DE4141034C2 - Method and measuring gyrocompass for measuring the north shift - Google Patents
Method and measuring gyrocompass for measuring the north shiftInfo
- Publication number
- DE4141034C2 DE4141034C2 DE19914141034 DE4141034A DE4141034C2 DE 4141034 C2 DE4141034 C2 DE 4141034C2 DE 19914141034 DE19914141034 DE 19914141034 DE 4141034 A DE4141034 A DE 4141034A DE 4141034 C2 DE4141034 C2 DE 4141034C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- pendulum
- north
- gyroscope
- device housing
- gyro compass
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/02—Rotary gyroscopes
- G01C19/34—Rotary gyroscopes for indicating a direction in the horizontal plane, e.g. directional gyroscopes
- G01C19/38—Rotary gyroscopes for indicating a direction in the horizontal plane, e.g. directional gyroscopes with north-seeking action by other than magnetic means, e.g. gyrocompasses using earth's rotation
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Nord ablage mit einem Vermessungskreiselkompaß, der ein an einem Trageband frei schwingend aufgehängtes Kreiselpendel enthält, bei welchem die Drehschwingungen des frei schwin genden Kreiselpendels mittels einer opto-elektronischen Meßvorrichtung abgegriffen werden und anhand der abgegrif fenen Werte mittels eines Auswerte-Algorithmus in einem zentralen Steuer- und Auswerteprozessor die Nordablage der Gerätenullmarke bestimmt und ein der Nordablage entspre chendes Signal erzeugt wird. Weiterhin betrifft die Erfin dung einen Vermessungskreiselkompaß zur Durchführung des Verfahrens mit einem drehbaren Gerätegehäuse, in welchem ein an einem Trageband frei schwingend aufgehängtes Krei selpendel angeordnet ist, einem opto-elektronischen Winkel abgriff für die Drehschwingungen des Kreiselpendels, einem zentralen Steuer- und Auswerteprozessor, einer lösbaren Arretierung für das Kreiselpendel und einer lösbaren Klemmvorrichtung für die Festlegung des drehbaren Gehäuses in bestimmten Positionen.The invention relates to a method for measuring the north Storage with a measuring gyro compass, one on one Lanyard suspended swinging pendulum contains, in which the torsional vibrations of the freely vibrating gyroscopic pendulum using an opto-electronic Measuring device can be tapped and tapped based on the values using an evaluation algorithm in one central control and evaluation processor the north shelf of the Device zero mark determined and corresponds to the north shelf signal is generated. Furthermore concerns the Erfin a surveying gyrocompass to carry out the Process with a rotatable device housing, in which a circle swinging freely on a lanyard is arranged pendulum, an opto-electronic angle tap for the torsional vibrations of the gyroscopic pendulum, one central control and evaluation processor, a detachable Lock for the gyroscopic pendulum and a detachable one Clamping device for fixing the rotatable housing in certain positions.
Zur autonomen Nordbestimmung werden im Vermessungswesen vorwiegend Vermessungskreisel verwendet, die ein an einem Trageband lotrecht aufgehängtes Kreiselpendel enthalten. Die Richtungsabnahme der Kreisellage erfolgt bei allen Geräten optisch bzw. opto-elektronisch mittels Autokollimation über an geeigneter Stelle am Kreiselpendel befestigte Spiegel oder Prismen.For autonomous north determination in surveying mainly measuring gyroscope used, one on one Lanyard with vertically suspended gyroscope included. The directional decrease of the gyro position takes place for all Devices optically or opto-electronically by means of Autocollimation via at a suitable point on the gyro pendulum attached mirrors or prisms.
Aus der Wechselwirkung zwischen dem Drehimpuls des Kreisels, dem Schweremoment des Pendels und der Horizontalkomponente der Erddrehung resultiert ein nordgerichtetes Kreiselmoment. Bei einem ungefesselten Kreiselpendel führt dieses Kreiselmoment zu einer schwach gedämpften Drehschwingung um die Nordlage. Die Periodenzeit dieser Drehschwingung wird von den Konstruktionsparametern des Kreiselpendels (Drehimpuls, Schweremoment, Torsionsgröße des Tragebandes) und der geographischen Breite des Meßortes bestimmt. Für Schwingungsamplituden im Bereich von weniger als 5 Winkelgraden ergeben sich Periodenzeiten, die in den mittleren geographischen Breiten im Bereich zwischen 150 und 500 Sekunden liegen.From the interaction between the angular momentum of the Gyroscope, the moment of gravity of the pendulum and the Horizontal component of the earth's rotation results in north-facing gyroscopic moment. With an unbound Gyro pendulum leads this gyro moment to a weak one damped torsional vibration around the north. The period time this torsional vibration is determined by the design parameters of the gyroscopic pendulum (angular momentum, gravitational moment, Torsion size of the lanyard) and the geographical Width of the measuring location determined. For vibration amplitudes in A range of less than 5 degrees of angle results Periods in the middle latitudes are in the range between 150 and 500 seconds.
Bei einem nach dem Stande der Technik bekannten Verfahren und Vermessungskreiselkompaß der eingangs genannten Art mit frei schwingendem Kreiselpendel (vgl. vorveröffentlichter Prospekt "Gi-B 11 GYRO THEODOLITE" der ungarischen Firma MOM, Budapest) benötigt man für die Bestimmung der Nordablage mehrere Schwingungsperioden, so daß sich der Meßvorgang sehr langwierig gestaltet. So dauert eine einzige Messung mit diesem Vermessungskreiselkompaß etwa 45 Minuten.In a method known from the prior art and surveying gyro compass of the type mentioned at the beginning free-swinging gyroscopic pendulum (see previously published Brochure "Gi-B 11 GYRO THEODOLITE" from the Hungarian company MOM, Budapest) is needed to determine the North deposit several oscillation periods, so that the Measuring process designed to be very lengthy. So one lasts only measurement with this gyro compass about 45 Minutes.
Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, diesen Meßvorgang abzukürzen. So ist es beispielsweise aus einem auf der DGON-Tagung im September 1978 in Bochum gehaltenen Vortrag von W.W. Stripling und I.S. Hargleroad vom US Army Missile Research and Development Comand, Redstone Arsenal, Alabama, USA, bekannt, die Kreiselpendelschwingung geschwindigkeitsproportional zu dämpfen. Dabei wird zur Dämpfung der Kreiselschwingung bis zur stehenden Nordanzeige die Abgriffsoptik über einen Nachführ- Regelkreis dem Kreiselpendel synchron nachgeführt und dem Kreiselpendel zugleich ein dämpfendes Bremsmoment aufgeprägt, welches zur Nachführgeschwindigkeit propor tional ist. Die Abgriffsoptik und der Torquer sind in diesem Falle in einem Zwischenrahmen angeordnet, der relativ zum Gerätegehäuse verdrehbar ist. Der Drehwinkel des Zwischenrahmens in bezug auf das Gerätegehäuse wird über Encoder ausgelesen. Die Messung ist beendet, wenn keine Nachführung des Zwischenrahmens mehr erfolgt, d. h. wenn die Nachführgeschwindigkeit auf Null abgeklungen ist. Die mit diesem Verfahren realisierten Meßzeiten liegen im Bereich von 10 Minuten und werden stark vom geographischen Breitengrad des Meßortes und den Betrag der anfänglichen Nordablage beeinflußt.There was therefore no lack of attempts, these Shorten the measuring process. For example, it is from one held at the DGON conference in September 1978 in Bochum Lecture by W.W. Stripling and I.S. US Army Hargleroad Missile Research and Development Comand, Redstone Arsenal, Alabama, USA, known the gyroscopic oscillation damping in proportion to the speed. Thereby becomes Damping of the gyroscopic vibration up to the standing The display optics via a tracking Control loop synchronized with the gyroscopic pendulum and the Rotary pendulum also has a damping braking torque imprinted, which proportions to the tracking speed is tional. The tap optics and the Torquer are in this case arranged in an intermediate frame, the is rotatable relative to the device housing. The angle of rotation of the intermediate frame with respect to the device housing read out via encoder. The measurement is finished when the intermediate frame is no longer updated, d. H. when the tracking speed has dropped to zero. The measuring times realized with this method are in the Range of 10 minutes and are strongly geographical Latitude of the measurement location and the amount of the initial North shelf affected.
Ein anderer bekannter Vermessungskreiselkompaß (vgl. DE 31 31 111 C2) arbeitet mit einer Fesselung des Kreiselpendels an die Nullmarke des opto-elektronischen Abgriffs. Dieses System, mit welchem die bisher kürzesten Meßzeiten realisiert werden konnten, wird auch als Kompensationsverfahren bezeichnet. Bei diesem System wird der Kreisel über ein Torquermoment an die Nullmarke des opto-elektronischen Abgriffes gefesselt. Im eingeschwungenen Zustand des Fesselkreises ist in diesem Falle der durch die Torquer-Spulen fließende Strom proportional zum Nordungsmoment des Kreiselpendels. Bei diesem bekannten Meßverfahren wird die Meßzeit im wesentlichen von der Verstärkung und Dämpfung des elektrischen Fesselkreises bestimmt. Die Verstärkung des Fesselkreises kann jedoch nicht beliebig hoch angesetzt werden, weil dies zu einer Instabilität des Gesamtsystems führen würde. Wesentliche Nachteile dieses Verfahrens bestehen darin, daß zur Erzielung kurzer Nordungszeiten der Fesselkreis stark gedämpft werden muß und damit breitengradabhängige Nordungsfehler mit zufälligem Vorzeichen auftreten. Des weiteren benötigen die elek tromagnetischen Torquer als Gegenstück einen gehäusefest angeordneten Permanentmagneten, der im Gerät zu magnetischen Deviationsmomenten führt.Another well-known surveying gyro compass (cf. DE 31 31 111 C2) works with a tether of the gyroscopic pendulum to the zero mark of the opto-electronic tap. This System with which the shortest measuring times so far could also be realized as Compensation procedure called. With this system the gyro over a gate torque to the zero mark of the tied opto-electronic tap. in the steady state of the bondage circle is in this Trap the current flowing through the torquer coils proportional to the northing moment of the gyroscopic pendulum. At this known measuring method, the measuring time in essential of the gain and attenuation of the electrical bondage circuit determined. The reinforcement of the However, the captive circle cannot be set at any height be because this creates instability in the overall system would lead. Significant disadvantages of this method consist of the fact that the Restraining circle must be strongly damped and so latitude-dependent northing errors with random Signs occur. Furthermore, the elek tromagnetic Torquer as a counterpart to a housing arranged permanent magnet, which in the device too leads to magnetic moments of deviation.
Es ist Aufgabe der Erfindung, das Verfahren und den Vermes sungskreiselkompaß der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß die erforderlichen Meßzeiten erheblich verkürzt werden, ohne daß die Schwingungen des Kreiselpendels gedämpft werden müssen oder das Kreiselpendel selbst gefesselt werden müßte.It is an object of the invention, the method and the measurement gyro compass of the type mentioned above to further develop that the required measuring times considerably can be shortened without the vibrations of the Gyroscopic pendulums must be damped or that Spinning pendulum would have to be tied up itself.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von dem Vermessungskreiselkompaß der eingangs genannten Art vor, daß die opto-elektronische Meßvorrichtung über einen kleinen Bruchteil einer Schwingungsperiode den jeweiligen Ablagewinkel in bezug auf die Gerätenullage sowie die zu diesem Ablagewinkel gehörige Winkelgeschwindigkeit und Winkelbeschleunigung des frei schwingenden Kreiselpendels ermittelt und daß der zentrale Steuer- und Auswerteprozessor die Nordablage der Gerätenullmarke über die normierte Bewegungsgleichung des Pendelkreisels berechnet.To achieve this object, the invention suggests from the gyro survey compass of the type mentioned before that the opto-electronic measuring device via a small fraction of an oscillation period the respective Storage angle in relation to the device zero as well as the this depositing angle and angular velocity Angular acceleration of the free-swinging gyroscope determined and that the central tax and Evaluation processor via the north shelf of the device zero mark the normalized equation of motion of the pendulum gyroscope calculated.
Das Verfahren gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß es mit erheblich geringen Meßzeiten auskommt. Die nur über einen kleinen Bruchteil einer Schwingungsperiode erfolgende Messung des jeweiligen Ablagewinkels, der zugehörigen Winkelgeschwindigkeit und der Winkelbeschleunigung benötigt beispielsweise insgesamt nur 5 Sekunden. Aus dem Ablagewinkel zur Zeit des kurzen Meßvorganges, der Winkelgeschwindigkeit und der Winkelbeschleunigung kann der zentrale Prozessor in kürzester Zeit anhand der normierten Bewegungsgleichung die Nordablage der Gerätenullmarke berechnen. Der sich aus der Bewegungsgleichung des Kreiselpendels ergebende Rechenalgorithmus wird weiter unten näher erläutert. Die Erfindung macht sich die überraschende Erkenntnis zu Nutze, daß man aus der jeweils aktuellen Winkelablage und den beiden zugehörigen Bewegungsgrößen Winkelgeschwindigkeit und Winkelbeschleunigung anhand eines geeigneten Algorithmus die Nordablage ermitteln kann, ohne eine oder mehrere Schwingungsperioden abzuwarten. Dabei arbeitet das Verfahren gemäß der Erfindung mit einem weitestgehend ungedämpft schwingenden Kreiselpendel, so daß auf eine die Meßergebnisse beeinträchtigende Dämpfung oder Fesselung des Kreiselpendels verzichtet werden kann.The method according to the invention has the advantage that it manages with considerably short measuring times. The only about a small fraction of an oscillation period Measurement of the respective storage angle, the associated one Angular velocity and angular acceleration required for example, only 5 seconds in total. From the Deposit angle at the time of the short measuring process, the The angular velocity and the angular acceleration can central processor in the shortest possible time using the standardized Equation of motion the north offset of the device zero mark to calculate. Derived from the equation of motion of the Computation algorithm resulting in gyroscope continues explained in more detail below. The invention makes it Surprising finding that one can benefit from each current angular storage and the two associated Movement quantities angular velocity and Angular acceleration using a suitable algorithm the north lay can determine without one or more Waiting for periods of vibration. That works Method according to the invention with a largely undamped swinging pendulum, so that on one Damping or restraint of the measurement results impairing Rotary pendulum can be dispensed with.
Die zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung er forderliche Weiterbildung des Vermessungskreiselkompasses der eingangs genannten Art besteht darin, daß der opto elektronische Winkelabgriff einen hoch auflösenden CCD-Zeilensensor aufweist. Ein solcher CCD-Zeilensensor kann ohne weiteres mit der erforderlichen Winkelauflösung von weniger als 0,1 Winkelsekunden bei einem Meßbereich von ± 4 gon hergestellt werden. Um ausreichend viele Messungen pro Zeiteinheit durchführen zu können, werden die einzelnen Elemente des CCD-Zeilensensors vorzugsweise von dem Rechner 50mal in der Sekunde abgefragt, um aus den jeweils beleuchteten Elementen den jeweiligen Schwerpunkt des Lichtbalkens ermitteln zu können. Die Verwendung des CCD-Zeilensensors als Photodetektor hat darüber hinaus den Vor teil, daß bereits durch die geometrische Aufteilung der Einzelelemente eine hohe Stabilität für Nullpunkt und Ska lierung vorgegeben ist.He to carry out the method according to the invention Required further training in the surveying gyro compass The type mentioned above is that the opto electronic angle tap a high resolution CCD line sensor has. Such a CCD line sensor can with the required angular resolution of less than 0.1 arc seconds with a measuring range of ± 4 gon are manufactured. To get enough measurements per The individual will be able to carry out the unit of time Elements of the CCD line sensor preferably from the computer Queried 50 times a second to get out of each illuminated elements the respective focus of the To be able to determine the light bar. The use of the CCD line sensor as a photodetector also has the advantage part that already through the geometric division of the Individual elements provide high stability for zero point and ska lation is specified.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Vermessungskreiselkompasses gemäß der Erfindung sieht vor, daß dem Gerätegehäuse ein motorischer Drehantrieb zugeordnet ist, mit welchem das Gerätegehäuse jeweils nach Durchführung einer Messung um den ermittelten Winkel der Nordablage nachgeführt wird. Dabei ist es möglich, anhand eines Vergleiches der Meßgrößen von zwei aufeinanderfolgenden Messungen darauf zu schließen, in wel chem Quadranten der Windrose die anfängliche Nordablage gelegen hat. Hierdurch ist es möglich, vollautomatisch Messungen aus beliebigen anfänglichen Nordablagen (± 180°) heraus durchzuführen. Zusätzlich wird das Gerätegehäuse nach Abschluß der Messung immer genau nach Norden ausgerichtet, so daß das Gerätegehäuse als Träger für einen Theodoliten oder einen Leitstrahllaser verwendet werden kann, der sich automatisch einnordet.A preferred embodiment of the Survey gyro compass according to the invention provides that the device housing a motorized rotary drive with which the device housing is assigned according to Carrying out a measurement by the determined angle of the North shelf is tracked. It is possible to use a comparison of the measured quantities of two consecutive measurements to conclude in which The quadrant of the compass rose is the initial north lay was lying. This makes it possible to be fully automatic Measurements from any initial north positions (± 180 °) out to perform. In addition, the device housing after completing the measurement always to the north aligned so that the device housing as a carrier for one Theodolites or a beacon laser can be used who automatically positions himself.
Die lösbare Klemmvorrichtung für die Festlegung des Gerätegehäuses ist zweckmäßig motorisch angetrieben und von dem zentralen Steuer- und Auswerteprozessor ansteuerbar. Diese motorisch antreibbare Klemmvorrichtung fixiert das drehbare Gerätegehäuse nach Abschluß der Messung sicher in der jeweils richtigen Winkellage.The releasable clamping device for setting the Device housing is expediently motor-driven and by can be controlled by the central control and evaluation processor. This motor-driven clamping device fixes that rotatable device housing after completion of the measurement the correct angular position.
Vorteilhaft ist dem Kreiselpendel eine motorisch angetriebene und vom zentralen Prozessor ansteuerbare Arretierung zugeordnet. Diese Arretierung kann vom zentralen Prozessor so gesteuert werden, daß das Kreiselpendel nur für die kurze Zeit der Messung freigegeben wird. Hierdurch ergibt sich automatisch eine weitestgehende Schonung des an und für sich empfindlichen Kreiselpendels.The motorized pendulum is advantageous driven and controllable by the central processor Lock assigned. This lock can be from central processor can be controlled so that Gyro pendulum only for the short time of the measurement is released. This automatically results in a the greatest possible protection of the in itself sensitive Gyroscopic pendulum.
Zweckmäßig steht der motorische Antrieb für die Arretierung zugleich mit elektrischen Kontakten in Antriebsverbindung, die die elektrische Hauptstromversorgung des Kreiselpendels einschalten, wenn dieser arretiert ist, und abschalten, wenn die Arretierung gelöst wird. Diese Kombination des motorischen Antriebes für die Arretierung einerseits und die Einschaltung der Hauptstromversorgung andererseits stellt sicher, daß die Hauptstromversorgung, die für das Hochlaufen des Kreisels notwendig ist, nur dann eingeschaltet werden kann, wenn das Kreiselpendel arretiert ist. Wird die Arretierung demgegenüber freigegeben, wird die Hauptstromversorgung, die die freie Schwingung des Kreiselpendels und damit den Meßvorgang beeinträchtigen würde, automatisch abgeschaltet.The motor drive expediently stands for the locking at the same time with electrical contacts in the drive connection, which is the main electrical power supply of the gyroscope switch on when it is locked and switch off, when the lock is released. This combination of the motor drive for locking on the one hand and the activation of the main power supply on the other hand ensures that the main power supply is responsible for the Starting up the gyro is necessary only then can be switched on when the gyroscopic pendulum is locked is. On the other hand, if the lock is released, the main power supply, which is the free vibration of the Pendulum pendulum and thus affect the measuring process would turn off automatically.
Während des Meßvorganges erfolgt die Stromversorgung demge genüber zweckmäßig über gebogene elastische Metallbändchen, die nur minimale Momente auf das Kreiselpendel ausüben und dementsprechend den Schwingungsvorgang nicht beeinträchtigen.The power supply is carried out during the measurement process appropriately compared to curved elastic metal bands, who exert only minimal moments on the gyroscopic pendulum and accordingly, the vibration process is not affect.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigenAn embodiment of the invention is as follows explained in more detail with reference to the drawing. Show it
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Ver messungskreiselkompaß gemäß der Er findung in einer ersten Ausführungs form; Fig. 1 shows a longitudinal section through a Ver messungskreiselkompaß according to the invention it in a first embodiment;
Fig. 2 einen Vermessungskreiselkompaß gemäß der Erfindung in einer zweiten Ausführungsform; Figure 2 is a Vermessungskreiselkompaß according to the invention in a second embodiment.
Fig. 3 einen Schaltplan für einen Ver messungskreiselkompaß gemäß der Erfindung; Figure 3 is a circuit diagram for a measurement gyro compass according to the invention.
Fig. 4 schematisch eine Skizze zum Funk tionsprinzip des Kreiselpendels und zur Ableitung der Bewegungs gleichungen des Kreiselpendels. Fig. 4 schematically shows a sketch of the functional principle of the gyroscope and to derive the equations of motion of the gyroscope.
In der Zeichnung ist ein den Vermessungskreisel tragen der Stativring mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. In den Stativring 1 ist das Gerätegehäuse 2 eingehängt. Auf dem Stativring 1 ist über drei höhenverstellbare Stützfüße 3 (von diesen Stützfüßen ist in den Fig. 1 und 2 jeweils nur einer dargestellt) ein feststehender Lagerring 4 gelagert, an welchem über Kugellager 5 das Gerätegehäuse 2 um eine vertikale Achse drehbar gela gert ist.In the drawing, a tripod ring bearing the measuring gyroscope is designated by reference number 1 . The device housing 2 is suspended in the stand ring 1 . On the tripod ring 1 is about three height-adjustable support feet 3 (one of these supporting legs in FIGS. 1 and 2 each only one shown) is a fixed bearing ring 4 mounted on which ball bearings 5, the unit housing 2 is Gert rotatably gela about a vertical axis.
Oben im Gerätegehäuse 2 ist ein Drehantriebsmotor 6 gelagert, der zum Antrieb eines Ritzels 7 dient, wel ches in einen Zahnkranz 8 am inneren Umfang des fest stehenden Lagerringes 4 eingreift. Der Drehmotor 6 ist über einen Encoder 9 präzise ansteuerbar, derart, daß das Gerätegehäuse 2 in eine genau bestimmte Dreh stellung relativ zum feststehenden Lager 4 verdreht werden kann. At the top in the device housing 2 , a rotary drive motor 6 is mounted, which serves to drive a pinion 7 , which engages in a ring gear 8 on the inner circumference of the fixed bearing ring 4 . The rotary motor 6 can be precisely controlled via an encoder 9 , such that the device housing 2 can be rotated relative to the fixed bearing 4 in a precisely determined rotational position.
Weiterhin ist oben im Gerätegehäuse 2 ein Klemmantrieb 10 gelagert, mit welchem ein Klemmkeil 11 zwischen den feststehenden Lagerring 4 und das drehbare Gerätegehäu se 2 einschiebbar ist, um dieses in einer bestimmten Drehstellung an dem feststehenden Lagerring 4 zu fixie ren. Mittig an der Oberseite des Gerätegehäuses 2 ist ein schmales, dünnes Trageband 12 befestigt, welches mittels einer vertikal verstellbaren Stellschraube 13 an dem Deckel 14 des Gerätegehäuses 2 befestigt ist. Dieser Deckel 14 ist an seiner Oberseite zugleich als Träger für einen Theodoliten oder einen Leitstrahllaser ausgebildet. Das Trageband 12 trägt ein Kreiselpendel, welches in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 15 bezeichnet ist.Furthermore, a clamping drive 10 is mounted at the top in the device housing 2 , with which a clamping wedge 11 can be inserted between the fixed bearing ring 4 and the rotatable device housing 2 in order to fix it in a certain rotational position on the fixed bearing ring 4. Centered on the top of the The device housing 2 is fastened to a narrow, thin carrying strap 12 , which is fastened to the cover 14 of the device housing 2 by means of a vertically adjustable adjusting screw 13 . This cover 14 is at the same time designed as a carrier for a theodolite or a guide beam laser. The carrying belt 12 carries a gyroscopic pendulum, which is designated in its entirety with the reference number 15 .
Das Kreiselpendel 15 enthält einen elektrisch antreib baren Kreisel 16, der um eine horizontale Achse drehbar in einem Kreiseltopf 17 gelagert ist. Der Kreiseltopf 17 ist oben von einer Kreiselkappe 18 abgedeckt, welche an ihrer Oberseite mit einem mittig angeordneten Spie gelmast 19 versehen ist. Dieser Spiegelmast 19 ist innen hohl ausgebildet und nimmt in seinem Hohlraum das Trageband 12 auf. Oben ist der Spiegelmast 19 mit einem Spiegel 20 versehen, der mit einem Autokollimations- Fernrohr 21 korrespondiert. Dieses Autokollimations- Fernrohr 21 ist als opto-elektronische Abtasteinrich tung ausgebildet und mit einem CCD-Zeilensensor 22 versehen, welcher es ermöglicht, über einen Meßbereich von etwa ± 4 Winkelgraden die jeweils aktuelle Winkel stellung des Kreiselpendels 15 exakt abzugreifen.The gyroscope 15 contains an electrically drivable gyro 16 , which is rotatably mounted about a horizontal axis in a gyroscope 17 . The top of the gyroscope 17 is covered at the top by a gyroscope cap 18 , which is provided on its top with a centrally arranged spinner 19 . This mirror mast 19 is hollow on the inside and receives the carrying strap 12 in its cavity. Above, the mirror mast 19 is provided with a mirror 20 which corresponds to an autocollimation telescope 21 . This autocollimation telescope 21 is designed as an opto-electronic Abtasteinrich device and provided with a CCD line sensor 22 , which makes it possible to tap the current angular position of the gyroscopic pendulum 15 exactly over a measuring range of approximately ± 4 degrees.
Der Kreiseltopf 17 ist an seinem Außenumfang mit einem horizontalen Arretierungsring 23 versehen. Dieser Arre tierungsring 23 ist mittels radial verschiebbarer Klemmsegmente 24 am Gerätegehäuse 2 festlegbar. Die Klemmsegmente 24 werden von einem Zustellring 25 betä tigt, der um eine vertikale Achse verdrehbar in dem Gerätegehäuse 2 gelagert ist und mit seinen nach innen weisenden Betätigungsflächen auf die Klemmsegmente 24 einwirkt. Zum Zwecke seiner Verdrehung ist der Zustell ring 25 an seinem inneren Umfang mit einer Verzahnung 26 versehen, die mit einem Ritzel 27 kämmt, welches über eine Welle 28 von einem ebenfalls oben im Geräte gehäuse 2 gelagerten Drehmotor 29 angetrieben wird.The gyroscope 17 is provided on its outer circumference with a horizontal locking ring 23 . This locking ring 23 can be fixed by means of radially displaceable clamping segments 24 on the device housing 2 . The clamping segments 24 are actuated by a feed ring 25 , which is rotatably mounted about a vertical axis in the device housing 2 and acts on the clamping segments 24 with its inwardly facing actuating surfaces. For the purpose of its rotation, the delivery ring 25 is provided on its inner circumference with a toothing 26 which meshes with a pinion 27 which is driven via a shaft 28 by a likewise mounted in the device housing 2 rotator 29 .
Die Welle 28 ist mit einem zweiten Ritzel 30 versehen, welches eine ebenfalls verdrehbar in dem Gerätegehäuse 2 gelagerte Betätigungsscheibe 31 verdreht. Diese Betä tigungsscheibe 31 wirkt mittels zweier Betätigungs stößel 32 auf zwei federnde elektrische Kontakte 33 ein, die im herabgedrückten Zustand einen elektrischen Schleifkontakt an der Oberseite der Kreiselkappe 18 herstellen. Dieser elektrische Kontakt dient zur Haupt stromversorgung des Kreisels 16 während des Kreisel hochlaufes. Diese Hauptstromversorgung erfolgt aller dings nur, wenn der Kreiseltopf 17 mittels seines Arre tierungsringes 23 am Gerätegehäuse 2 festgelegt ist. Die dargestellten Antriebe für die Klemmsegmente 24 einerseits und die federnden elektrischen Kontakte 33 andererseits über den Drehmotor 29 und die gemeinsame Welle 28 sind so aufeinander abgestimmt, daß eine Stromzufuhr zu dem Kreisel 16 nur möglich ist, wenn der Kreiseltopf 17 am Gerätegehäuse 2 arretiert ist. Ist die Arretierung demgegenüber aufgehoben, erfolgt die Stromversorgung des Kreisels 16 zur Aufrechterhaltung seiner Drehgeschwindigkeit über gebogene elastische Metallbändchen 34, die beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 dargestellt sind. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 erfolgt die Stromver sorgung des Kreisels 16 nach Lösung der Arretierung demgegenüber über wiederaufladbare Batterien 35, die innerhalb des Kreiseltopfes 17 unterhalb der Kreisel kappe 18 angeordnet sind und mit zum schwingenden Krei selpendel 15 gehören.The shaft 28 is provided with a second pinion 30 which rotates an actuating disk 31 which is also rotatably mounted in the device housing 2 . This actuating disc 31 acts by means of two actuating plungers 32 on two resilient electrical contacts 33 , which in the depressed state produce an electrical sliding contact on the top of the gyro cap 18 . This electrical contact is used for the main power supply of the gyro 16 during the gyro ramp-up. This main power supply takes place only when the gyroscope 17 is fixed by means of its locking ring 23 on the device housing 2 . The drives shown for the clamping segments 24 on the one hand and the resilient electrical contacts 33 on the other hand via the rotary motor 29 and the common shaft 28 are matched to one another in such a way that a current supply to the gyroscope 16 is only possible when the gyroscope pot 17 is locked on the device housing 2 . On the other hand, if the locking is released, the gyroscope 16 is supplied with power to maintain its rotational speed via curved elastic metal bands 34 , which are shown in the exemplary embodiment according to FIG. 1. In the embodiment shown in FIG. 2, the Stromver supply of the gyro 16 after releasing the lock on the other hand via rechargeable batteries 35 , which are arranged within the gyroscope 17 below the gyroscope cap 18 and with the swinging circle pendulum 15 belong.
An seiner Unterseite ist der Kreiseltopf 16 mit zwei Anschlagstiften 36 versehen, die mit zwei kreisbogen förmigen Schlitzen 37 im Gerätegehäuse 2 zusammenwirken und den Drehwinkel für das frei schwingende Kreiselpen del 15 auf einen Winkelbereich von +40 begrenzen.On its underside, the gyro pot 16 is provided with two stop pins 36 which cooperate with two circular-shaped slots 37 in the device housing 2 and limit the angle of rotation for the freely oscillating gyroscope del 15 to an angular range of +40.
Außerdem ist das Gerätegehäuse 2 unterhalb des Kreisel pendels 15 mit drei Stoßsicherungsschrauben 38 verse hen, von denen in den Fig. 1 und 2 jeweils nur eine dargestellt ist und dazu dienen, das empfindliche Tra geband 12 gegen während des Meßvorganges auftretende Stöße zu sichern. Hierzu haben die Stoßsicherungs schrauben 38 einen engen Abstand von der Unterseite des Kreiseltopfes 17. Die Stoßsicherungsschrauben 38 sind zugleich als elektrische Berührungssensoren ausgebil det, welche Berührungen mit dem Kreiseltopf 17 anzei gen.In addition, the device housing 2 below the gyroscope pendulum 15 with three shock protection screws 38 hen, of which only one is shown in FIGS . 1 and 2 and serve to secure the sensitive Tra band 12 against shocks occurring during the measuring process. For this purpose, the shock protection screws 38 have a narrow distance from the underside of the rotary pot 17th The shock protection screws 38 are also ausgebil det as electrical touch sensors, which touches with the gyroscope 17 display conditions.
Das Schaltbild gemäß Fig. 3 zeigt als wesentliches Element einen zentralen Steuer- und Auswerteprozessor 39. In diesen zentralen Prozessor 39 werden über einen Signalprozessor 40 die vom CCD-Zeilensensor 22 ermit telten Signale des optischen Abgriffes eingelesen. Wei terhin ist der zentrale Prozessor 39 mit dem Encoder 9 des Drehmotors 6 für die Verdrehung des Gerätegehäu ses 2 angeschlossen. Weiterhin ist der zentrale Prozes sor 39 mit Steuerschaltungen 41, 42 und 43 für die Steuerung der Gehäusenachführung, der Arretierung des Kreiselpendels 15 und der Klemmung des Gehäuses 2 versehen. Schließlich ist der zentrale Prozessor 39 mit zwei Bedienkonsolen 44 mit Bedienungsschaltern 45, zwei Displays 46 und einer seriellen Schnittstelle 47 zur Fernbedienung, Datenübertragung und Störungsanalyse verbunden. Zur Überwachung und Störungsanzeige ist der zentrale Prozessor 39 außerdem mit drei Stoßfühlern 48 versehen, die den Stoßsicherungsschrauben 38 zu geordnet sind. Außerdem ist der zentrale Prozessor 39 mit einem Temperaturfühler 49, einer Arretierungsanzei ge 50 einer Temperaturüberwachung 51 und einer Warnan zeige 52 für stark abweichende, nicht plausible Meßwer te versehen.The circuit diagram according to FIG. 3 shows a central control and evaluation processor 39 as an essential element. In this central processor 39 , the signals of the optical tap determined by the CCD line sensor 22 are read in via a signal processor 40 . Wei terhin the central processor 39 is connected to the encoder 9 of the rotary motor 6 for the rotation of the device housing 2 . Furthermore, the central processor 39 is provided with control circuits 41 , 42 and 43 for controlling the housing tracking, the locking of the gyroscope 15 and the clamping of the housing 2 . Finally, the central processor 39 is connected to two control consoles 44 with control switches 45 , two displays 46 and a serial interface 47 for remote control, data transmission and fault analysis. For monitoring and fault indication, the central processor 39 is also provided with three shock sensors 48 , which are assigned to the shock protection screws 38 . In addition, the central processor 39 is provided with a temperature sensor 49 , a Arretierungsanzei ge 50, a temperature monitor 51 and a Warnan 52 for strongly differing, implausible measured values.
Der Vermessungskreisel gemäß der Erfindung arbeitet wie
folgt:
Zunächst wird der Kreisel 16 des noch arretierten Krei
selpendel 15 auf die erforderliche Drehzahl gebracht.
Danach wird die Arretierung des Kreiselpendels 15 durch
Einschalten des Motors 29 gelöst und zugleich die
Hauptstromversorgung des Kreisels 16 abgeschaltet. Der
zum Halten der Drehzahl erforderliche Strom wird nun
mehr über die Metallbändchen 34 (Fig. 1) oder die Bat
terien 35 (Fig. 2) zugeführt. Um den Meßvorgang einzu
leiten wird die Arretierung des Kreiselpendels 15
gelöst und das Gerätegehäuse 2 der aktuellen Drehlage,
des Kreiselpendels 15 mittels des Drehmotors 6 nachge
führt. Hierzu wird der Drehmotor 6 vom zentralen
Steuer- und Auswerteprozessor 39 entsprechend ange
steuert. Der Drehantrieb 6 bleibt so lange eingeschal
tet, bis der Lichtzeiger des opto-elektronischen Ab
griffes die Mittenstellung (Gerätenullmarke) erreicht
hat. Das Kreiselpendel 15 bewegt sich nun weiter in der
ungedämpften Drehschwingung. Um nunmehr die Ablage der
Gerätenullmarke von der tatsächlichen Nordrichtung zu
ermitteln, werden in drei aufeinander folgenden kurzen
Zeitintervallen DT1, DT2 und DT3 von beispielsweise
jeweils 1,5 Sekunden die in diesen Intervallen einge
nommenen durchschnittlichen Ablagewinkel α1, α2 und
α3 des Lichtzeigers von der Gerätenullmarke ermittelt.
Von den ermittelten Ablagewinkeln ermittelt der zentra
le Prozessor 39 dann den durchschnittlichen Ablagewin
kel α0 nach der FormelThe gyroscope according to the invention works as follows:
First, the gyro 16 of the still locked Krei selpendel 15 brought to the required speed. Then the locking of the gyroscope 15 is released by switching on the motor 29 and at the same time the main power supply of the gyroscope 16 is switched off. The current required to maintain the speed is now supplied more via the metal ribbon 34 ( FIG. 1) or the bat series 35 ( FIG. 2). To initiate the measurement process, the locking of the gyroscope 15 is released and the device housing 2 of the current rotational position, the gyroscope 15 by means of the rotary motor 6 leads. For this purpose, the rotary motor 6 is controlled accordingly by the central control and evaluation processor 39 . The rotary drive 6 remains switched on until the light pointer of the opto-electronic handle has reached the center position (device zero mark). The gyroscopic pendulum 15 now continues to move in the undamped torsional vibration. In order to determine the offset of the device zero mark from the actual north direction, the average offset angle α1, α2 and α3 of the light pointer from the device zero mark taken in these intervals in three successive short time intervals DT1, DT2 and DT3, for example 1.5 seconds each determined. From the determined filing angles, the central processor 39 then determines the average filing angle α0 according to the formula
α0 = 0,5·(α + a3) (1)α0 = 0.5 (α + a3) (1)
Danach ermittelt der zentrale Prozessor 39 die durchschnittliche Winkelgeschwindigkeit 0 nach den FormelnThe central processor 39 then determines the average angular velocity 0 according to the formulas
Schließlich ermittelt der Rechner noch die durchschnitt liche Winkelbeschleunigung nach der FormelFinally, the calculator determines the average angular acceleration according to the formula
Die mathematische Gleichung (8) zur Berechnung der exakten Nordablage aus den ermittelten Bewegungsgrößen erhält man aus der Bewegungsgleichung des Pendelkrei sels.The mathematical equation (8) for calculating the exact north offset from the determined movement quantities is obtained from the equation of motion of the pendulum circle sels.
Die Momentensumme um die α-Achse (vgl. Fig. 4) liefert:The sum of moments around the α-axis (see Fig. 4) provides:
Die Momentensumme um die β-Achse (vgl. Fig. 4) liefert:The total of moments around the β axis (see Fig. 4) provides:
Dabei bedeuten:Here mean:
Ms: Schweremoment des Kreiselpendels
H: Drehimpuls des Kreisels
Ix, Iz: statische Trägheitsmomente des Kreiselpendels
H²/Ms: dynamisches Trägheitsmoment des Kreisels
Dα, Dβ: Dämpfungskonstanten
Cb: Federkonstante des Tragebandes
We: Erddrehrate
B: geogr. Breite des MeßortesMs: gravity moment of the gyroscopic pendulum
H: angular momentum of the gyro
Ix, Iz: static moments of inertia of the gyroscopic pendulum
H² / Ms: dynamic moment of inertia of the gyro
Dα, Dβ: damping constants
Cb: spring constant of the lanyard
We: Earth rotation rate
B: geogr. Width of the measuring location
Die Normierung der Bewegungsgleichungen (6) und (7) und eine Umstellung liefert die Gleichung (8) zur Berech nung der Nordablage aus den Bewegungsgrößen:The normalization of the equations of motion ( 6 ) and ( 7 ) and a changeover provides equation (8) for calculating the north offset from the motion quantities:
Dabei bedeuten:Here mean:
NORD: Nordablage der Gerätenullmarke
Dz: Dämpfungskonstante
DKO: Kreiselrichtgröße am ÄquatorNORTH: North storage of the device zero mark
Dz: damping constant
DKO: Gyro standard at the equator
Der zentrale Prozessor 39 ermittelt nunmehr anhand die ser Gleichung den exakten Ablagewinkel der Gerätenull marke von der Nordrichtung. Falls die erste Messung bei noch völlig unbekannter Nordrichtung erfolgt sein soll te, ist der so errechnete Wert aufgrund der Sinusfunk tion noch mehrdeutig. Um die Messung in Bezug auf den Vollkreis der Windrose eindeutig zu machen, wird das Gerätegehäuse 2 mit Hilfe des Drehmotors 6 und ge steuert von dem zentralen Prozessor 39 um den bei der ersten Messung ermittelten Ablagewinkel in die vermute te Nordrichtung verdreht und in dieser Stellung eine zweite Messung vorgenommen. Liefert diese zweite Mes sung eine Nordablage, die betragsmäßig größer als die bei der ersten Messung ermittelte Nordablage ist, so wurde die erste Messung im zweiten oder dritten Qua dranten der Windrose durchgeführt. In diesem Fall wird das Gerätegehäuse um den WinkelThe central processor 39 now uses this equation to determine the exact placement angle of the device zero mark from the north direction. If the first measurement was made while the north direction was still completely unknown, the value calculated in this way is still ambiguous due to the sinus function. In order to make the measurement in relation to the full circle of the wind rose unambiguous, the device housing 2 is rotated with the help of the rotary motor 6 and controlled by the central processor 39 by the deposit angle determined in the first measurement in the presumed north direction and in this position one second measurement made. If this second measurement provides a north offset that is greater in magnitude than the north offset determined in the first measurement, the first measurement was carried out in the second or third quadrant of the compass rose. In this case, the device housing is turned by the angle
NORD = NORD (2) ± 180° nachgeführtNORD = NORD (2) tracked ± 180 °
und befindet sich dann in der richtigen Nordstellung. Bei besonders hohen Genauigkeitsanforderungen wird an schließend noch eine dritte Kreiselmessung durchgeführt und anschließend die gemessene restliche Nordablage nachgeführt oder auf den Displays 46 der Bedienkonsole 44 angezeigt. Durch diese dritte Messung werden etwaige Meßungenauigkeiten eliminiert, die beispielsweise durch Teilungsfehler am Nachführgetriebe auftreten können. Trotz der drei aufeinanderfolgenden Messungen nimmt der Meßvorgang insgesamt nicht mehr als eine Minute in An spruch.and is then in the correct north position. If the accuracy requirements are particularly high, a third gyro measurement is then carried out and the measured remaining north offset is then tracked or shown on the displays 46 of the control console 44 . This third measurement eliminates any measurement inaccuracies that can occur, for example, due to pitch errors on the tracking gear. Despite the three successive measurements, the measuring process takes no more than a minute in total.
Claims (8)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19914141034 DE4141034C2 (en) | 1991-12-12 | 1991-12-12 | Method and measuring gyrocompass for measuring the north shift |
| JP33156392A JP3387947B2 (en) | 1991-12-12 | 1992-12-11 | Fully automatic measuring gyro compass and method of measuring finger position deviation using the gyro compass |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19914141034 DE4141034C2 (en) | 1991-12-12 | 1991-12-12 | Method and measuring gyrocompass for measuring the north shift |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4141034A1 DE4141034A1 (en) | 1993-06-17 |
| DE4141034C2 true DE4141034C2 (en) | 1995-06-22 |
Family
ID=6446910
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19914141034 Expired - Lifetime DE4141034C2 (en) | 1991-12-12 | 1991-12-12 | Method and measuring gyrocompass for measuring the north shift |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3387947B2 (en) |
| DE (1) | DE4141034C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007050079B3 (en) * | 2007-10-19 | 2008-09-18 | Dmt Gmbh | Measurement gyroscope for measurement of north deflection, has sensors arranged in pendulum for measurement of state variables, and connected with micro-controller that is connected to processor and bi-directional transmission device |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108195365B (en) * | 2017-06-22 | 2023-12-08 | 中国航天标准化研究所 | Dynamic tuning gyroscope and angular position sensor thereof |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2734319C2 (en) * | 1977-07-29 | 1985-10-24 | Westfälische Berggewerkschaftskasse, 4630 Bochum | Surveying gyro compass |
| DE3131111C2 (en) * | 1981-08-06 | 1984-05-17 | Bodenseewerk Gerätetechnik GmbH, 7770 Überlingen | Gyro device for determining the north direction |
-
1991
- 1991-12-12 DE DE19914141034 patent/DE4141034C2/en not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-12-11 JP JP33156392A patent/JP3387947B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007050079B3 (en) * | 2007-10-19 | 2008-09-18 | Dmt Gmbh | Measurement gyroscope for measurement of north deflection, has sensors arranged in pendulum for measurement of state variables, and connected with micro-controller that is connected to processor and bi-directional transmission device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE4141034A1 (en) | 1993-06-17 |
| JPH05248871A (en) | 1993-09-28 |
| JP3387947B2 (en) | 2003-03-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE4007245C2 (en) | Device for centering a geodetic instrument over a defined point on the ground | |
| DE19950340B4 (en) | Method and device for measuring the course of a borehole | |
| EP0842393B1 (en) | Method of mutually aligning bodies and position-measuring sensor therefor | |
| EP2578992B1 (en) | Geographical azimuth determination referenced to north | |
| WO2006040315A1 (en) | Geodesic position determining system | |
| DE2836859A1 (en) | POSITION REGULATOR | |
| WO1991011684A9 (en) | CLINOMETER | |
| WO1991011684A1 (en) | Clinometer | |
| DE1294040B (en) | Facility for course determination | |
| DE3833203C1 (en) | Device for the numeric acquisition of coordinates for CAD systems | |
| DE4141034C2 (en) | Method and measuring gyrocompass for measuring the north shift | |
| DE4131673C2 (en) | Control device for a tunnel boring machine | |
| DE3045823C2 (en) | ||
| CH625338A5 (en) | ||
| DE1448598A1 (en) | Method and apparatus for registering the tide of the earth | |
| EP0250608B1 (en) | Method and device for azimuth determination using a strap-down gyro | |
| DE19814149A1 (en) | Dual axis laser measurement arrangement for determining and indicating working planes for construction, e.g. for controlling earth moving machines | |
| CH580274A5 (en) | Remotely controlled target marker - has bearing stud supported in ball bearing and needle bearing | |
| DE3029888C2 (en) | ||
| DE3135225C2 (en) | ||
| EP3420310B1 (en) | Tape-suspended fully mechanical meridian gyroscope | |
| DE195466C (en) | ||
| DE2734319A1 (en) | Gyroscope surveying compass - includes internally suspended package and optically linked read=out | |
| DE426696C (en) | Gyroscope with a display device for measuring the inclination of an aircraft | |
| DE1498042C (en) | Gyro assembly for vehicles |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8363 | Opposition against the patent | ||
| 8365 | Fully valid after opposition proceedings | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DMT GMBH, 45307 ESSEN, DE |
|
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DMT GMBH & CO. KG, 45307 ESSEN, DE |
|
| R071 | Expiry of right | ||
| R071 | Expiry of right |