DE1942954B2 - Einrichtung zum messen von abweichungen von der vertikalen - Google Patents

Description

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 35 rechte Ringe um den Behälter, wobei dieser mit einer bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß diese in einer Konstruktion in Verbindung steht, in bezug auf Boje verwendet wird. welche die Abweichung von der Vertikalen gemessen

werden soll, das ist zum Beispiel eine Boje auf der Meeresoberfläche oder ein Konstruktionsteil auf

40 einem Schiff.

Es ist zwar möglich, besondere, biegsame Verbindungsdrähte für die stromdurchflossene Spule zu verwenden, doch ist dies unvorteilhaft, da auch sehr

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung biegsame, dünne Drähte noch eine gewisse Steifigkeit zum Messen von Abweichungen von der Vertikalen. 45 aufweisen. Um daher die längste mögliche Schwin-Mit der Vertikalen ist in der vorliegenden Erfin- gungsdauer des Spulenträgers zu erhalten, wenn mit dung die örtliche Richtung der Schwerkraft gemeint. diesem insbesondere die Bewegung der Abkipp-

Solche Einrichtungen sind im großen Umfang be- schwingung gemessen werden soll, die von dem Träger kannt und variieren vom einfachen Bleilot bis zu in bezug auf den Punkt ausgeführt wird, der mit dem komplizierten Kreiselsystemen. 50 Aufhängefaden in Verbindung steht, so ist es von

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, eine ein- großer Bedeutung, die Steifigkeit des Aufhängefafache Einrichtung zu verwenden, welche Abweichun- dens so gering wie möglich zu halten. Infolgedessen gen von der Vertikalen mit Hilfe von elektrischen Si- ist es ein weiteres Merkmal der Erfindung, daß der gnalen anzeigt, welche wesentlich billiger als ein Aufhängefaden des Trägers ein oder mehrere elektri-Kreiselgerät ist und welche in hohem Maße unemp- 55 sehe Leiter aufweist.

findlich gegen Störungen ist, die ihren Ursprung in Infolgedessen üben die elektrischen Leiter, die mit

Schwingungen und horizontalen Beschleunigungen der erregten Spule verbunden sind, als Speiseleitunhaben, wobei dies auch dann der Fall ist, wenn die gen und als Aufhängemittel eine doppelte Funktion Schwingungsdauer verhältnismäßig lang, z. B. in der aus.

Größe von 15 bis 20 see, wie bei ozeanischen Wellen 60 Weiterhin ist das Moment, das von der Steifigkeit ist. der Stromleitungen in bezug auf den Punkt, an dem

Die Erfindung läßt sich infolgedessen vorteilhaft der Träger der erregten Spule mit dem Draht verbunzum Messen der Abweichungen von der Vertikalen den ist, sehr gering, da der Hebelarm dieses Momenauf Schiffen, auf der Wasseroberfläche und bei Bojen tes nur die Stärke des Aufhängedrahtes ist. Beim anwenden. 65 Verbinden eines elektrischen Leiters mit einem belie-

Bei der Verwendung bei Bojen wird im besonde- bigen Punkt des Spulenträgers dürfte dieses Moment ren eine Vorrichtung angestrebt, welche sehr wenig viele Male größer, wenn nicht mehrere hundert Male Energie verbraucht. 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, 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 an Hand der Zeichnung noch näher erläutert. In den Figuren stellt dar

F i g. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Einrichtung der Erfindung,

F i g. 2 eine Draufsicht auf die Einrichtung der Erfindung,

F i g. 3 ein Einzelteil in vergrößertem Maßstab und

F i g. 4 a, 4 b zwei elektrische Schaltschemen.

In den Figuren stellt 1 einen Behälter dar, in dem an einem Punkt 2 ein dünner starrer Stab 10 befestigt ist, dessen EndeO mit dem Mittelpunkt der Kugel, welche von der Innenfläche des Behälters 1 gebildet wird, zusammenfällt. An dem Ende 0 ist ein Aufhängedraht 3 befestigt, der einen Spulenträger 4 und eine Spule 5 trägt. Der Spulenträger 4 bildet zusammen mit dem Draht 3 in bezug auf den Aufhängepunkt 0 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 der Trägers 4 zusammen mit dem der Spule 5 nur sehr wenig größer als das Gewicht des von diesen verdrängten Flüssigkeitsvolumens ist. Hierdurch wird ein sehr kleines rücktreibendes Drehmoment hervorgerufen, wenn eine Lagenänderung von der Horizontalen 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 Flüssigkeilsgewicht 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 mehr zu erhalten. Bei einer so langen Schwingungsdauer 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 Ausgangsspulen der Meßanordnung dar. Befindet sich der Behälter 1 in einer solchen Lage, ίο 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 F i g. 1 dargestellt ist, wo die Spule 8 mit ihrer Hauptebene einen Winkel qr mit der Vertikalen bildet, wobei jedoch die Spule 9 noch in ihrer vertikalen Ebene bleibt, so ist eine Kopplung zwischen der Spule 5 und der Spule 8 vorhanden, welche proportional zu sin φ ist, wobei </ der Neigungswinkel der Spule 8, wie in F i g. 1 gezeigt, bedeutet. Analoge Betrachtungen können bezüglich der Spule 9 angestellt werden, wenn deren Lage von der Vertikalen abweicht.

Die von der Vertikalen abweichende 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. Wenn z. B. der Behälter 1 Bestandteil einer Boje ist und diese Boje in einer bestimmten Weise zur Nord-Süd-Richtung 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.

F i g. 3 zeigt in einem vergrößertem Maßstab das bereits erwähnte Aufhängesystem4 und 5. In Fig.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 Fig.4a und 4b sind zwei verschiedene elektrisehe Stromkreise dargestellt.

In Fig.4a ist die Spule5 mit einer Stromquelle 15 durch zwei Aufhängedrähte 3 α und 3fc verbunden. Bei dem Beispiel in Fig. 4b wird der Stromkreis durch den Aufhängedraht 3 c, der Spule 5, einer an dem Träger 4 befestigten Elektrode 14 der Flüssigkeit 17, einer an der Innenwand des Behälters 1 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 8 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnuneen

Claims (5)

Die im Vorausgehenden genannten Eigenschaften Patentansprüche: Werden nach der Erfindung durch folgende Merk male erzielt:

1. Einrichtung zum Messen der Abweichung Ein auf seiner Innenseite kugelförmiger Behälter von der Vertikalen mittels eines auf seiner Innen- 5 ist mit einer Flüssigkeit gefüllt, und in diesem Behälseite kugelförmigen mit einer Flüssigkeit gefüllten ter ist an einem in bezug auf die Innenflache des BeBehälters, in welchem an einem in bezug auf die hälters nicht beweglichen Punkt ein Faden befestigt, Innenfläche des Behälters unbeweglichen Auf- an dem ein Spulenträger mit einer von Strom durchhängepunkt ein einen Körper tragender Faden flossenen Spule befestigt ist; die Linie durch den befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, io Aufhängepunkt des Spulenträgers und des Schwerdaß der genannte Körper aus einem Spulenträger punktes von Spulenträger und Spule fällt mit der und einer von Strom durchflossenen Spgle be- Spulenachse zusammen; weiterhin sind zwei konzensteht, wobei die Linie durch den Aufhängepunkt trisch und senkrecht zueinander liegende, das Meßdes Spulenträgers und dem Schwerpunkt der signal abgebende Ausgangsspulen unabhängig von Kombination von Spulenträger und Spule mit der 15 der erregten Spule angeordnet, wobei die Schnittlinie Spulenachse zusammenfällt, wobei ferner zwei der Hauptebenen der Ausgangsspulen, wenn diese zueinander konzentrische Ausgangsspulen unab- vertikal liegen, mit der Achse der erregten Spule hängig von der erregten Spule so vorgesehen übereinstimmt.

sind, daß die von ihren Hauptebenen gebildete Weiterhin ist es von Bedeutung, daß die Behälter-Schnittlinie bei ihrer vertikalen Lage mit der 20 innenwand so glatt wie möglich ausgeführt ist und Achse der erregten Spule zusammenfällt. daß auf der Innenseite des Behälters so wenig wie

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- möglich Teile angebracht sind, um dadurch Störunkennzeichnet, daß die Ausgangsspulen außerhalb gen, weiche %'on der Behälterwand auf die Flüssigkeit des Behälters vorgesehen sind. in dem Behälter übertragen werden, wenn die Behäl-

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- 25 terwand rotiert, auf ein Minimum zu reduzieren, durch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspulen Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird fest an der Behälterwand befestigt sind. infolgedessen vorgeschlagen, die Ausgangsspulen

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche, da- außerhalb des Behälters vorzusehen. Infolgedessen ist durch gekennzeichnet, daß der Aufhängefaden es nicht möglich, daß die Ausgangsspulen eine Beweeinen oder mehrere elektrische Leiter aufweist. 30 gung der Flüssigkeit hervorrufen, wenn der Behälter

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge- Drehschwingungen ausführt.

kennzeichnet, daß der Aufhängefaden nur einen Eine einfache Ausführungsform der Erfindung beelektrischen Leiter aufweist und daß die Flüssig- steht darin, die Ausgangsspulen mit dem Behälter keit elektrisch leitend ist. fest zu verbinden. Sie bilden dann zueinander senk-