DE2628796B2

DE2628796B2 - Fernmeßgerät

Info

Publication number: DE2628796B2
Application number: DE19762628796
Authority: DE
Inventors: Heinz 7300 Esslingen Schlotz
Original assignee: Karl Pfisterer Elektrorechnische Spezialartikel GmbH and Co KG
Current assignee: Karl Pfisterer Elektrorechnische Spezialartikel GmbH and Co KG
Priority date: 1976-06-26
Filing date: 1976-06-26
Publication date: 1980-10-23
Also published as: DE2628796C3; DE2628796A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur berührungslosen Fernmessung der Schwingungen einer Freileitung, mit einer Bildempfangseinrichtung, auf deren Bildfläche, in der zumindest in einem Teilbereich eine photoelektrische Wandlereinrichtung liegt, die Freileitung projiziert wird, und einem an die Wandlereinrichtung angeschlossenen, zusammen mit dieser ein die Lage des projizierten Bildes der Freileitung in der Bildfläche kennzeichnendes elektrisches Signal erzeugenden Signalgeber.

Ein bekanntes Gerät dieser Art (DE-GM 74 40 758), das der Messung der Schwingungen des Fahrdrahtes einer elektrischen Bahn dient, weist in einem ersten Gehäuse eine Lichtquelle, einen Spiegel, ein Linsensystem und eine Spaltblende auf. Ein anderes Gehäuse enthält die Bildempfangseinrichtung, die aus einer Platte, auf der in gegeneinander versetzten Zeilen und Spalten rasterförmig eine Vielzahl von Phototransistoren angeordnet ist, und einem Multiplexer besteht, der den Phototransistoren nachgeschaltet ist und eine zyklische Abfrage derselben ermöglicht. Diese beiden Gehäuse müssen so angeordnet werden, daß der Fahrdraht in dem aus der Spaltblende austretenden und auf die durch die Phototransistoren gebildete Bildfläche gerichteten Lichtstrahl liegt, damit der auf die Bildfläche fallende Schatten des Fahrdrahtes stets jeweils wenigstens einen Phototransistor abdeckt. Störend ist bei diesem bekannten Gerät nicht nur, daß Messungen nur bei Nacht möglich sind. Nachteilig ist vor allem auch, daß die zwangsläufig einen gewissen Abstand voneinander aufweisenden Phototransistoren eine umso geringere Auflösung ergeben, je größer der Abstand des Meßobjektes von der Bildempfangseinrichtung ist. Für eine Messung der Schwingungen einer Hochspannungs-Freileitung vom Boden aus, bei der ein großer Abstand zum Meßobjekt unvermeidlich ist, reicht daher die erzielbare Auflösung nicht aus. Hinzu kommt der weitere Nachteil, daß Gerüste oder dergleichen als Träger für die beiden Gehäuse benötigt werden, deren Höhen mindestens gleich der Höhe des Leiters sein müssen, dessen Schwingungen gemessen werden sollen. In der Regel verlaufen Freileitungen in einer so großen Höhe über dem Erdboden, daß es nicht mit einem vertretbaren Aufwand möglich ist, ausreichend hohe Träger aufzustellen, um daran die beiden Gehäuse des Gerätes zu befestigen. Auch aus Sicherheitsgründen wäre es nicht möglich, die Geräteteile ausreichend nahe an eine Freileitung heranzubringen.

Für eine berührungslose Fernmessung der Schwingungen einer Freileitung ist auch eine bekannte Anordnung zur kontinuierlichen Vermessung von Verschiebungen oder Verformungen mit Hilfe eines

<>5 Laserstrahles (DE-AS 19 13 399) ungeeignet bei welcher die Relativbewegung zwischen zwei Meßzellen einerseits und dem Laserstrahl andererseits dadurch ermittelt werden kann, daß die eine der beiden

Meßzellen eine sich in der Bewegungsrichtung monoton ändernde Empfindlichkeit hat, während die andere Meßzelle eine konstante Empfindlichkeit aufweist Die Form der Meßzelle veränderlicher Fmpfindlichkeit kann zwar so gewählt werden, daß sich eine ausreichende Auflösung erzielen läßt Die beiden Meßzellen müssen aber an dem Objekt, dessen Bewegungen gemessen werden sollen, befestigt werden, was bei einer Freileitung nicht möglich ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches, aber dennoch ein hohes Auflösungsvermögen aufweisendes Gerät zu schaffen, mit dem auch aus großer Entfernung Schwingungen von Freileitung photoelektrisch verfolgbar sind. Diese Aufgabe löst ein Gerät der eingangs genannten Art, bei dem erfindungsgemäß die Bildempfangseinrichtung als Fernrohr ausgebildet ist und die photoelektrische Wandlereinrichtung zumindest einen in der Bildebene des Fernrohres liegenden Photowiderstand aufweist

Da es zur Messung von Schwingungen einer Freileitung genügt, die Freileitung mittels des Fernrohres auf der Bildempfangseinrichtung abzubilden, wozu nur das Fernrohr auf die Freileitung ausgerichtet zu werden braucht, und die Messung aus relativ großer Entfernung, also auch vom Erdboden aus, erfolgen kann, ist die Handhabung des erfindungsgemäßen Gerätes und die Durchführung von Beobachtungen der Schwingungen einfach. Außerdem läßt sich mit dem in der Bildebene liegenden Photowiderstand ohne Schwierigkeiten eine ausreichende Auflösung erreichen, so daß m trotz der großen Entfernung der Freileitung auch kleine Bewegungen derselben noch in elektrische Signale umgesetzt werden können. Dabei können die von der Bewegung der Freileitung abhängigen Größen, wie z. B. die Frequenz der Schwingung, mit großer Genauigkeit J5 ermittelt werden. Die Möglichkeit, den Abstand von der Freileitung in weiten Grenzen wählen zu können, ist auch insofern von Vorteil, als hierdurch der Standort des Gerätes in der Regel so festgelegt werden kann, daß sich optimale Meßbedingungen ergeben. Dies ist für Freileitungen besonders vorteilhaft, da diese häufig über unwegsames Gelände geführt sind.

Vorzugsweise ist als Signalgeber eine Wheatstone-Brücke vorgesehen, in deren einem Brückenzweig der Photowiderstand liegt, da sich mit einer solchen Brücke Ί5 dann, wenn sie optimiert ist, eine sehr hohe Empfindlichkeit erreichen läßt.

Grundsätzlich kann der Photowiderstand jede Konfiguration haben, welche einen eindeutigen Zusammenhang zwischen der zu messenden Größe der Freileitung so und dem Widerstand oder der Widerstandsänderung des Photowiderstandes ergibt. Der Zusammenhang muß nicht linear sein. Eine lineare Abhängigkeit des Widerstandes oder der Widerstandsänderung des Photowiderstandes von der zu messenden Größe der Freileitung vereinfacht allerdings die Messung und ist daher vorteilhaft. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind daher die beiden seitlichen Begrenzungslinien des Photowiderstandes im Winkel zur Bewegungsrich tung des in der Bildebene abgebildeten Seiles verlaufende, konvergierende, gerade Linien. Der Photowiderstand hat dabei vorzugsweise die Form eines rechtwinkligen Dreiecks, dessen eine Kathete das Bild des Freileitungsseiles rechtwinklig schneidet. Hier ist nicht nur ein linearer Zusammenhang zwischen der Position *5 des Bildes des Seiles in der Bildebene und dem Widerstandswert des Photowiderstandes sowie der Größe der Widerstandsänderung vorhanden, sondern die Größe der Widerstandsänderung, ako die Empfindlichkeit, ist nur von dem Winkel abhängig, unter dem die Hypothenuse des rechtwinkligen Dreiecks das Bild des Seiles schneidet. Die Empfindlichkeit kann daher in einfacher Weise gewählt werden und, beispielsweise mittels einer Maske, in einfacher Weise verändert werden.

Um in einfacher Weise den Einfluß der Umgebungshelligkeit auf das Meßergebnis beseitigen zu können, weist eine bevorzugte Ausführungsform einen zweiten in der Bildebene des Fernrohres liegenden Photowiderstand auf, der in einem anderen Zweig der Wheatstone-Brücke liegt als der erste Photowiderstand. Die Anordnung des zweiten Photowiderstandes in der Bildebene des Fernrohres ergibt hierbei den Vorteil, daß nicht Änderungen der Umgebungshelligkeit am Standort des Fernrohres kompensiert werden, sondern diejenigen Helligkeitsänderungen, die sich auch auf die Beleuchtung des ersten Photowiderstandes auswirken, was besonders bei verhältnismäßig großer Entfernung zwischen dem Fernrohr und der Freileitung wichtig ist.

Der zweite Photow»derstand wird auch zur Erhöhung der Empfindlichkeit des Meßgerätes verwendet, wozu die Konfiguration des zweiten Photowiderstandes nur so gewählt zu werden braucht, daß eine Widerstandsvergrößerung des ersten Photowiderstandes zu einer Widerstandsverkleinerung des zweiten Photowiderstandes und umgekehrt führt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind daher nicht nur die beiden seitlichen Begrenzungslinien des ersten Photowiderstandes, sondern auch diejenigen des zweiten Photowiderstandes im Winkel zur Bewegungsrichtung des in der Bildebene abgebildeten Leiterseiles verlaufende gerade Linien. Diese seitlichen Begrenzungslinien des zweiten Photowiderstandes konvergieren aber in entgegengesetzter Richtung wie die seitlichen Begrenzungslinien des ersten Photowiderstandes. Vorzugsweise ist der zweite Photowiderstand als ein rechtwinkliges Dreieck gleicher Größe wie das den ersten Photowiderstand bildende rechtwinklige Dreieck ausgebildet, wobei die Hypothenusen beider Dreiecke parallel zueinander liegen. Bei einer Verschiebung des Bildes des Seiles ist dann der Betrag der Widerstandsänderung bei beiden Photowiderständen gleich, jedoch hinsichtlich des Vorzeichens verschieden, wodurch die Empfindlichkeit im Vergleich zu einem Gerät mit nur einem Photowiderstand verdoppelt wird.

Soll nur eine bewegungsabhängige Größe, insbesondere die Schwingungsfrequenz, oder auch nur das Überschreiten eines bestimmten Amplitudenwertes gemessen werden, dann genügt es, den ersten Photowiderstand als einen sich im rechten Winkel zur Bewegungsrichtung der Abbildung des sich bewegenden Körpers erstreckenden Streifen auszubilden und den zweiten, ebenfalls als Streifen ausgebildeten Photowiderstand in der Bewegungsrichtung der Abbildung im Abstand vom ersten Photowiderstand in der Bildebene so anzuordnen, daß er sich ebenfalls quer zur Bewegungsrichtung der Abbildung erstreckt. Immer dann, wenn das Bild der Freileitung den ersten Photowiderstand erreicht, wird hierbei ein erstes Signal und wenn es den zweiten Photowiderstand erreicht, ein zweites Signal erzeugt. Aus dem zeitlichen Abstand der Signale kann die Frequenz der Schwingung, bei Kenntnis des Abstandes zwischen dem Fernrohr und der Freileitung auch die Geschwindigkeit, bestimmt werden.

Die Ausrichtung des Fernrohres auf die Freileitung ist

in verschiedener Weise möglich. Beispielsweise kann das Fernrohr mit einer Ziel- oder Visiereinrichtung versehen sein. Bei einer wegen ihrer Einfacheit und ihres geringen Aufwandes bevorzugten Ausführungsform ist der den Photowiderstand oder die Photowiderstände tragende Träger mit in der Bildebene des Fernrohres liegender Trägerfläche gegen ein Okular austauschbar am Fernrohr angeordnet. Um das Freileitungsseil anzuvisieren, braucht nur das zum Fernrohr gehörige Okkular eingesetzt und mit Hilfe dieses Okkulars das Fernrohr ausgerichtet zu werden. Dann wird das Okkular wieder abgenommen und der Photowiderstand-Träger in seine Aufnahme am Fernrohr eingesetzt.

Im folgenden ist die Erfindung anhand von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematisch dargestellte Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels,

F i g. 2 eine Draufsicht auf die Photowiderstände und den Photowiderstand-Träger des ersten Ausführungsbeispiels sowie die Schaltung des nachgeschalteten Signalgebers,

F i g. 3 eine Draufsicht auf die Photowiderstände und den Photowiderstand-Träger eines zweiten Ausführungsbeispiels.

Ein Gerät zur berührungslosen Fernmessung der Frequenz schwingender Freileitungsseile weist ein Fernrohr 1 mit einem Stativ 2 auf. Das nicut dargestellte Okular des Fernrohres 1 ist von diesem abnehmbar, Anstelle des Okulares ist ein als Ganzes mit 3 bezeichneter Photowiderstand-Träger an das Fernrohr ansetzbar, der ein zum Inneren des Fernrohres hin offenes, im übrigen lichtdichtes Gehäuse 4 aufweist. Im Ausführungsbeispiel hat das lichtdichte Gehäuse die Form eines einseitig verschlossenen Hohlzylinders, den man auf das normalerweise das Okular tragende Ende des Fernrohres 1 in axialer Richtung aufschiebt. Im Inneren des Gehäuses 4 ist eine Trägerplatte 5 so angeordnet, daß die Längsachse des Fernrohres 1 auf ihr senkrecht steht. Damit die der offenen Seite des Gehäuses 4 zugekehrte Trägerfläche der Tragplatte 5 in definierter Winkellage in der Bildebene des Fernrohres 1 zu liegen kommt, wenn das Gehäuse 4 auf das Fernrohr aufgesteckt ist, ist im Ausführungsbeispiel das Gehäuse an seinem Rand mit einer nutartigen Kerbe 6 versehen, in die ein nicht dargestellter, am Fernrohr vorgesehener Anschlagstift eingreift, wenn das Gehäuse 4 richtig positioniert, d.h. die Trägerfläche der Tragplatte 5 in der richtigen Winkellage in der Bildebene des Fernrohres 1 liegt.

Auf der Trägerplatte der Tragplatte 5 sind ein erster und ein zweiter, flächenhafter Photowiderstand 7 bzw. 8 angeordnet Beide Photowiderstände 7 und 8 haben die Form gleichschenkliger, rechtwinkliger Dreiecke und eine gleiche Größe. Im Ausführungsbeispiel werden die beiden Photowiderstände 7 und 8 durch die nicht abgedeckten Hälften von zwei quadratischen Photowiderstandsschichten gebildet Die Abdeckung ist hierbei lichtdicht und bildet je eine Elektrode.

Wie F i g. 2 zeigt, liegen die Photowiderstände 7 und 8 in Längsrichtung der Abbildung 9 des anvisierten Freileitungsseiles im Abstand nebeneinander auf der Trägerplatte 5, wobei die einander benachbarten Katheten parallel zueinander verlaufen und die Abbildung 9 im rechten Winkel schneiden. Die beiden anderen Katheten verlaufen dadurch parallel zur Abbildung 9, und wegen der Gleichschenkligkeit verlaufen auch die Hypotenusen der die beider Photowiderstände 7 und 8 bildenden Dreiecke paralle zueinander. Sie schneiden die Abbildung 9 je untei einem Winkel von 45°.

Wie F i g. 2 zeigt, sind die beiden Photowiderstände 7 und 8 leitend miteinander verbunden, und zwar in Ausführungsbeispiel im Bereich ihres der Hypotenuse gegenüberliegenden Eckbereiches. Von dieser Verbin dungsleitung sowie von den beiden dreieckförmiger Anschlußelektroden der Photowiderstände 7 und 8 führ je eine Leitung zu einem Signalgeber 10, der ah Wheatstone-Brücke ausgebildet und in einem Gehäuse 11 angeordnet ist. Die beiden Photowiderstände 7 und ( bilden zwei benachbarte Zweige der Wheatstone-Brük ke. Ein Festwiderstand 12 und ein veränderbare Widerstand 13 vervollständigen die Widerstandsmeß brücke, die an eine nicht dargestellte SpannungsquelU anschließbar ist. Der Signalgeber 10 kann selbstver ständlich auch in dem die Trägerplatte 5 enthaltender

j« Gehäuse 4 angeordnet sein.

Die beiden Photowiderstände 7 und 8 kompensierer dadurch, daß sie in zwei benachbarten Zweigen de Wheatstone-Brücke liegen, nicht nur Helligkeitsände rungen im Bereich des schwingenden Freileitungsseiles s Dadurch, daß die Breite des Photowiderstandes 7 gemessen in Längsrichtung der Abbildung 9 de Freileitungsseiles, zum unteren Rand hin zunimmt während die entsprechende Breite des Photowiders»an des 8 zum unteren Rand hin abnimmt, wird das Potentia

κι an den beiden Endpunkten des Brückenquerzweiges 1' gegensinnig verschoben. Die Änderung der Potential differenz zwischen den beiden Endpunkten des Brük kenquerzweiges 14 ist daher doppelt so groß wie wem nur ein einziger Photowiderstand vorhanden wäre.

η Schwingt das anvisierte Freileitungsseil, dann tritt an Brückenquerzweig 14 eine Wechselspannung auf welche die gleiche Frequenz hat wie die Schwingung dei Freileitungsseiles. Es braucht daher nur in der Brückenquerzweig 14 ein schreibendes oder anzeigen

4(i des Frequenzmeßgerät 15 gelegt zu werden, ggf. untei Zwischenschaltung eines Verstärkers. Selbstverständ lieh können auch mehrere Geräte gleichzeitig, beispiels weise ein Oszillograph und ein schreibendes Gerät angeschlossen werden. Im Ausführungsbeispiel ist da!

■ti Frequenzmeßgerät 15 ebenso wie der Signalgeber 10 ir dem separaten Gehäuse untergebracht Es ist selbstver ständlich auch möglich, nicht nur den Signalgeber 10 sondern auch das Frequenzmeßgerät 15, das beispiels weise ein Digital-Frequenzmesser sein kann, erforderli

so ehe Verstärker und eine als Energiequelle dienend« Batterie im Gehäuse 4 anzuordnen.

Außer der Frequenz kann auch die Amplitude dei vom Freileitungsseil ausgeführten Schwingung gemes sen werden. Hierzu muß aber auch die Entfernung zwischen dem Freileitungsseil und der Bildebene des Fernrohres 1 sowie der Winkel zwischen Schwingungs· ebene und Visierachse bestimmt werden.

Das in F i g. 3 dargestellte zweite Ausführungsbeispie unterscheidet sich von demjenigen gemäß den F i g. 1

ω und 2 nur dadurch, daß anstelle der beiden dreieckförmi gen Photowiderstände zwei streifenförmige Photo widerstände 107 und 108 auf der Trägerfläche dei Trägerplatte 105 in der Bildebene des Fernrohrej parallel und im Abstand voneinander angeordnet sind Die Winkellage der Trägerplatte 105 und des Gehäuse« 104 wird so gewählt, daß die beiden Photowiderständ« 107 und 108 sich rechtwinklig zu der Linie erstrecken auf der sich die Abbildung 109 desjenigen Gegenstände:

bewegt, dessen Geschwindigkeit oder Schwingungsfrequenz gemessen werden soll. Bewegt sich beispielsweise die Abbildung 109 von der in Fig.3 mit einer ununterbrochenen Linie dargestellten Position links neben dem ersten Photowiderstand 107 in die mit unterbrochener Linie dargestellte Position rechts neben dem zweiten Photowiderstand 108, dann erzeugt die Abbildung sowohl beim Durchgang durch den ersten Photowiderstand 107 als auch beim Durchgang durch

den zweiten Photowiderstand 108 je einen Impuls am Querzweig der Wheatstone-Briicke, in der die beiden Photowiderstände 107 und 108 liegen. Aus dem zeitlichen Abstand dieser beiden Impulse kann, wenn die Entfernung des in der Bildebene abgebildeten Freileitungsseiles von der Bildebene bekannt ist, die Geschwindigkeit ermittelt werden, mit der sich das Freileitungsseil bewegt hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gerät zur berührungslosen Fernmessung der Schwingungen einer Freileitung, mit einer Bildempfangseinrichtung, auf deren Bildfläche, in der zumindest in einem Teilbereich eine photoelektrische Wandlereinrichtung liegt, die Freileitung projiziert wird, und einem an die Wandlereinrichtung angeschlossenen, zusammen mit dieser ein die Lage des projizierten Bildes die Freileitung in der Bildfläche kennzeichnendes elektrisches Signal erzeugenden Signalgeber, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildempfangseinrichtung als Fernrohr (1) ausgebildet ist, und die photoelektrische ι⁵ Wandlereinrichtung zumindest einen in der Bildebene des Fernrohres liegenden Photowiderstend (7,8; 107, !08) aufweist

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Signalgeber (10) eine Wheatstone-Brükke vorgesehen ist, in deren einem Brückenzweig der Photowiderstand (7,8; 107,108) liegt

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Schwingungsfrequenz eines Freileitungsseiles die beiden seitli- chen Begrenzungslinien des Photowiderstandes (7,

8) im Winkel zur Bewegungsrichtung des in der Bildebene abgebildeten Seiles verlaufende, konvergierende gerade Linien sind.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich- ³⁽⁾ net, daß der Photowiderstand (7, 8) die Form eines rechtwinkligen Dreieckes hat, dessen eine Kathete das Bild (9) des Freileitungsseiles rechtwinklig schneidet

5. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch einen zweiten in der Bildebene des Fernrohres (1) liegenden Photowiderstand (8; 108), der in einem anderen Zweig der Wheatstone-Brücke als der erste Photowiderstand (7; 107) liegt

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß die beiden seitlichen Begrenzungslinien des zweiten Photowiderstandes (8) im Winkel zur Bewegungsrichtung des in der Bildebene abgebildeten Seiles verlaufende, gerade Linien sind, die in entgegengesetzter Richtung wie die seitlichen Begrenzungslinien des ersten Photowiderstandes (7) konvergieren.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß der zweite Photowiderstand (8) ein rechtwinkliges Drtieck gleicher Größe wie das den ersten Photowiderstand (7) bildende rechtwinklige Dreieck ist und daß die Hypotenusen beider Dreiecke parallel zueinander liegen.

8. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß der Photowiderstand (107) als ein sich rechtwinklig zur Bewegungsrichtung der Abbildung (109) des sich bewegenden Körpers erstreckender Streifen ausgebildet ist und daß ein zweiter, ebenfalls als Streifen ausgebildeter Photowiderstand (108) in der Bewegungsrichtung der Abbildung (109) im Abstand vom ersten Photowiderstand in der Bildebene des Fernrohres (1) so angeordnet ist, daß er sich quer zur Bewegungsrichtung der Abbildung erstreckt.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen Photowiderstand-Träger (3), der mit in der Bildebene des Fernrohres (1) liegender Trägerfläche gegen ein Okular austauschbar am Fernrohr (1) angeordnet ist.