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Vorrichtung zum Messen von Abständen Die Erfindung befaßt sich mit
einer Vorrichtung zum Messen von Abständen, die mit einer Direktables.eeinrichtung
versehen ist, wobei die Direktableseeinrichtung insbesondere für die genaue Ablesung,
Aufzeichnung und Tabellierung von Abständen in der Größenordnung von 0 bis 50 cm
bestimmt ist. Die Vorrichtung hat ein spezielles Anwendungsgebiet bei der genauen
Erfassung von seismischen Aufzeichnungen und bei der Berechnung von Querschnitten.
Bei der Analyse von seismischen Aufzeichnungen im Zusammenhang mit der Ö1- und Gasexploration,
wobei Schockwellenreflektionen unterirdischer Schichten zwecks geophysikalischer
Untersuchungen auf. Messblättern aufgezeichnet werden, ist es erforderlich, die
Abstände zwischen einer auf dem Blatt vorgegebenen Linie und einem im Abstand von
dieser vorgegebenen
Linie gelegenen Punkt bzw. einer Spur genau
zu messen. Diese Messungen erfordern deswegen eine extreme Genauigkeit, weil die
Resultate das -Profil der reflektierenden Oberfläche der Schicht wiedergeben, die
normalerweise einige Tausend Fuß unter der Erdoberfläche liegt, wobei Veränderungen
des Profils von nur wenigen Fuß für den Geophysiker bei der Untersuchung von Bedingungen
aufschlußreich sind, welche die Ansammlung von Ö1 oder Gas begünstigen.
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Es war bisher üblich, Techniker mit solchen Aufgaben zu betrauen,
um solche Abstände in Zoll zu messen oder abzugreifen, und um dann Rechnungen anzustellen,
durch die solche Zoll-Abstandsmessungen in entsprechende stratigrafische Tiefen
im Maßstab von Tausend Fuß umgewandelt werden. Solche Berechnungen sind mühsam,
zeitraubend und fehleranfällig und sie weisen im allgemeinen nicht die extreme Genauigkeit
auf, die erforderlich ist, um die Ergebnisse zu interpretieren.
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Andere Anwendungsgebiete der Vorrichtung sind die Analyse von Kurven
auf Papierstreifen oder dergleichen, wie sie von geologischen Instrumenten erzeugt
werden, die zum Aufzeigen gewisser Charakteristiken der Felsschicht unter die
Erdoberfläche
abgesenkt werden. Die Vorrichtung ist auch von Nutzen bei der Kartenaufzeichnung
von topografischen Fotografien oder von Luft aufnahmen, von magnetischen Reihenaufzeichnungen,
bei der Navigation und bei der über wachung, bei der Wetterkarten-Interpretation
und dergleichen, wo immer eine Folge von kleinen Messungen auftritt, die ein hohes
Maß von Genauigkeit erfordern.
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Hauptaufgabe und Bedeutung der Erfindung liegen daher darin, eine
Messvorrichtung anzugeben, bei der die Bewegung eines Läufers an einem Stab entlang
Linearität bei den direkt abgelesenen Ausgangsdaten erzeugt, wobei der Läufer mit
einer vorgegebenen Linie versehen ist. Die Direktablesemessvorrichtung nach der
Erfindung kann so ausgelegt sein, daß sie elektronisch an einen Drucker angeschlossen
ist, wodurch eine direkte und dauerhafte Aufzeichnung der Messdaten erzielt wird.
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Eine Direktablesevorrichtung mit den Merkmalen der Erfindung wird
nachstehend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert;
in den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines
Direktableseinstruments im Betriebszustand; Fig. 2 eine vergrößerte perspektivische
Darstellung des Messtabs; Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Widerstandsstreifen,
der an der Unterseite des Stabs angeordnet ist, mit einem Läufer, einem Widerstand
und Kontakt streifen; Fig. 4 ein Grundschaltschema zur Anwendung mit der Vorrichtung.
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Die in Fig. 1 dargestellte Messvorrichtung besteht aus einem Stab
1, der rechtwinklig schwenkbar an einer T-Schiene 3 befestigt ist, die an einem
herkömmlichen Zeichentisch 4 beweglich befestigt ist. Auf dem Stab 1 ist ein Läufer
5 gleitend angeordnet, der mit einer transparenten Anzeigeplatte 6 ausgestattet
ist, die eine eingearbeitete Haarlinie 7 aufweist. Ein bekanntes Digitalvoltmeter
9 ist mit einem flexiblen Kabel 8 elektrisch an den Stab 1 und den Läufer 3 angeschlossen,
wobei das Digitalvoltmeter ein hohes Auflösungsvermögen hat und mit einer Skalar-Eichanordnung
versehen ist.
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Das Digitalvoltmeter ist ansich bekannt, und da es nicht Gegenstand
der Erfindung ist, wird es hier nicht in seinen Einzelheiten beschrieben.
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Die Einzelheiten des Stabes 1 und seiner veränderlichen elektrischen
Widerstände ergeben sich aus den Fig. 2'und 3. An der Unterseite des Stabkörpers
ist ein Widerstandsstreifen 16 (Fig. 3) befestigt, der über seine ganze Länge einen
verhältnismäßig niedrigen Widerstandswert in der Größenordnung von 1,5 Kohm hat
und bei der Herstellung hinsichtlich seiner Linearität mit einer Fehlerabweichung
von weniger als 0,05 % geeicht wird. Diese Linearität erreicht man dadurch, daß
man die Breite des Streifens verändert und so die unvermeidlichen Schwankungen in
der elektrischen Leitfähigkeit des Widerstandsmaterials kompensiert, das aus einem
feinpulverigen Graphit bestehen kann, der in eine Polymerkunststoffbasis eingebunden
ist, obwohl auch andere geeignete Materialien benutzt werden können.
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Im Abstand parallel zu dem Widerstandsstreifen 16, und elektrisch
isoliert von diesem, verläuft ein metallischer Leitstreifen 17, dessen Widerstandswert
im Vergleich zu dem des Widerstandsstreifens 16 vernachlässigbar klein ist.
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An der Unterseite 21 des Läufers 5 (s. Fig. 2) ist ein Gleitkontakt
18 mit zwei elektrisch verbundenen Schleif;, streifen 19 und, 20 befestigt. Elektrische
Verbindungsleitungen 22, 23 und 24 führen jeweils zu den beiden Enden des Widerstandsstreifens
16 und zu dem Leitstreifen 17 (s. Fig. 3).
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Der Schaltkreis der Vorrichtung ist in dem Schaltkreisdiagramm nach
Fig. 4 dargestellt. Das Digitalvoltmetér ist an eine 115 Volt Wechselstromquelle
angeschlossen, und zwar über eine "Ein-Aus'!-Neonan2eigeleuchte 25, einen 100 Kohm
Widerstand 26 und einen Kippschalter 27, der zwei Schaltstellungen hat.
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Das Digitalvoltmeter 9 hat vorzugsweise 4 1/2 Stellen oder Digits.
Bei einem solchen 4 1/2 Digit-Instrument kann die erste Stelle nur den Wert 1 oder
0 haben, während jede der übrigen 4 Stellen irgendeinen Wert zwischen 0 und 9 haben
kann. Die volle skalenablesung des Voltmeters 9 beträgt daher 1,9999 Volt Gleichspannung.
Diese Spannung betreibt den Stabschaltkreis A (s. Fig. 4) der nunmehr beschrieben
wird.
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Ein Stift M ist mit einem Potentiometer R2 in dem Stabschaltkreis
A über einen Widerstand R1 verbunden, der mit Hilfe eines Schraubenziehers auf einen
gewünschten Wert eingestellt wird. Der Maximalwert des Widerstands R1 beträgt 10
Kohm. Das Potentiometer R2 hat einen Maximalwiderstand von 2 Kohm. Sein Justierglied
wird 10 Mal über den vollen Bereich gedreht, wodurch sich eine Feinjustierung ergibt.
Ein Kontaktarm 28 des Potentiometers R2 ist mit einem Potentiometer R3 verbunden,
dessen Maximalwiderstand 100 Ohm beträgt. Das Justierglied des Potentiometers R3
wird nur einmal für volle Justierung gedreht.
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Ein Kontaktarm 29 des Potentiometers R3 ist mit dem einen Ende 22
des Widerstandsstreifens 16 verbunden (s. Fig. 3 und 4), und das gegenüberliegende
Ende 23 des Widerstandsstreifens 16 ist mit dem Potentiometer R2 verbunden. Der
Schleifkontakt 24 ist mit dem Stift 2 des Voltmeters 9 verbunden. Der Analogeingang
liegt an den Stiften 10 und 2 des Voltmeters 9 und die 115-Volt-Gleichspannung liegt
an den Stiften F und 15. Ein Stift H ist mit einem Schalter B (s. Fig. 4) verbunden,
der 5 Stellungen hat und der einen Dezimalpunkt in der Ablesung darstellt. Eine
Verbindung zwischen dem Stift H und den Stiften 11, 12, 13 oder 14 des Voltmeters
lokalisiert wahlweise den Dezimalpunkt der Ablesung.
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Ein Spannungsabfall von angenähert 3-Volt-Gleichspannung am Potentiometer
R2 kann durch den Widerstand Ru ein justiert werden, und eine Spannung von zwischen
0 und 3-Volt-Gleichspannung über den Widerstandsstreifen 16 wird mit dem Kontakt
28 des Potentiometers R2 zugeführt.
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Das Potentiometer R3 wird für die Feinjustierung benutzt und kann
angenähert 30 Millivolt aufnehmen.
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Das Potentiometer R2 ist in seiner Funktion fast linear, da der Widerstandswert
des Potentiometers R3, der mit dem Widerstandsstreifen 16 gekoppelt ist, angenähert
3 Kohm beträgt.
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Es sei bemerkt, daß eine Nullabgleichung nicht erforderlich ist, da
in der Vorrichtung ein Brückenkontaktkreis nicht benutzt wird.
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Der Schaltkreis dieser Erfindung bietet die Möglichkeit Spannungen
von dem Widerstandsstreifen 16 abzulesen, wobei durch das Voltmeter selbst nur ein
vernachlässigbar kleiner Strom fließt. Dies wird dadurch erreicht, daß das Verhältnis
des Widerstands des Voltmeters (2 Megaohm oder sogar 109 Megaohm) zum Widerstand
des Widerstands streifens (1,5 Kohm) groß ist.
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Es sei ferner darauf hingewiesen, daß das Digitalvoltmeter leicht
an einen bekannten Streifendrucker angeschlossen werden kann, um so eine Daueraufzeichnung
der Messdaten zu erhalten.