DE4438557A1

DE4438557A1 - Vorrichtung zur Messung von Neigungswinkeln

Info

Publication number: DE4438557A1
Application number: DE19944438557
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Ing Schulz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-10-28
Filing date: 1994-10-28
Publication date: 1996-05-02

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung von Neigungswinkeln nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Bestimmung des Neigungswinkels im Bauwesen oder im Maschinenbau erfolgt meist mit "Wasserwaagen". Hierbei wird die Lage einer Gasblase in einem gekrümmten und teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllten Glas- oder Kunststoffbehälter beobachtet. Diese "Wasserwaagen" ermöglichen die Kontrolle einer Horizontal- oder Vertikallage. Sie ermöglicht jedoch keine exakte Angabe über Abweichungen von diesen Lagen oder die Größe eines Gefälles.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Neigungswinkelmesser so auszuführen, daß der Neigungswinkel direkt in digitaler Form angezeigt wird, wobei dieses Gerät mit einer Batterie betrieben werden kann, damit sein Einsatz unabhängig vom Stromnetz ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Winkellage einer Flüssigkeit (4) in Bezug auf den die Flüssig keit (4) beinhaltenden Behälter mit einer Mehrfachlichtschran ke (5, 6) erfaßt wird, deren Signale von einer Elektronik (7, 8, 9) ausgewertet und einer Digitalanzeige (2) zugeführt werden.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt des Gerätes. In das Gehäuse (1), das vorzugsweise aus einem Aluminiumprofil gestaltet ist, ist eine Digitalanzeige (2) eingesetzt. Der Flüssigkeitsbe hälter (3) ist teilweise mit einer Flüssigkeit (4) gefüllt, die hochviskos ist, weshalb Öl gut geeignet ist. Fig. 2 zeigt einen Querschnitt des Meßsystems. Die von einer Lichtquelle (6), vorzugsweise einer Infrarotdiode, abgegebene Strahlung durchläuft den Flüssigkeitsbehälter (3) und trifft auf die Fotodetektoren (5), wobei vorzugsweise zwei Detektoren (5a, b) nebeneinander angeordnet sind. Dabei wird die Strahlung in dem Teilbereich, der durch die Flüssigkeit (4) fällt, weniger ab geschwächt als in dem mit Luft gefüllten Teilbereich.

Dies ergibt sich aus dem geringeren Lichtverlust durch Reflexionen an den Übergängen zwischen den verschiedenen Materialien. Bei horizontaler Lage des Neigungswinkelmessers fällt auf beide Fotodetektoren (5a, b) die gleiche Licht leistung. Bei Schräglage des Gehäuses (1) bleibt der Flüssigkeitsspiegel horizontal, es fallen dann jedoch unter schiedliche Lichtleistungen auf die beiden Fotodetektoren (5a, b). Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild der Signalverarbeitung. Die von den Fotodetektoren 5a, b abgegebenen Ströme werden mittels der Verstärker (7a, b) in Spannungen umgesetzt. Das in dem Differenzverstärker (8) gebildete Ausgangssignal wird der Digitalanzeige (2) zugeführt. Die von den Verstärkern (7a, b) erzeugten Spannungen werden ferner einem Integrator (9) zuge führt, mit dessen Ausgangsstrom die Lichtquelle (6) betrieben wird. Dem Integrator (9) wird ferner ein Strom zugeführt, der aus der Referenzspannung der Digitalanzeige (2) abgeleitet wird. Der Integrator (9) wird auf diese Weise zum Regler, der die Summe der Fotoströme auf einen konstanten Wert regelt, so daß das Meßergebnis unabhängig von der Temperatur wird, die andern falls wegen der Driften der Fotobauteile (5, 6) einen Einfluß hätte.

Erfindungsgemäß wird ferner vorgeschlagen, den teilweise ge füllten Behälter (3) als plane Küvette mit kreisförmigem Quer schnitt auszuführen. Bei Neigung oder Drehung um 90° des Gerätes bleibt der Flüssigkeitsspiegel immer in gleicher Höhe. Als Flüssigkeit wird eine solche mit hoher Viskosität, z. B. Öl, verwandt. Zur Messung von Neigungen gegen die Horizontale und die Vertikale werden statt der zwei Fotodetektoren entweder drei in einem Dreieck oder vier in einem Viereck angeordnete Fotodetektoren (5a, b, c) eingesetzt, wie in Fig. 3 dargestellt, wobei in der Signalverarbeitung auf die jeweils vom Flüssigkeits spiegel getroffenen Fotodetektoren (5b, c) geschaltet wird.

Bei der Messung der Winkellage eines sich bewegenden Objektes ergibt sich die Schwierigkeit, daß Beschleunigungskräfte auf die Flüssigkeit (4) einwirken und die Winkellage verändert wird.

Um auch bei diesen Bedingungen messen zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Küvette (3) als Doppel küvette auszubilden und die beiden Küvetten durch einen schmalen Kanal zu verbinden, wie in Fig. 5 dargestellt. Durch den Kanal (10) kann ein Flüssigkeitsausgleich nur langsam erfolgen. Dadurch kann eine sich nur langsam ändernde Winkellage auch bei kurzzeitigen und variierenden Beschleunigungen gemessen werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Messung von Neigungswinkeln, wobei die Lage einer Luftblase in einem teilweise mit Flüssigkeit (4) gefüllten Behälter (3) erfaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkellage der Flüssigkeit mit einer Mehrfach lichtschranke (5, 6) bestimmt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (3) als geschlossene Küvette ausge bildet ist und etwa zur Hälfte mit Flüssigkeit gefüllt ist.

3. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Küvette (3) kreisförmig gestaltet ist.

4. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigkeit (4) Öl verwendet wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Küvette (3) als Doppelküvette mit schmalem Verbindungskanal ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtschranke aus einer Lichtquelle (6) und zwei Fotodetektoren (5a, 5b) besteht, die so angeordnet sind, daß die Grenzlinie zwischen Flüssigkeit (4) und Luft auf gleicher Höhe liegt wie die Verbindungslinie von Mitte der Lichtquelle (6) zur Mitte der beiden Fotodetektoren (5a, 5b).

7. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle (6) eine Infrarotdiode eingesetzt wird.

8. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Fotodetektoren (5a, 5b) abgegebenen Ströme in den Verstärkern (7a, 7b) in Spannungssignale umgesetzt werden, deren Differenz in Verstärker (8) gebildet und der Digitalanzeige (2) zugeführt wird, und daß ferner die von den Verstärkern (7a, 7b) abge gebenen Spannungssignale einem Integrator (9) zugeführt werden, mit dessen Ausgangsstrom die Lichtquelle (6) gespeist wird, wobei zur Regelung eine aus der Digital anzeige (2) abgeleitete Referenzspannung zusätzlich auf den Integrator eingespeist wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung von Neigungswinkeln gegen die Horizon tale und die Vertikale drei in einem Dreieck oder vier in einem Quadrat angeordnete Fotodetektoren (5) eingesetzt werden.