE
Inventors: Verhagen Ir Cornelis Marinus
Original assignee: Datawell BV
Current assignee: Datawell BV
Priority date: 1968-08-27
Filing date: 1969-08-23
Publication date: 1970-03-05
Also published as: DE1942954C3; FR2017045A1; US3596365A; DE1942954B2; NL142235B; NL6812205A; GB1244533A

Description

Patentenwalt 1 9 A 295 A Dr.H.Collenbusch

8501 Schweig U. Nürnberg

ParkatmO· 3 b

Telefon 57 5545

P 2139

Fa. Datawell N.V., Harlem - Holland

Einrichtung zum Messen von Abweichungen von der Vertikalen

Die Erfindung bezieht sich auf eine ,Einrichtung zum Messen " von Abweichungen von der Vertikalen. Mit der Vertikalen ist in der vorliegenden Anmeldung die örtliche Richtung der Schwerkraft gemeint.

Solche Einrichtungen sind in großem Umfang bekannt und variiren vom einfachen Bleilot bis zu komplizierten Kreiselsystemen.

Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, eine einfache Einrichtung zu verwenden, welche Abweichungen von der Vertikalen mit Hilfe von elektrischen Signalen anzeigt, welche wesentlich billiger als ein Kreiselgerät ist und welche^ in hohem Maße unempfindlich gegen Störungen ist, die ihren Ursprung in Schwingungen und horizontalen Beschleunigungen haben, wobei dies auch dann der Fall ist, wenn die Schwingungsdauer verhältnismäßig lang, z. B. in der Größe von 15 - 20 see, wie bei ozeanischen Wellen ist.

001310/0478

Die Erfindung läßt sich infolgedessen vorteilhaft zum Messen der Abweichungen von der Vertikalen auf Schiffen, auf der Fasseroberfläche und bei Bojen anwenden.

Bei der Verwendung bei Bojen wird im besonderen eine Vorrichtung angestrebt, welche sehr wenig Energie verbraucht.

Die im Vorausgehenden genannten Eigenschaften werden nach der Erfindung durch folgende Merkmale erzielt:

Ein auf seiner Innenseite kugelförmiger Behälter ist mit einer Flüssigkeit gefüllt und in diesem Behälter ist an einem in Bezug auf die Innenfläche das Behälters nicht beweglichen Punkt ein Faden befestigt, an dem ein Spulenträger mit einer von Stronjdurchflossenen Spule befestigt ist; die Linie durch den Aufhängepunkt des Spulenträgers und des Schwerpunktes von Spulenträger und Spule fällt mit der Spulenachse zusammen; weiterhin sind zwei konzentrisch und senkrecht zueinander liegende, das Meßsignal abgebende Ausgangsspulen unabhängig von der erregten Spule angeordnet, wobei die Schnittlinie der Hauptebenen der Ausgangsspulen, wenn diese vertikal liegen, mit der Achse der erregten Spule übereinstimmt.

Weiterhin ist es von Bedeutung, daß die Behälterinnenwand so glatt wie möglich ausgeführt ist und daß auf der Innenseite des Behälters so wenig wie möglich Teile angebracht sind, um dadurch Störungen, welche von der Behälterwand auf die Flüssigkeit in dea Behälter übertragen werden, wenn die Behälterwand rotiert, auf ein Minimum zu reduzieren. N,ach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird infolgedessen vorgeschlagen, die Ausgangsspulen außerhalb des Behälters vorzusehen. Infolge-

dessen ist es nicht möglich, daß die Ausgangsspulen eine Bewegung der Flüssigkeit hervorrufen, wenn der Behälter Drehschwingungen ausführt.

Eine einfache Ausführungsform der Erfindung besteht darin, die Ausgangsspulen mit dem Behälter fesi/zuJverbinden. Sie bilden dann zueinander senkrechte Ringe um den Behälter, wobei dieser mit einer Konstruktion in Verbindung steht, in Bezug auf welche^ die Abweichung von der Vertikalen gemessen werden soll, das ist zum Beispiel eine Boje auf der Meeresoberfläche, oder ein Konstruktionsteil auf einem Schiff.

Es ist zwar möglich, besondere, biegsame Verbindungsdrähte für die stromdurchflossene Spule zu verwenden, doch ist dies unvorteilhaft, da auch sehr biegsame, dünne Drähte noch eine gewisse Steifigkeit aufweisen. Um daher die längste mögliche Schwingungsdauer des Spulenträgers zu erhalten, wenn mit diesem insbesondere die Bewegung der Abkippschwingung gemessen werden soll, die von dem Träger in Bezug auf den Punkt ausgeführt wird, der mit dem Aufhängefaden in Verbindung steht, so ist es von großer Bedeutung, die Steifigkeit des Aufhängefadens so gering wie möglich zu halten. Infolgedessen ist es ein .weiteres Merkmal der Erfindung, daß der Aufhängefaden des Trägers ein oder mehrere elektrische Leiter aufweist.

Infolgedessen üben die elektrischen Leiter, die mit der erregten Spule verbunden sind, als Speiseleitungen und als Aufhängemittel, eino doppelte Funktion aus.

Weiterhin ist das Moment, das von der Steifigkeit der Stromleitungen in Bezug auf den Punkt, an dem der Träger der erregten Spule mit dem ^raht verbunden ist, sehr gering, da der

-I₁-

0098 10/0476

Hebelarm dieses Momentes nur die Stärke des Aufhängedrahtes ist. Beim Verbinden eines elektrischen Leiters mit einem beliebigen Punkt des Spulenträgers dürfte dieses Moment viele Male größer, wenn nicht mehrere hundert Male größer sein.

Für den Fall, daß nur ein einziger elektrischer Leiter vorhanden ist, kann die Flüssigkeit elektrisch leitend sein und dazu dienen, die andere Zuleitung zu der Spule zu bilden. In diesem Falle sollte die Spule mit Wechselstrom gespeist werden oder zumindest mit einem Strom von wechselnder Stromrichtung, da bei Anwendung von Gleichstrom eine Polarisation an den Elektroden, welche die Flüssigkeit mit dem übrigen Stromkreis verbindet, auftritt.

Zur Erzielung langer Schwingungsdauern ist es bei Anwendung der Erfindung wünschenswert, die Dichte der Flüssigkeit so groß zu wählen, daß sie sehr wenig von dem Gewicht abweicht, das das Gewicht von Spulenträger und Spule hat. So ist es zweckmäßig, die Anpassung dieser Größe bis auf ein paar Promille vorzunehmen. In diesem Fall kann der Aufhängedraht bzw. der elektrische Leiter, der diesen Draht hauptsächlich bildet, sehr dünn gewählt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen noch näher erläutert. In den Figuren stellen dar:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Einrichtung der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Einrichtung der Erfindung, Fig. 3 ein Einzelteil in vergrößertem Maßstab und Fig. 4a, 4b zwei elektrische Schaltschemen.

- 5 -0098 10/04 7 6

In den Figuren stellt 1 einen Behälter dar, in dem an einem Funkt 2 ein dünner starrer Stab 10 befestigt ist, dessen Ende 0 mit dem Mittelpunkt der Kugel, welche von der Innenfläche des Behälters 1 gebildet wird, zusammenfällt. An dem Ende O ist ein Aufhängedraht 3 befestigt, der einen Spulenträger k und eine Spule 5 trägt. Der Spulenträger k bildet zusammen mit dem Draht 3 in Bezug auf den Aufhängepunkt O ein Pendel, das zwei Freiheitsgrade in zwei zueinander senkrechten Ebenen aufweist, sowie einen weiteren Freiheitsgrad, da der Draht 3 sich verdrehen kann.

In Bezug auf den Aufhängepunkt 6 des Trägers 4, kann letzterer um zwei zueinander senkrechte, horizontale Achsen, die sich im Punkt 6 schneiden, schwingen. Die Dämpfung dieser zuletzt' genannten Schwingungen ist wichtig, damit die Spule 5 in einer horizontalen Lage bleibt. Zu diesem Zweck ist es wichtig, daß das Gewicht des Trägers 4 zusammen mit dem der Spule 5 nur sehr wenig größer als das Gewicht des von diesen ver- · drängten Flüssigkeitsvolumens ist. Hierdurch wird ein sehr kleines rücktreibendes Drehmoment hervorgerufen, wenn eine Lagenänderung von der Horizontallage eintritt. Das Trägheitsmoment des Spulenträgers und der Spule ist nicht nur von ihrer eigenen Masse abhängig, sondern wird dadurch beträchtlich vergrößert, daß bei einer Bewegung des Spulenträgers und der Spule eine erhebliche Flüssigkeitsmenge mitgenommen wird. Wenn der Spulenträger dünn ist, so ist es möglich, daß das mitgenommene Flüssigkeitsgewicht etwa 200 mal größer als das des Spulenträgers ist, so daß das Trägheitsmoment etwa um den Faktor 200 vergrößert ist. Auf diese Weise ist es möglich, eine Schwingungsdauer in der Größe von 40 Sekunden und ■ehr zu erhalten. Bei einer so lagen Schwingungsdauer für

009810/0476

für eine Dreh- und Pendelschwingung werden Wellenbewegungen der See nur sehr schwer übertragen, so daß die Spule 5 sehr stabil in einer horizontalen Lage mit genau vertikaler Achse 7 verbleibt. Auf der Außenseite des Behälters 1 ist eine Spule 8 vorgesehen, die konzentrisch zu dem Behälter 1 liegt und unmittelbar über dieser Spule ist eine zweite Spule 9 ebenfalls konzentrisch zu dem Behälter 1 und senkrecht zu der Spule 8 vorgesehen. Diese beiden Spulen stellen die Aus-

h gangsspulen der Meßanordnung dar. Befindet sich der Behälter 1 in einer solchen Lage, daß die Hauptebenen beider Spulen 8 und 9 vertikal liegen, so daß ihre gemeinsame Schnittlinie vertikal ist, so ist die Kopplung mit der Spule 5 Null. Eine Stromänderung in der Spule 5 induziert somit keine Spannung in den Spulen 8 und 9· Hat jedoch der Behälter 1 eine von der Vertikalen abweichende Lage, wie dies z. B. in Figur 1 dargestellt ist, wo die Spule 8 mit ihrer Hauptebene einen Winkel γ mit der Vertikalen bildet, wobei jedoch die Spule noch in ihrer vertikalen Ebene bleibt, so ist eine Kopplung zwischen der Spule 5 und der Spule 8 vorhanden, welche proportional zu siny' wobei Ψ der Neigungswinkel der Spule 8, wie in Figur 1 gezeigt, bedeutet. Analoge Betrachtungen können bezüglich der Spule 9 angestellt werden, wenn deren Lage von der Vertikalen abweicht.

Die von der Vertikalen abweichenden Lage' des Behälters kann auf einfache Weise durch die Ausgangssignale der Spulen 8 und 9 und zwar elektrisch durch die Vektoraddition dieser Ausgangssignale bestimmt werden. Wenn es bekannt ist, welche Azimuth-Orientierung diese Spulen 8 und ,9 haben, so ist auch die Azimuth-Orientierung der Neigung bekannt, dies bedeutet, daß, wenn z. B. der Behälter 1 Bestandteil einer Boje ist und diese Boje in einer bestimmten Weise zur Nord-Süd-Rich-

-T-009810/0476

**y ■■■

tung orientiert ist, so ist es nicht nur bekannt, wie groß die Neigung der Wellen ist, in welchen die Boje schwimmt, sondern es ist auch die geographische Orientierung der Wellenneigung bekannt und infolgedessen auch die Fortpflanzungsrichtung der Wellen.

Figur 3 zeigt in einem vergrößertem Maßstab das bereits erwähnte Aufhängesystem 4 und 5· In Figur 3 ist der Schwerpunkt des vollständigen Systems 4 und 5 mit Z bezeichnet und der Aufhängepunkt mit 6. Der Abstand zwischen 6 und Z ist proportional zu dem rücktreibenden Moment, das durch die Schwerkraft ausgeübt wird, wenn eine Abweichung von der horizontalen Lage eintritt.

In Figur 4a und 4b sind zwei verschiedene elektrische Stromkreise dargestellt.

In Figur 4a ist die Spule 5 mit einer Stromquelle 15 durch zwei Aufhängedrähte 3a und 3b verbunden. Bei dem Beispiel in Figur 4b wird der Stromkreis durch den Aufhängedraht 3c, der Spule 5, einer an dem Träger 4 befestigten Elektrode der Flüssigkeit 17, einer an der Innenwand des Behälters befestigten Elektrode 16 und dem Leiter 18 gebildet.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird das Messen der Abweichung von der Vertikalen in hohem Maße nicht von Rotationsmomenten der Meßanordnung um eine vertikale Achse beeinflußt.

Die in den Spulen S und 9 induzierten Spannungen geben die Größe und die Richtung einer Abweichung von der Vertikalen von der Konstruktion an, an der die Spulen 8 und 9 befestigt sind.

009810/0476

Claims

-Q-Patentansprüche:

ίI)J Einrichtung zum Messen der Abweichung von der Vertikalen mittels eines au! seiner Innenseite kugelförmigen mit einer Flüssigkeit gefüllten Behälters, in welchem an einem in Bezug auf die Innenfläche des Behälters unbeweglichen Aufhängepunkt ein, einen Körper tragender Faden befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Körper aus einem Spulenträger und einer von Strom durchflossenen Spule besteht, wobei die Linie durch den Aufhängepunkt des Spulenträgers und dem Schwerpunkt der Kombination von Spulenträger und Spule mit der Spulenachse zusammenfällt, wobei ferner zwei zueinander konzentrische Ausgangsspufen unabhängig von der erregten Spule so vorgesehen sind, daß die von ihren Ilauptebenen gebildete S_chnittlinie bei ihrer vertikalen Lage mit der Achse der erregten Spule zusammenfällt.
2) Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspulen außerhalb des Behälters vorgesehen sind.
3) Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspulen fest an der Behälterwand vorgesehen sind.
k) Einrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufhängefaden einen oder mehrere elektrische Leiter aufweist.
5) Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufhängefaden nur einen elektrischen Leiter aufweist und daß die Flüssigkeit elektrisch leitend ist.
6) Verwendung einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis ¹J bei einer Boje. _v

BAD ORIGINAL 009810/0^76