DE19850485C1 - Mehrachsiger Neigungsmesser zur Messung von Neigungen und Neigungsänderungen - Google Patents

Abstract

Ein mehrachsiger Neigungsmesser zur Messung von Neigungen und Neigungsänderungen umfaßt eine Küvette 1, in welcher eine einen Horizont 2 bildende Flüssigkeit 4 enthalten ist und welche einen transparenten Boden 5 besitzt, und eine Einrichtung zur Beleuchtung einer Strichplatte und eine Abbildungsoptik in Form einer Plankonvexlinse 13, welche am Boden 5 der Küvette 1 angeordnet oder Bestandteil des Bodens 5 ist, zur Abbildung der Strichplatte auf eine Empfängeranordnung 12 in Form einer CCD-Zeile 12a. DOLLAR A Es sind zwei Strichplatten (10 und 11) mit je einem Strichraster (16; 17) aus parallelen Strichen (8; 9) vorgesehen, wobei einer jeden Strichplatte (10; 11) eine Lichtquelle (6; 7) zugeordnet ist, welche die ihr zugeordnete Strichplatte (10; 11) beleuchtet. Diese zwei Strichplatten (10; 11) liegen übereinander in einer Abbildungsebene (18), welche senkrecht zur Oberfläche der Flüssigkeit (4) verläuft und in welcher auch die CCD-Zeile (12a) angeordnet ist, wobei die Striche (8; 9) beider Strichplatten (10; 11) zueinander einen Winkel einschließen, dessen Winkelhalbierende zur Abbildungsebene (18) senkrecht steht. DOLLAR A Die Abbildung der beiden beabstandeten Strichraster auf die CCD-Zeile (12a) erfolgt durch Totalreflexion am Flüssigkeitshorizont (2) und durch die Plankonvexlinse (13).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einem mehrachsigen Neigungsmesser zur Messung von Neigungen und Neigungsänderungen, insbesondere bei Präzisionsmessungen mit geodätischen Geräten.

Für genaue Neigungsmessungen werden Geräte mit einer Küvette mit einer einen Horizont bildenden Flüssigkeit eingesetzt. An diesem Flüssigkeitshorizont findet die Reflexion eines projizierten Lichtbündels statt.

Herkömmliche zweiachsige Neigungsmesser besitzen ein Prisma mit einer Küvette und getrennte Optiken, die zur Abbildung eines Strichmusters auf der Senderseite über einen Flüssigkeitshorizont auf eine CCD-Zeile oder einen Flächensensor auf der Empfängerseite dienen. Für jede Neigungsrichtung ist ein Abbildungs- und ein Meßsystem vorgesehen, welche zueinander senkrecht angeordnet sind. Dabei gibt es Schwierigkeiten, die vier Optiken der gekreuzten Abbildungssysteme auf engstem Raum unterzubringen.

Diese Schwierigkeiten werden durch einen zweiachsiger Neigungsmesser gemäß der unvorver­ öffentlichten DE 198 19 610 beseitigt, welcher sehr einfach aufgebaut ist. Eine dicke Plankonvexlinse am Boden einer Flüssigkeitsküvette übernimmt hierbei die Funktion sowohl einer Beleuchtungs- als auch einer Abbildungsoptik für Strichmuster, welche auf jeweils eine CCD-Zeile abgebildet werden. Aus der Verschiebung der Bilder der Strichmuster auf den CCD-Zeilen werden entsprechende Meßwerte für die Neigungen ermittelt.

In der DE 41 10 858 A1 ist ein zweiachsiger Neigungsmesser beschrieben, welcher ein Abbildungssystem und ein von einer Lichtquelle beleuchtetes Strichmuster in der Senderebene besitzt, das rechtwinklig zueinander angeordnete Striche aufweist. Diese Strichfigur hat mindestens einen Winkel, dessen abgebildete Schenkel eine CCD-Zeile in zwei Punkten schneiden. Aus den bei einer Neigung des Gerätes entstehenden Änderungen der Abstände bzw. aus der gleichzeitigen gemeinsamen Verschiebung dieser beiden Punkte lassen sich Meßwerte zur Bestimmung der Quer- und Längsneigung des Gerätes ableiten, woraus entsprechende Neigungswerte ermittelt werden. Dieser Neigungsmesser benötigt keine sich kreuzenden Beleuchtungs- und Abbildungssysteme für das Strichmuster. Nachteilig ist jedoch, daß nur Neigungen in einem kleinen Winkelbereich gemessen werden können. Auch wirkt sich die Anordnung einer Beleuchtungs- und einer Abbildungsoptik negativ auf die Größe des Neigungsmessers dahingehend aus, daß gewisse Grenzgrößen nicht unterschritten werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mehrachsigen Neigungsmesser zu schaffen, welcher bei geringen Abmessungen hochgenaue Neigungsmessungen in einem großen Meßbereich ermöglicht und einen geringeren Aufwand an Bauelementen erfordert.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem mehrachsigen Neigungsmesser mit den dargelegten kennzeichnenden Mitteln des ersten Anspruchs gelöst. In den Unteransprüchen sind weitere Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung dargelegt.

So sind die Küvette, die Abbildungsoptik und die CCD-Zeile starr zu einer Einheit miteinander verbunden. Die Striche einer jeden Strichplatte verlaufen zueinander parallel und besitzen gleiche oder unterschiedliche gegenseitige Abstände. Die Strichdicken können gleich oder auch unterschiedlich sein.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der beiden Strichplatten zueinander gibt sich, wenn die Striche beider Strichplatten einen Winkel von 90° bilden und die Striche jeder Strichplatte selbst mit der Abbildungsebene einen Winkel von 45° bilden.

Vorteilhaft kann es ferner sein, wenn die zwei Strichplatten zu einer Platte vereinigt sind, wobei die beiden Strichraster der dargestellten Anordnung in unterschiedlichen, beabstandeten Strichfeldern liegen und diese Strichfelder entsprechend getrennt oder gemeinsam beleuchtet werden durch je eine oder eine gemeinsame Lichtquelle.

Der erfindungsgemäße mehrachsige Neigungsmesser zur Messung von Neigungen und Neigungsänderungen zeichnet sich durch eine hohe Empfindlichkeit und einen großen Meßbereich aus, so daß hochgenaue Messungen mit ihm vorgenommen werden können. Die Einfachheit der Konstruktion gestattet es, mit wenigen einfachen Bauelementen für den Aufbau auszukommen.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 vereinfacht einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Neigungsmesser und je eine Ansicht auf die Strichplatten und die CCD-Zeile,

Fig. 1a eine Ansicht A-A gemäß Fig. 1,

Fig. 2 eine aus zwei Strichplatten zusammengesetzte Platte und

Fig. 3 eine Ansicht B-B gemäß Fig. 1.

Der in Fig. 1 vereinfacht dargestellte erfindungsgemäße Neigungsmesser umfaßt als Gehäuse eine Küvette 1, in welcher sich eine einen Horizont 2 gegen einen Gas- oder Luftraum 3 bildende Flüssigkeit 4 befindet. Vorzugsweise auf der dem transparenten Boden 5 der Küvette 1 zugewandten Seite sind zwei Lichtquellen 6 und 7 sowie, beleuchtete Striche 8 und 9 aufweisende Strichplatten 10 und 11 vorgesehen, wobei sowohl die Lichtquellen 6 und 7 als auch die Strichplatten 10 und 11 fest mit der Küvette 1 verbunden sind. Einer jeden der beiden Lichtquellen 6 und 7 ist somit eine Strichplatte 10; 11 zugeordnet. Die Beleuchtung der getrennten Strichplatten 10 und 11 kann grundsätzlich auch mit nur einer entsprechend ausgebildeten Lichtquelle vorgenommen werden.

Ebenfalls auf der gleichen Seite im Bezug auf die Küvette 1 ist eine Empfängeranordnung 12 in Form einer CCD-Zeile 12a vorgesehen, auf die die beiden Strichplatten 10 und 11 durch eine am Boden 5 der Küvette 1 angeordnete, als Plankonvexlinse 13 ausgebildete Abbildungsoptik nach Reflexion der beiden Strahlengänge 14 und 15 am Horizont 2 voneinander getrennt abgebildet werden.

Beide Strichplatten 10 und 11 sind mit je einem Strichraster 16; 17 aus zu einander parallelen Strichen 8; 9 versehen, und sie sind übereinander senkrecht zu einer Abbildungsebene 18 angeordnet, welche senkrecht zur Oberfläche 2 der Flüssigkeit 4 verläuft und zu welcher auch die CCD-Zeile 12a senkrechtliegend angeordnet ist. Die Striche 16 und 17 der Strichplatten 10 und 11 selbst schließen einen Winkel ein, dessen Winkelhalbierende zur Abbildungsebene 18 senkrecht steht. Die Striche 8 und 9 der Strichplatten 10 und 11 schließen miteinander einen Winkel von 90° ein, und mit der Abbildungsebene 18 bilden sie einen Winkel von 45°. Die Striche 8; 9 einer jeden Strichplatte 10; 11 verlaufen parallel zueinander und besitzen einen gleichen Abstand voneinander. Die Striche 8; 9 können jedoch auch unterschiedliche Abstände besitzen und auch unterschiedlich dick ausgebildet sein.

Die Küvette 1, die als Abbildungsoptik dienende Plankonvexlinse 13 und die Empfängeranordnung 12 mit der CCD-Zeile 12a sind starr miteinander verbunden.

In Fig. 1a sind in einer Ansicht A-A zwei getrennte Strichplatten 10 und 11 mit parallelen Strichen 8 und 9 der Strichraster 16 und 17 dargestellt.

Fig. 2 zeigt eine gemeinsame Stichplatte 19 mit den Strichrastern 16 und 17 mit den parallelen Strichen 8 und 9.

In Fig. 3 ist in einer Ansicht B-B die Empfängeranordnung 12 mit der CCD-Zeile 12a dargestellt. Mit 20 und 21 ist dabei die Lage der Bilder der Strichraster 16 und 17 veranschaulicht. Diese Abbildung der Strichraster 16 und 17 durch die Plankonvexlinse 13 und nach Totalreflexion der beiden Strahlengänge 14 und 15 am Horizont 2 der Flüssigkeit 4 auf die Empfängeranordnung 12 erfolgt vorzugsweise so, daß die Bilder 20 und 21 einem etwa den gleichen Abstand besitzen, wie die Strichraster 16 und 17.

Beim Einsatz der erfindungsgemäßen Neigungsmessers, z. B. zur Ermittlung von Neigungen von geodätischen Geräten oder von Zielstrahlen, verändern sich bei Neigung des Gerätes in der Abbildungsebene 18 die Abstände der Bilder 20 und 21 auf der CCD- Zeile 12a, und damit werden gleichlaufende, neigungsabhängige Signale erhalten, welche entsprechend weiterverarbeitbar sind. Bei Neigung des Gerätes beispielsweise senkrecht zur Abbildungsebene 18 werden durch Verschiebung der Bilder der mit der CCD-Zeile 12a einen Winkel bildenden Striche 8; 9 der Strichraster 16 und 17 ebenfalls der jeweiligen Neigung proportionale Signale erzeugt. Durch eine entsprechende Verarbeitung der so gewonnenen Signale werden die eingestellten Neigungen bestimmt.

Claims (7)

1. Mehrachsiger Neigungsmesser zur Messung von Neigungen und Neigungsänderungen, umfassend

• 1. eine Küvette, in welcher eine einen Horizont bildende Flüssigkeit enthalten ist und welche einen transparenten Boden besitzt,
• 2. eine Einrichtung zur Beleuchtung einer Strichplatte und eine Abbildungsoptik in Form einer Plankonvexlinse, welche am Boden der Küvette angeordnet oder Bestandteil des Bodens ist, zur Abbildung der Strichplatte auf eine Empfängeranordnung in Form einer CCD-Zeile,

dadurch gekennzeichnet,

• 1. daß zwei Strichplatten (10 und 11) mit je einem Strichraster (16; 17) aus parallelen Strichen (8; 9) versehen sind, wobei einer jeden Strichplatte (10; 11) eine Lichtquelle (6; 7) zugeordnet ist, welche die ihr zugeordnete Strichplatte (10; 11) beleuchtet,
• 2. daß diese zwei Strichplatten (10; 11) übereinander in einer Abbildungsebene (18) liegen, welche senkrecht zur Oberfläche der Flüssigkeit (4) verläuft und in welcher auch die CCD- Zeile (12a) angeordnet ist, wobei die Striche (8; 9) beider Strichplatten (10; 11) zueinander einen Winkel einschließen, dessen Winkelhalbierende zur Abbildungsebene (18) senkrecht steht,
• 3. und daß die Abbildung der beiden beabstandeten Strichraster auf die CCD-Zeile (12a) durch Totalreflexion am Flüssigkeitshorizont (2) und durch die Plankonvexlinse (13) erfolgt.

2. Neigungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Küvette (1), die Abbildungsoptik und die CCD-Zeile (12a) starr miteinander verbunden sind.

3. Neigungsmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Striche (8; 9) einer jeden Strichplatte (10; 11) parallel zueinander verlaufen und einen gleichen Abstand voneinander besitzen.

4. Neigungsmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Striche (8; 9) einer jeden Strichplatte (10; 11) parallel zueinander verlaufen und unterschiedliche Abstände voneinander besitzen.

5. Neigungsmesser nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strichdicken gleich oder unterschiedlich sind.

6. Neigungsmesser nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Striche (8; 9) der beiden Strichplatten (10; 11) einen Winkel von 90° einschließen und die Striche (8; 9) mit der Abbildungsebene (18) einen Winkel von 45° bilden.

7. Neigungsmesser nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Strichplatten zu einer Platte (19) vereinigt sind, wobei die beiden Strichraster (16; 17) in unterschiedlichen beabstandeten Strichfeldern liegen.