DE19838465C1 - Vorrichtung zur Bestimmung einer senkrecht zum Gravitationsfeld der Erde ausgerichteten Linie und/oder Ebene - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung einer senkrecht zum Gravitationsfeld der Erde ausgerichteten Linie und/oder Ebene, mit einem, in wenigstens einem Freiheitsgrad verlagerbaren Meßelement, das die Ausrichtung einer Referenzlinie und/oder einer Referenzebene der Vorrichtung zu der zu bestimmenden Linie und/oder Ebene anzeigt. DOLLAR A Es ist vorgesehen, daß die Vorrichtung (10) wenigstens einen Beschleunigungssensor (22) aufweist, dessen Sensierrichtung (24) senkrecht zu der Referenzlinie und/oder Referenzebene (16) liegt, wobei eine infolge der Einwirkung einer Gravitationsbeschleunigung bedingte Beeinflussung eines Beschleunigungssensor-Ausgangssignals (U¶B¶) erfaßt und zur Bestimmung der Lage der Referenzlinie und/oder Referenzebene (16) herangezogen wird, die Vorrichtung (10) mittels wenigstens eines Stellmittels (26, 28) um eine x-Achse (18) und/oder y-Achse (20) verschwenkbar ist und ein Beschleunigungssensor-Ausgangssignal (U¶B¶) einer Auswerteschaltung (42) zugeführt wird, die Richtungsableitungen des Beschleunigungssensor-Ausgangssignals (U¶B¶) nach den Freiheitsgraden x und y durchführt und Steuersignale (S¶x¶, S¶y¶) bereitstellt, die eine Ausrichtung der x-Achse (18) und/oder der y-Achse (20) der Vorrichtung (10) in das Maximum der Gravitationsachse bewirken.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestim­ mung einer senkrecht zum Gravitationsfeld der Erde ausgerichteten Linie und/oder Ebene mit einem, in we­ nigstens einem Freiheitsgrad verlagerbaren Meßele­ ment, das die Ausrichtung einer Referenzlinie und/oder Referenzebene der Vorrichtung zu der zu be­ stimmenden Linie und/oder Ebene anzeigt.

Stand der Technik

Vorrichtungen der gattungsgemäßen Art sind bekannt. Diese dienen dazu, insbesondere im Bauhandwerk, exakt horizontal ausgerichtete Fluchten, Flächen oder der­ gleichen herzustellen. Hierbei wird eine horizontale Linie oder eine horizontale Fläche, das heißt eine Linie oder eine Fläche, die senkrecht zum Gravita­ tionsfeld der Erde ausgerichtet ist, als Bezugsgröße definiert. Um diese Bezugsgröße definieren zu können, sind beispielsweise sogenannte Wasserwaagen bekannt. Diese werden manuell oder automatisch in wenigstens einem Freiheitsgrad, gegebenenfalls zwei Freiheits­ graden, in ihrer Winkellage zu einem Gravitations­ feldvektor (der idealerweise angenommen senkrecht zur Erdoberfläche gerichtet ist) verschwenkt, bis wenig­ stens ein Meßelement die exakte Ausrichtung der Vor­ richtung anzeigt. Als Meßelemente sind beispielsweise sogenannte Libellen bekannt, die optisch die Position der Vorrichtung anzeigen. Diese optische Position wird aufwendig optoelektronisch ausgelesen, zum Bei­ spiel mittels Lichtschrankenanordnungen (Ausleucht­ dioden, Abbildungsoptiken, Photodioden oder Photo­ transistoren) und elektrischer Weiterverarbeitung. Ist die gewünschte Position erreicht, befindet sich eine Referenzlinie und/oder eine Referenzebene der Vorrichtung in exakt horizontaler Ausrichtung, so daß von dieser Referenzlinie und/oder Referenzebene aus­ gehend die gewünschten Lage- beziehungsweise Hö­ henparameter abgegriffen werden können. Hier sind beispielsweise mechanische Abgriffsmöglichkeiten oder elektronische, insbesondere durch Aussenden eines Laserstrahls wirkende Abgriffsmöglichkeiten bekannt.

Bei den bekannten Vorrichtungen ist nachteilig, daß diese aufgrund ihrer optoelektrischen Ablesung der eingenommenen Position relativ kostenintensiv sind.

Aus der Kraftfahrzeugtechnik sind Beschleunigungssen­ soren bekannt. Diese weisen eine federnd aufgehängte seismische Masse auf. Infolge einer Beschleunigungs­ einwirkung wird die seismische Masse ausgelenkt, so daß mittels geeigneter Auswertemittel, zum Beispiel Kammstrukturen, Kapazitäten oder dergleichen, ein Be­ schleunigungssensor-Ausgangssignal abgreifbar ist.

Derartige Beschleunigungssensoren werden beispiels­ weise zur Detektion einer plötzlich am Kraftfahrzeug auftretenden Beschleunigung eingesetzt, um mittels des Beschleunigungssensor-Ausgangssignals Sicher­ heitseinrichtungen, beispielsweise Airbag, Gurtstraf­ fer oder dergleichen, auszulösen.

Es ist auch bekannt geworden, Beschleunigungssensoren in Vorrichtungen zur Bestimmung einer senkrecht zum Gravitationsfeld der Erde ausgerichteten Linien und/oder Ebenen einzusetzen. Hierbei ist jedoch nach­ teilig, daß wegen der Offset- und Empfindlichkeits­ drift von Beschleunigungssensoren ein Offsetanteil an einem durch Gravitationseinwirkung erzeugten Signal nicht erfaßbar ist. Hierdurch sind die bekannten Vor­ richtungen mit einer relativ großen Ungenauigkeit behaftet.

Aus der DE 44 16 586 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Neigung eines Fahrzeug- Wagenkastens bekannt. Zur Komfortverbesserung ist die Neigung des Wagenkastens bezüglich der auftretenden Störungen zu regeln. Dazu werden die Bewegungsgrößen, Winkelgeschwindigkeit und Beschleunigung, unmittelbar am Wagenkasten gemessen und die Neigung durch die Restquerbeschleunigung als Führungsgröße in einem inertialen Bezugssystem geregelt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet demgegenüber den Vor­ teil, daß in einfacher und kostengünstiger Weise eine hochgenaue Bestimmung einer senkrecht zum Gravita­ tionsfeld der Erde ausgerichteten Linie und/oder Ebene möglich ist. Dadurch, daß die Vorrichtung we­ nigstens einen Beschleunigungssensor aufweist, dessen Sensierrichtung senkrecht zu der Referenzlinie und/oder Referenzebene liegt, wobei eine infolge der Einwirkung einer Gravitationsbeschleunigung bedingte Beeinflussung eines Beschleunigungssensor-Ausgangs­ signales erfaßt und zur Bestimmung der Lage der Refe­ renzlinie und/oder Referenzebene herangezogen wird, wobei die Vorrichtung mittels wenigstens eines Stell­ mittels um eine x-Achse und/oder y-Achse verschwenk­ bar ist, und ein Beschleunigungssensor-Ausgangssignal einer Auswerteschaltung zugeführt wird, die Rich­ tungsableitungen des Beschleunigungssensor-Ausgangs­ signals nach den Freiheitsgraden x und y durchführt und Steuersignale bereitstellt, die eine Ausrichtung der x-Achse und/oder der y-Achse der Vorrichtung be­ wirken, wird eine hochgenaue Positionierung der Vor­ richtung möglich, wobei der in der Vorrichtung inte­ grierte Beschleunigungssensor die Steuersignale zum Verstellen der Vorrichtung beeinflußt. Insbesondere wird vorteilhaft möglich, den Beschleunigungssensor in Richtung des Gravitationsfeldvektors auszurichten, wobei ein störender Offset und Offsetdrift vermieden wird. Da das Beschleunigungssensor-Ausgangssignal ansich keine Richtungsinformationen enthält, wie die Vorrichtung in der x-Achse und/oder y-Achse gedreht werden soll, wird durch die Differentiation nach Richtungsableitungen erreicht, daß alle Offsets ent­ fallen und keine Offsetdrifts auftreten. Die Werte der Richtungsableitungen geben vor, wohin die Vor­ richtung in x-Richtung und/oder y-Richtung zu ver­ stellen ist. Diese Richtungsableitungen sind sehr vorteilhaft durch eine Schwingungserregung der Vor­ richtung auf der x-Achse und der y-Achse möglich, wobei die gelieferten Beschleunigungssensor-Ausgangs­ signale elektronisch verarbeitet werden, indem eine Signaldemodulation mit einer Schwingfrequenz erfolgt (Analog-Differentiation).

Durch die Rückkopplung des Beschleunigungssensor- Ausgangssignals auf die die Verstellung der Vorrich­ tung bewirkenden Steuersignale kann eine schrittweise Annäherung an die gesuchte Position der Vorrichtung erfolgen, die somit selbstjustierend ist. Durch einen einfachen Aufbau einer Ansteuerschaltung beziehungs­ weise einer Auswerteschaltung des Beschleunigungssen­ sors kann nach Ingangsetzen der Vorrichtung diese selbsttätig die gesuchte senkrecht zum Gravitations­ feld der Erde ausgerichtete Linie und/oder Ebene er­ mitteln. Der Einfluß manueller Bedienfehler bezie­ hungsweise Ablesefehler wird somit eliminiert. Die Differentiation eliminiert eine Offset- und Empfind­ lichkeitsdrift des Sensorelementes.

Ferner ist vorteilhaft, daß aufgrund eines vorliegen­ den Beschleunigungssensor-Ausgangssignals dieses in einfacher Weise einer nachfolgenden elektronischen Auswertung zugeführt werden kann, so daß beispiels­ weise aufgrund von optischen Ablesefehlern auftre­ tende Abweichungen vermieden werden können.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung er­ geben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungs­ beispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine Vor­ richtung zur Bestimmung einer horizontalen Linie und/oder horizontalen Ebene;

Fig. 2 eine schematische Perspektivansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In den Fig. 1 und 2 sind schematische Ansichten einer Vorrichtung 10 gezeigt, mittels der eine senk­ recht zu im Gravitationsfeld der Erde, hier durch ei­ nen Richtungsvektor 12 angedeutet, liegende Ebene ermittelbar ist. Die Vorrichtung 10 umfaßt eine Meß­ einrichtung 14, mittels der die Lage einer Referenz­ ebene 16 in bezug auf den Richtungsvektor 12 anzeig­ bar ist. Die Meßeinrichtung 14 zeigt hierbei einer­ seits die Lage der Ebene 16 in x-Richtung (nachfolgend auch x-Achse) 18 als auch in y-Richtung (nachfolgend auch y-Achse) 20 an.

Im Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, daß der Richtungsvektor 12 die Wirkungsrichtung einer Gravitationsbeschleunigung der Erde definiert. Der Richtungsvektor 12 ist somit - unter Vernachlässigung einer Krümmung der Erdoberfläche - senkrecht zur Erd­ oberfläche gerichtet. Je nach Position der Vorrich­ tung 10 ist die Referenzebene 16 sowohl in x-Richtung 18 als auch in y-Richtung 20 in einem bestimmten Win­ kel zum Richtungsvektor 12 angeordnet. Zur Bestimmung einer senkrecht zum Gravitationsfeld der Erde, das heißt senkrecht zum Richtungsvektor 12, ausgerichte­ ten Referenzebene 16, beträgt der Winkel zwischen der x-Achse 18 und der y-Achse 20 und dem Richtungsvektor 12 jeweils 90°. Die Referenzebene 16 ist somit in zwei Freiheitsgraden, der x-Richtung 18 und der y- Richtung 20, zu dem Richtungsvektor 12 ausrichtbar. Ist die Referenzebene 16 senkrecht zu der Gravita­ tionsbeschleunigung (Richtungsvektor 12) ausgerich­ tet, kann die Referenzebene 16 zur Definition einer horizontalen, das heißt parallel zur Erdoberfläche liegenden Ebene, herangezogen werden.

Die Meßeinrichtung 14 wird von einem Beschleunigungs­ sensor 22 gebildet. Der Beschleunigungssensor 22 ist derart angeordnet, daß seine Sensierrichtung 24 senk­ recht zur Referenzebene 16 liegt. Der Beschleuni­ gungssensor 22 besitzt eine nicht näher dargestellte seismische Masse, die aufgrund einer einwirkenden Be­ schleunigung aus einer definierten Position ausge­ lenkt wird, so daß der Grad der Auslenkung proportio­ nal einer einwirkenden Beschleunigung ist. Aufbau und Wirkungsweise derartiger Beschleunigungssensoren sind bekannt, so daß im Rahmen der vorliegenden Beschrei­ bung hierauf nicht näher eingegangen werden soll. Der Beschleunigungssensor 22 ist beispielsweise in einer sogenannten Oberflächenmikromechanik ausgeführt, bei der auf einem Substrat, beispielsweise einem Sili­ ziumsubstrat, die seismische Masse des Beschleuni­ gungssensors durch Oberflächenstrukturierung erzeugt wird. Das Substrat kann gleichzeitig eine Schaltungs­ anordnung zur Auswertung einer beschleunigungsbeding­ ten Auslenkung der seismischen Masse aufweisen. Eine Auslenkung der seismischen Masse, die infolge einer Beschleunigungseinwirkung auftritt, ist beispielswei­ se kapazitiv detektierbar.

In Fig. 3 sind in einem Blockschaltbild der Aufbau und die Wirkungsweise der Vorrichtung 10 detaillier­ ter erläutert. Die Vorrichtung 10 weist den Beschleu­ nigungssensor 22 auf, dessen Sensierrichtung 24 senk­ recht zur Referenzebene 16 liegt. Der Vorrichtung 10 sind Stellmittel 26 und 28 zugeordnet, mittels denen die Vorrichtung 10 in ihrer Position veränderbar ist. Der Vorrichtung 10 ist ein fester Bezugspunkt 30 zu­ geordnet, um den die Vorrichtung 10 mittels des Stellmittels 28 um die y-Achse 20 und mittels des Stellmittels 26 um die x-Achse 18 verlagerbar ist. Die Stellmittel 26 und 28 können somit quasi die Vor­ richtung 10 in ihrer Winkelposition, und zwar sowohl die x-Achse 18 als auch die y-Achse 20, also in zwei Freiheitsgraden, in bezug auf den Richtungsvektor 12 verlagern. Die Stellmittel 26 und 28 sind beispiels­ weise als elektrisch betätigbare Schrittmotoren oder dergleichen ausgebildet. Mittels des Stellmittels 26 wird die Vorrichtung 10 um die x-Achse, und mittels des Stellmittels 28 wird die Vorrichtung 10 um die y- Achse verschwenkt, wobei entsprechend der Ansteuerung der Stellmittel 26, 28 entweder ein Anheben oder Ab­ senken der Vorrichtung 10 erfolgt. Der Bezugspunkt 30 dient hierbei zur Definition der entsprechenden Dreh­ achsen.

Der Beschleunigungssensor 22 wird mittels zweier An­ triebseinrichtungen 32 beziehungsweise 34 in bezug auf die Verstellrichtungen der Vorrichtung 10 in Schwingung versetzt. Die Antriebseinrichtungen 32, 34 sind beispielsweise als Piezoaktuatoren ausgebildet, deren Aufbau und Wirkungsweise ebenfalls bekannt sind. Hierbei werden mittels einer sinusförmigen Spannung die Piezoaktuatoren angeregt, die daraufhin eine entsprechende mechanische Bewegung des Beschleu­ nigungssensors 22 bewirken. Die Anregung der Piezoak­ tuatoren erfolgt über einen Oszillator 36, der einen ersten Ausgang 38 zur Ansteuerung eines ersten Piezo­ aktuators 32 und einen zweiten Ausgang 40 zur An­ steuerung eines zweiten Piezoaktuators 34 aufweist. An den Ausgängen 38 und 40 liegen Wechselspannungen an, mittels denen die Piezoaktuatoren in Schwingung versetzt werden. Am Ausgang 18 liegt hierbei eine Spannung U₁ zum Antreiben des Piezoaktuators 32 an, der eine Schwingungsanregung des Beschleunigungssen­ sors 22 in x-Richtung 18 bewirkt. Am Ausgang 40 liegt eine Wechselspannung U₂ an, mit der der Piezoaktuator 34 beaufschlagt wird, der eine Schwingungsanregung des Beschleunigungssensors 22 in y-Richtung 20 be­ wirkt. Die Spannungen U₁ und U₂ besitzen nach einem ersten Ausführungsbeispiel unterschiedliche Frequen­ zen, das heißt die Spannung U₁ eine Frequenz f₁ und die Spannung U₂ eine Frequenz f₂. Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel können die Spannungen U₁ und U₂ eine gleiche Frequenz f aufweisen, jedoch um 90° pha­ senverschoben sein, so daß U₁ und U₂ zum Beispiel einem Sinus- und einem Cosinussignal mit derselben Frequenz f folgen.

Entsprechend der Anregung der Piezoaktuatoren 32 und 34 erfährt der Beschleunigungssensor 22 eine entspre­ chende periodische Schwingungsbewegung. Bei um 90° phasenverschobener Spannung U₁ und U₂ beschreibt der Beschleunigungssensor 22 eine Lissajous-Figur, das heißt, der Beschleunigungssensor 22 führt eine kreis­ förmige Bewegung aus. Je nach Ausrichtung der Vor­ richtung 10 und somit der Meßeinrichtung 14 ändert sich die Einwirkung der Gravitationsbeschleunigung auf den Beschleunigungssensor 22. Ist der Beschleuni­ gungssensor 22 so ausgerichtet, daß dessen Sensier­ richtung 24 exakt mit dem Richtungsvektor 12 der Gra­ vitationsbeschleunigung zusammenfällt, übt die Gravi­ tationsbeschleunigung ihren maximalen Einfluß auf die Beschleunigung seiner seismischen Masse aus. In die­ sem Fall beschreibt die Sensierrichtung des Beschleu­ nigungssensors 22 (bei um 90° phasenverschobener An­ regung der Piezoaktuatoren 32 und 34) eine Bewegung, bei der die Menge der sich überlagernden (ändernden) Sensierrichtungen 24 die geometrische Gestalt eines Kegelmantels um den Richtungsvektor 12 des Gravita­ tionsfelds beschreibt.

Entsprechend der tatsächlichen Lage des Erfassungs­ mittels des Beschleunigungssensors 22 ist ein Be­ schleunigungssensor-Ausgangssignal, beispielsweise über eine kapazitive Auswerteschaltung, abgreifbar. Bei gleichbleibender periodischer Auslenkung des Be­ schleunigungssensors ändert sich das Beschleunigungs­ sensor-Ausgangssignal U_B entsprechend des Einflusses der Gravitationsbeschleunigung auf den Beschleuni­ gungssensor 22 mit diesem Modulationssignal.

Mit einer Auswerteschaltung 42 wird ein Wert der Richtungsableitung des Beschleunigungssensor-Aus­ gangssignals U_B in Abhängigkeit von der Lage der Sen­ siereinrichtung relativ zur Gravitationsrichtung be­ stimmt. Hierzu wird das Beschleunigungssensor-Aus­ gangssignal U_B mit den bekannten und konstanten Trei­ berspannungen U₁ und U₂ gefiltert/synchron demodu­ liert. Das Beschleunigungssensor-Ausgangssignal U_B wird hierzu zwei Demodulatoren 44 beziehungsweise 46 zugeführt. Dem Demodulator 44 wird gleichzeitig die Treiberspannung U₁ und dem Demodulator 46 die Trei­ berspannung U₂ zugeführt. Durch Synchrondemodulation der Signalspannung U_B des Beschleunigungssensor-Aus­ gangssignals mit der Treiberspannung U₁ beziehungs­ weise der Treiberspannung U₂, die beispielsweise un­ ter Einsatz von Analogschaltern, die einer Multipli­ kation mit einem periodischen +/-1 Signal der ent­ sprechenden Frequenz f entsprechen, wird die Rich­ tungsableitung des Sensorsignals U_B, abgeleitet nach dem jeweiligen Freiheitsgrad, das heißt, der x-Rich­ tung 18 beziehungsweise der y-Richtung 20, bestimmt. Den Demodulatoren 44 und 46 sind Tiefpaßfilter 48 und 50 nachgeschaltet, die Steuersignale S_x beziehungs­ weise S_y zur Ansteuerung der Stellmittel 26 bezie­ hungsweise 28 bereitstellen.

Der Wert, der über die Demodulatoren 44 beziehungs­ weise 46 ermittelten Richtungsableitung gibt die Richtung vor, in der die Verstellung der Stellmotoren 26 beziehungsweise 28 erfolgen muß, damit das Maximum der Gravitationsbeschleunigung durch den Beschleuni­ gungssensor 22 erfaßt wird. Die Steuersignale S_x be­ ziehungsweise S_y geben hierbei entweder eine positive Richtungsableitung oder eine negative Richtungsablei­ tung vor, so daß die Stellmotoren 26 beziehungsweise 28 die Vorrichtung 10 um die x-Achse und y-Achse 20 entweder nach oben oder nach unten verschwenken. Die­ ser Vorgang wird so lange durchgeführt, bis die Rich­ tungsableitungen sowohl in x-Richtung als auch in y- Richtung der Steuersignale S_x und S_y Null betragen. Beträgt sowohl die Richtungsableitung des Steuersi­ gnals S_x als auch des Steuersignals S_y Null, ist die Referenzebene 16 exakt senkrecht zum Richtungsvektor 12 der Gravitationsbeschleunigung ausgerichtet. Somit kann die Referenzebene 16 zum Bestimmen einer hori­ zontalen Ebene, beispielsweise bei der Errichtung von Bauwerken oder dergleichen, genutzt werden.

Durch die gefundene Anordnung, insbesondere der Aus­ richtung der Sensiereinrichtung 24 des Beschleuni­ gungssensors 22 senkrecht zur Referenzebene 16, wird der Gleichspannungs-Offset am Beschleunigungssensor- Ausgangssignal U_B, der zu einem Zeit- und temperatur­ abhängigen Signaloffset und somit zu einem variablen Signalfehler führt, eliminiert, da durch die Syn­ chronmodulation 44, 46 und anschließende Tiefpaßfil­ terung 48, 50 dieser Gleichspannungsanteil durch eine wie beschrieben durchgeführte Differentiation auf Null abgebildet wird und dieser somit nicht zum Wert der Richtungsableitungen beitragen kann. Somit ist sehr vorteilhaft ein Signaloffset des Beschleuni­ gungssensors 22 bei der Ausrichtung der Vorrichtung 10 zur Bestimmung einer senkrecht zur Gravitations­ beschleunigung (Richtungsvektor 12) beziehungsweise mit horizontal zur Erdoberfläche verlaufenden Refe­ renzebene 16 vollständig eliminiert. Außerdem werden Variationen der Sensorempfindlichkeit bei der Aus­ richtung auf maximales Gravitationssignal unbedeu­ tend, da Ableitungswerte gleich Null gefordert wer­ den. Die Lage der Referenzebene 16 senkrecht zur Gra­ vitationsbeschleunigung kann hierdurch mit einer Ge­ nauigkeit von 10^-4 definiert werden. Darüber hinaus sagt der Wert der Richtungsableitungen dem Regler, wohin er die Stellelemente bewegen muß. Aus den Rich­ tungsableitungen erfährt der Regler in welcher Rich­ tung das Maximum der Beschleunigungseinwirkung liegt.

Das Ausführungsbeispiel bezog sich auf die Ausrich­ tung einer Referenzebene 16. Die Vorrichtung 10 kann in einfacher Weise genauso zur Ausrichtung einer Re­ ferenzlinie, die beispielsweise durch die x-Achse 18 oder die y-Achse 20 bestimmt wird, dienen. Somit ist eine Ausrichtung der Vorrichtung 10 in lediglich ei­ nem Freiheitsgrad denkbar. Hierzu kann der entspre­ chende Piezoaktuator 32 oder 34 mit seiner Spannung U₁ beziehungsweise U₂ angetrieben werden. Je nachdem in welchem Freiheitsgrad, also der x-Richtung bezie­ hungsweise der y-Richtung, die Ausrichtung einer Re­ ferenzlinie erfolgen soll, wird der Piezoaktuator 32 oder der Piezoaktuator 34 mit dieser Treiberspannung beaufschlagt. Die Auswertung des Beschleunigungssen­ sor-Ausgangssignals U_B erfolgt in analoger Weise, wobei hierbei jedoch lediglich nur eine Demodulation und anschließende Tiefpaßfilterung und entsprechende Ansteuerung des zugeordneten Stellmittels 26 oder 28 erfolgt.

Soll eine Vorrichtung 10 lediglich zur Bestimmung ei­ ner Referenzlinie herangezogen werden, kann auf die Anordnung eines zweiten Piezoaktuators verzichtet werden, so daß sich der Aufbau der Vorrichtung 10 entsprechend vereinfacht.

Die Vorrichtung 10 kann aufgrund einer integrierten Herstellungsweise sowohl des Beschleunigungssensors 22 als auch der Auswerteschaltung 42 in einem Chip in einfacher und kostengünstiger Weise in Massenproduk­ tion hergestellt werden. Die Vorrichtung 10 läßt sich in beliebige Einrichtungen integrieren, die bei­ spielsweise als hinlänglich bekannte "Wasserwaage" oder als sogenannte Baulaserglattformen genutzt wer­ den können.

Der Gegenstand der Anmeldung beschränkt sich selbst­ verständlich nicht auf diese Ausführungsbeispiele, sondern läßt sich bei weiteren Anwendungen, bei denen die Bestimmung einer exakt senkrecht zum Gravita­ tionsfeld der Erde ausgerichteten Linie und/oder Ebene notwendig ist, einsetzen.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Bestimmung einer senkrecht zum Gravitationsfeld der Erde ausgerichteten Linie und/oder Ebene, mit einem, in wenigstens einem Frei­ heitsgrad verlagerbaren Meßelement, das die Ausrich­ tung einer Referenzlinie und/oder einer Referenzebene der Vorrichtung zu der zu bestimmenden Linie und/oder Ebene anzeigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor­ richtung (10) wenigstens einen Beschleunigungssensor (22) aufweist, dessen Sensierrichtung (24) senkrecht zu der Referenzlinie und/oder Referenzebene (16) liegt, wobei eine infolge der Einwirkung einer Gravi­ tationsbeschleunigung bedingte Beeinflussung eines Beschleunigungssensor-Ausgangssignales (U_B) erfaßt und zur Bestimmung der Lage der Referenzlinie und/oder Referenzebene (16) herangezogen wird, die Vorrichtung (10) mittels wenigstens eines Stellmit­ tels (26, 28) um eine x-Achse (18) und/oder y-Achse (20) verschwenkbar ist und ein Beschleunigungssensor- Ausgangssignal (U_B) einer Auswerteschaltung (42) zu­ geführt wird, die Richtungsableitungen des Beschleu­ nigungssensor-Ausgangssignals (U_B) nach den Frei­ heitsgraden x und y durchführt und Steuersignale (S_x, S_y) bereitstellt, die eine Ausrichtung der x-Achse (18) und/oder der y-Achse (20) der Vorrichtung (10) in das Maximum der Gravitationsachse bewirken.

2. Vorrichtung nach einem Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Stellmittel (26, 28) elektrisch betätig­ bare Schrittmotoren sind.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sensiereinrich­ tung des Beschleunigungssensors (22) in definierte periodische Schwingungen zu der x-Achse (18) und der y-Achse (20) versetzt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Erfassungsmittel Antriebseinrichtungen zugeordnet sind, die eine ge­ trennte Erzeugung der periodischen Schwingungen in bezug auf die x-Achse (18) und die y-Achse (20) er­ möglichen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Antriebseinrichtungen Piezoaktuatoren (32, 34) sind, wobei ein erster Piezoaktuator (32) eine periodische Schwingung in x-Richtung (18) und ein zweiter Piezoaktuator (34) eine periodische Schwingung in y-Richtung (20) anregt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Piezoaktuatoren (32, 34) mit Wechselspannungen (U₁, U₂) angetrieben werden, die eine unterschiedliche Frequenz (f₁, f₂) aufweisen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Piezoaktuatoren (32, 34) mit Wechselspannungen (U₁, U₂) angetrieben werden, die die gleiche Frequenz (f) aufweisen und um 90° phasenverschoben sind.