DE4031344A1

DE4031344A1 - Elektronische neigungs-messeinrichtung

Info

Publication number: DE4031344A1
Application number: DE19904031344
Authority: DE
Inventors: Hanns Rump
Original assignee: Rump Elektronik Tech
Current assignee: Rump Elektronik Tech
Priority date: 1990-10-04
Filing date: 1990-10-04
Publication date: 1992-04-09

Description

In zahlreichen Berufen besteht die Notwendigkeit Winkelab weichungen in bezug auf die Lotrechte oder Waagerechte festzu stellen.

Die verbreiteste Methode bedient sich der bekannten "Libelle", bei der ein konvex gewölbter Glaskörper, der mit einer Flüssig keit gefüllt ist, eine Luftblase einschließt. Die Position der Luftblase gibt Aufschluß über die relative Position.

Zahlreiche Möglichkeiten sind vorgeschlagen worden, diese Meß einrichtung elektronisch arbeiten zu lassen. Die Vorteile sind unter anderem:

Sichere Handhabung.
Ablesen einer realen Zahl.
Rechnerisches Verarbeiten zur Ermittlung wichtiger anderer Daten.
Möglichkeit, über die Schnittstelle die Daten in einen Speicher geben zu können, um die Daten einwandfrei dokumentieren zu können. Im Hinblick auf die Haftungs gesetzgebung dürfte dieser Tatbestand von zunehmender Bedeutung sein.

Es sind zahlreiche Methoden vorgeschlagen worden, um elektrische Signale in Abhängigkeit von der Neigung zu gewinnen.

Kein Verfahren konnte sich durchsetzen, weil entweder keine analogen Signale erzielbar sind, die Anordnung zu teuer oder zu groß ist oder die Funktionen von z. B. der Temperatur etc. be einflußt werden.

In der Deutschen Patentanmeldung P 40 28 730.0 ist ein Neigungs lässigen Ergebnissen kommt.

Ein konkurrierendes Prinzip beschreibt - ohne auf Einzelheiten physikalischer Natur näher eingehen zu wollen - die Fig. 1:
Auf einem vorzugsweise Keramiksubstrat sind drei Elektroden (1, 2, 3) aufgebracht, die vorzugsweise aus einem widerstands fähigen nicht korrosiven Material wie Gold, Platin etc. bestehen.

Fig. 2 beschreibt den prinzipiellen Aufbau:
In einem Gefäß (4) befindet sich die Elektrode (5), die zum Teil in einer Flüssigkeit (6) eingetaucht ist. Die Flüssigkeit ist sowohl elektrischer Leiter als auch Dielektrikum.

Unterschiedliche Flüssigkeitsstände führen zu unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften der Elektrodenpaare 1/3 und 1/2. (Fig. 1) .

Die Auswerteschaltung zeigt prinzipiell Fig. 3:
Die Sensoranordnung (15) entspricht Fig. 2. Eine hochfrequenz erzeugende und die kapazitätsunterschiede auswertende und in ein analoges Signal konvertierende Elektronik (13) gibt über die elektrische Leitung (14) ein Analogsignal an einen Meßverstärker (10) weiter. Sowohl Nullpunkt (11) als auch Signalverstärkung/ Dämpfung (12) kann über elektrische Stellglieder justiert werden.

Am Ausgang (4) steht ein normiertes Analogsignal, das der Winkel abweichung entspricht.

Die hier vorgestellte Erfindung beschreibt die vorteilhafte Anwendung von Neigungssensoren in der Anwendung als Maß-Geräte, wie Wasserwaagen oder Neigungsmeßgeräte und Nivelierhilfen.

Die Elektronik folgt bei elektronischen Wasserwaagen prinzipiell der Fig. 4:
Zwei Neigungssensoren sind so eingebaut, daß ein Sensor für die Lotrechte, ein anderer Sensor für die waagerechte Messung zu ständig ist. Die Sensorsignale werden wie in Fig. 3 beschrieben, ausgewertet und kalibriert und als Ausgangssignale A(H) (23) und A(U) (22) in elektrische Steuer- und Auswerteeinheiten (16) ein gegeben, die vorzugsweise ein Microcontroller mit integriertem Analog/Digitalwandler ist. Die Zeitbasis bildet ein Quarz schwinger (17). Das Programm ist in einem Programmspeicher (PROM) (21) abgelegt. Eine Tastatur (18) gestattet verschiedene Anwendungen, die nachfolgend beschrieben werden.

Über eine Anzeigeeinheit (19), die vorteilhaft als LCD-Anzeige ausgebildet ist, werden die Resultate angezeigt.

Ein akustischer Geber (20) erzeugt Signale, die nachstehend be schrieben werden.

In der Anlage 1 zu dieser Beschreibung sind verschiedene Nutzungsmöglichkeiten aufgezeigt, die in einer Ausführungsform (Fig. 6) realisiert sind.

Die Fig. 5 beschreibt die in der Ausführungsform realisierten Möglichkeiten, die in der Praxis eine erhebliche Hilfe darstellen und insofern sehr vorteilhaft sind:
Die Neigung des Winkels (25) führt bei gegebener Strecke (27) zu einem Gefälle (26), auch Höhe genannt. Je nach Gefälle kann die Schräge (24) in der Länge von der Strecke (27) abweichen. Da zwei Strecken und ein Winkel jeweils bekannt sind, kann nach den allgemein bekannten trigonometrischen Gesetzen das fehlende Maß errechnet werden.

Mitunter wird, z. B. beim Anlegen einer Strafie, das Gefälle (26) auf die Strecke (27) oder (24) angegeben. Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet die Überprüfung ohne die überlicherweise eingesetzten, relativ aufwendigen Schlauchwaagen:
Über die Taste (5) wird die Möglichkeit gegeben, mit Hilfe der Tasten (6, 7) das Maß einer Strecke einzugeben. Diese Erfindung bevorzugt das Einstellen dieser Entfernung durch einfaches Hoch- oder Abwärtslaufen der Maßzahl, die im Anzeigefeld (19) angezeigt wird. Natürlich ist die Eingabe über eine normale Tastatur möglich, wird jedoch aufgrund der relativ komplizierten Tasten felder und der am Bau vorherrschenden rauhen Betriebsbedingungen nicht bevorzugt.

Würde z. B. die Neigung (Höhe) eingegeben, müßte dann über die Taste 4 das entsprechende Programm gewählt und die Neigungswaage an die Fläche (24, Fig. 5) angelegt werden. Die Anzeige zeigt das rechnerisch ermittelte Ergebnis, nämlich die Strecke der Schräge, an.

Öfter wird das Programm genutzt werden, das mit Taste 3 aufge rufen wird. Nach Eingabe der Strecke der Schräge zeigt die Anzeige das Gefälle an.

Über Taste 2 wird entschieden, ob horizontal oder vertikal (lotrecht) gemessen werden soll.

Über Taste 1 wird die einfache Winkelmessung, also die Ablage in Winkelgrad von der angewählten waagerechten oder lotrechten Linie, ausgelöst.

Wenn diese Taste gedrückt wird, wird fortlaufend der aktuelle Meßwert angezeigt. Wird die Taste noch einmal gedrückt, wird der zuletzt angezeigte Meßwert gespeichert und angezeigt. Der Nutzer kann in diesem Fall das Gerät in eine bequeme Position zum Ablesen der Werte bringen.

Soll ein Gewerk in einer bewußt von der waagerechten oder lot rechten abweichenden Ebene verlaufen, kann der Soll-Winkel durch Betätigen der Taste (8) auf Null gesetzt werden. Die Anzeige zeigt dann den relativen Winkel in bezug auf den gespeicherten Winkel an.

Eine weitere Ausführungsform zeigt Fig. 7:
Zwei Neigungssensoren (33) sind um 90 Grad versetzt angeordnet. 8 Leuchtdioden oder ähnliche Anzeigen (34), die im Gehäuse (29) angeordnet sind, zeigen die Richtung des Gefälles an. Die prinzi pielle elektrische Schaltung ist aus Fig. 8 erkennbar:
Die Neigungssensoren (31, 32) geben Signale zu einer Auswerte- und Steuereinrichtung (30). Nach Auswertung der Signale wird eine der Leuchtdioden angesteuert.

Zu diesem Zweck werden die Signale der Sensoren (31, 32) mit einander in Beziehung gesetzt, um echte zweidimensionale Resultate zu erzielen.

Um den Nutzer das Einmessen in die waagerechte oder lotrechte Ebene zu vereinfachen, wird ein akustisches Signal erzeugt, wenn die Apparatur durch den Nullpunkt geht oder sich im Nullpunkt befindet. Es wird vorgeschlagen, eine Toleranz frei wählbar in einem Bereich definieren zu können, der der Anwendung unter praktischen Gesichtspunkten entspricht.

Selbstverständlich kann durch drei Neigungssensoren, die im rechten Winkel zueinander stehen und gleichzeitig die horizontale und vertikale Lage messen, entweder durch Auswerten nur eines Sensors oder durch Auswerten aller drei Sensoren gleichzeitig die relative Lage eines Objektes zum Horizont bzw. zum Lot bestimmt werden.

Beschreibung

Anlage 1

Beispiel für Ausführungsmöglichkeit Wasserwaage

Claims

1. Apparat zur Bestimmung von Neigungen relativ zur lotrechten oder waagerechten Ebene, wobei elektronische Neigungssensoren einge setzt werden, deren Signale von einer elektronischen Steuer- und Auswerteeinheit ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils drei Neigungssensoren in zwei Ebenen so angeordnet sind, daß sie im rechten Winkel zueinander stehen, wobei die Signale der Neigungssensoren auf eine gemeinsame Auswerte- und Steuer einheit gegeben werden, um durch diese ausgewertet zu werden.

2. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Neigungssensoren in der horizontalen Ebene im rechten Winkel zueinander angeordnet sind.

3. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Aus wahltasten jeweils nur das Signal eines der Neigungssensoren aus gewertet wird.

4. Apparat nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei gegebener Neigung auf Tastendruck die elektrische Auswerte- und Steuereinheit den angezeigten Wert auf "NULL" setzt, wobei die dann angezeigten Neigungswerte die relative Abweichung von der somit vorgegebenen Neigung sind.

5. Apparat nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strecke der Basis über Tasten der Anzeige- und Auswerteeinheit vorgegeben werden kann, wobei der Apparat nach Messung der vor handenen Neigung nach einer trigonometrischen Berechnung (Tangens-Funktion) das Gefälle anzeigt.

6. Apparat nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach Eingabe der Neigungshöhe (Gefälles) und Messen der vorhandenen Neigung der Apparat mit Hilfe einer trigonometrischen Berechnung die Länge der Gefällestrecke anzeigt.

7. Apparat nach Anspruch 1, 2, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und Ausgabe der Strecken sowohl in metrischen Einheiten (m) oder in anderen nichtmetrischen Einleiten erfolgen kann.

8. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale beider Sensoren so ausgewertet werden, daß diese miteinander verknüpft werden, so daß eine Vielzahl, mindestens jedoch drei Anzeigeelemente (Leuchtdioden) so angesteuert werden, daß jeweils das Anzeigeelement aufleuchtet, das in der Hauptrichtung des Gefälles befindlich ist.

9. Apparat nach den vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß im Null-Durchgang, also wenn sich der Apparat in der vertikalen oder horizontalen Ebene befindet, ein akustisches Signal ausgelöst wird, wobei dieses Signal innerhalb einer frei wählbaren Toleranz erzeugt wird.

10. Apparat nach den vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Apparat durch eine elektrische Zeitschaltung nach einer frei wählbaren Zeit selbsttätig abgeschaltet.