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Diese Erfindung betrifft einen Zusammenbau von
Beschleunigungsmeßaufnehmern zur Verwendung in einem Meßsystem für
dreidimensionale Bewegungen eines festen Körpers, wobei die
Beschleunigungsmeßaufnehmer mit dem festen Körper in einer räumlichen Anordnung in
bezug auf ein imaginäres rechtwinkliges Koordinatensystem verbunden
sind.
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Im allgemeinen ist die Ballistometrie eine Sammlung von
Verfahren und Algorithmen, die zur Rekonstruktion der Bewegung eines
frei schwebenden Körpers aus aufgezeichneten Messungen dienen. Dazu
gehört die Rekonstruktion des Verhaltens von Satelliten aus
Messungen an Bord, jedoch auch die Verfolgung von Bewegungen eines festen
Körpers mit einer beliebigen aus einer Vielzahl von Verfahren. Zu
diesen Verfahren kkönnen auch die Verwendung von optischen
Sensoren, Gyroskopen, Beschleunigungsmeßaufnehmern oder die
kinematografische oder fotograrnmetrische Beobchtung der Position und des
Verhaltens eines festen Körpers gehören.
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Es gibt mehrere Gründe, um sich für die Verwendung von
Beschleunigungsmeßaufnehmern zu entscheiden, von denen einer ist, daß
Beschleunigungsmeßaufnehmer und deren zugehörige Elektronik die
geringste Masse und das geringste Volumen erfordern. Diese Faktoren
wiegen schwer bei Raumforschungsprogrammen, einem der möglichen
Anwendungsbereiche dieser Erfindung.
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Die Bewegung eines festen Körpers läßt sich stets zerlegen in
eine lineare und eine Winkelgeschwindigkeit. Die kinematischen
Vavariablen erscheinen als Parameter bei der Darstellung des
Beschleunigungsbereiches, das sich auf den festen Körper bezieht. Die
Anzahl der eingesetzten Beschleunigungsmeßaufnehmer, ihr Lageort an
dem festen Körper und die relative Positionierung ihrer jeweiligen
Meßaufnahmeachsen in dem Beschleunigungsbereich bestimmen die sich
ergebende Anzahl und den sich ergebenden Wert der kinematischen
Parameter wie auch die Berechnungen, die zur Rekonstruktion der
Bewegung des festen Körpers notwendig sind.
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Die Ballistometrie nach dem Stande der Technik konzentriert
sich auf die Anzahl der Beschleunigungsmeßaufnehmer und die
relative Positionierung ihrer Meßaufnahmeachsen. In dieser Hinsicht ist
allgemein bekannt, daß mindestens sechs lineare
Beschleunigungsmeßaufnehmer
für eine vollständige Bestimmung der kinematischen
Variablen eines festen Körpers erforderlich sind. Fünflineare
Beschleunigungsmeßaufnehmer sind notwendig, um alle drei Komponenten
der Winkelbeschleunigung um die körpergebundenen Achsen des
Beschleunigungsbereiches eines festen Körpers herum zu berechnen. Ein
sechster Beschleunigungsmeßaufnehmer wird benötigt, um alle drei
Komponenten der linearen Beschleunigung zur vollständigen
Bestimmung der Bewegung eines starren Körpers zu liefern.
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Die Berechnung der Winkelbeschleunigung eines festen Körpers
aus den gemessenen linearen Beschleunigungen ist ein relativ
einfacher Prozeß, der sich auf wohlbekannte kinematische Prinzipien
gründet. Die Bestimmung der ungeregelten Bewegung mit sechs
Sensoren schließt auch die (numerische) Integration oder Differentiation
ein. Auf Grund von Fehlern bei den Messungen führen diese
stufenweise Integrations- oder Differentiationsverfahren zu einer
Ansammlung von Fehlern. Diese Probleme werden beschrieben von
PADGOANKER et al. in "Measurement of Angular Acceleration of a
Rigid Body Using Linear Accelerometers": (in Journal of Applied
Mechanics, September 1975, Seite 552 - 556). Zur Lösung dieser
Probleme führen Padgoanker et al. den Gebrauch von neun
Beschleunigungsmeßaufnehmern anstelle von sechs ein, positionieren diese in
einer vorbestimmten räumlichen Anordnung, wobei ihre
Meßaufnahmeachsen so gerichtet sind, daß mit relativ einfachen Berechnungen an
den Ausgangswerten des Beschleunigungsmeßaufnehmers die lineare und
die Winkelbeschleunigungskomponente der Bewegung eines festen
Körpers, an dem die Beschleunigungsmeßaufnehmer befestigt sind,
bestimmt werden können. Insbesondere umfaßt die Anordnung nach dem
Stande der Technik neun Beschleunigungsmeßaufnehmer, von denen drei
im Ursprung eines imaginären rechtwinkligen Koordinatensystems
angeordnet sind, das in bezug auf den festen Körper befestigt ist,
dessen Bewegungen gemessen werden. Die Meßaufnahmeachse dieser drei
Beschleunigungsmeßaufnehmer sind jeweils ausgerichtet in der
Richtung der X-, der Y- und der Z-Achse des Koordinatensystems. Diese
Anordnung mit neun Beschleunigungsmeßaufnehmern nach dem Stande der
Technik umfaßt weiterhin eine Gruppe von zwei
Beschleunigungsmeßaufnehmern an jeder der rechtwinkligen Achsen des
Koordinatensystems
in einem vorbestimmten Abstand von dem Ursprung, Die
Meßaufnahmeachsen der beiden auf der X-Achse des Koordinatensystems
positionierten Beschleunigungsmeßaufnehmer sind jeweils parallel zu
der Y-Achse und parallel zu der Z-Achse ausgerichtet. Die
Meßaufnahmeachsen der beiden auf der Y-Achse des Koordinatensystems
positionierten Beschleunigungsmeßaufnehmer sind jeweils parallel zu der
X-Achse und parallel zu der Z-Achse ausgerichtet. Die
Meßaufnahmeachsen der beiden auf der Z-Achse des Koordinatensystems
positionierten Beschleunigungsmeßaufnehmer sind jeweils parallel zu der X-
Achse und parallel zu der Y-Achse ausgerichtet.
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Die Umdrehung eines festen Körpers kann zu Problemen führen,
wenn die Umdrehung dreidimensional ist, und es treten Fehler an der
gemessenen linearen Beschleunigung auf. Wie ober erläutert, können
Meßfehler zu einer Ansammlung von Fehlern führen, wenn stufenweise
(numerische) Berechnungen erfolgen. MITAL et al. stellen in
"Computation of Rigid-Body Rotation in Three-Dimensional Space From
Body-Fixed Linear Acceleration Measurements" (in Journal of Applied
Mechanics, Bd. 46, Dezember 1979, Seite 925 - 930) ein Verfahren
vor, mit dem eine rechtwinklige Transformationsmatrix geschaffen
wird, die nur dann ausgewertet zu werden braucht, wenn ein
Positionsvektor von dem am Körper befestigten Rahmen auf den inaktiv
befestigten Bezugsrahmen transformiert werden soll.
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Es wird nunmehr deutlich, daß eine Anordnung aus neun Sensoren
eine direkte Bestimmung der linearen Beschleunigung (a) des
Ursprungs 0 des Beschleunigungsbereiches des festen Körpers
sowie der Winkelgeschwindigkeit (ω) und der Winkelbeschleunigung (ω)
durch algebraische Operationen an den Ausgabewerten der
Beschleunigungsmeßaufnehmer ermöglicht. Dies ist eine stabile Berechnung,
die Raum läßt für die zusätzliche Ermittlung von Parameterwerten
aus dem Vergleich der Winkelgeschwindigkeit und der
Winkelbeschleunigung durch Berechnung und Messung.
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Diese Anordnung aus neun Sensoren gemäß dem Stande der Technik
weist jedoch drei Beschleunigungsmeßaufnehmer in dem Ursprung eines
imaginären rechtwinkligen Koordinatensystems auf, das in bezug auf
den festen Körper befestigt ist, dessen Bewegungen gemessen werden
sollen. Bei keiner Bewegung des Schwerpunktes des festen Körpers
wird klar, daß der Ursprung des Koordinatensystems in diesem Falle
in den Schwerpunkt des festen Körpers gelegt werden sollte und die
messung der Winkelgeschwindigkeit mit drei Sensoren möglich ist.
Gewöhnlich zeigt ein frei schwebender fester Körper nur geringe
Wanderungen in dem Zentrum des Massenlagepunktes, und deshalb ist
es von Vorteil, wenn der Ursprung 0 des Koordinatensystems nahe an
dem annähernden Zentrum des Massenlagepunktes liegt. Dieser
Lagepunkt ist jedoch im allgemeinen mittig in dem festen Körper
angeordnet, an dem die Sensoren befestigt sind, und ist unzugänglich.
Diese Umstände machen es wünschenswert, eine Anordnung zu schaffen,
die keine Sensoren in dem Ursprung des Koordinatensystems
aufweisen. Keine der Anordnungen in der angeführten Literatur erfüllt
diese Anforderung.
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Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
ebene, aus neun Sensoren bestehende Anordnung ohne Sensoren in dem
Ursprung des rechtwinkligen Koordinatensystem zu schaffen, wobei
die Anordnung mit den zugehörigen Berechnungen an den Ausgabewerten
der Beschleunigungsmeßaufnehmer zu einer genauen Bestimmung der
Bewegung eines festen Körpers führt.
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Weiterhin ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die
mühevolle Praxis zu beseitigen, daß jeder
Beschleunigungsmeßaufnehmer einzeln an dem festen Körper angebracht wird, wobei deren
Meßaufnahmeachsen ausgerichtet werden und die gesamte Anordnung des
festen Körpers geeicht wird.
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Entsprechend diesen Aufgaben wird durch die Erfindung eine
Anordnung von Beschleunigungsmeßaufnehmern zur Verwendung in einem
Meßsystem für die dreidimensionalen Bewegungen eines festen Körpers
geschaffen, umfassend neun lineare Beschleunigungsmeßaufnehmer, die
mit dem festen Körper in einer räumlichen Anordnung in bezug auf
ein imaginäres rechtwinkliges Koordinatensystem verbunden sind,
wobei in einer ersten Position auf der X-Achse des Koordinatensystems
in einem vorbestimmten Abstand von dem Ursprung ein erster und ein
zweiter Beschleunigungsmeßaufnehmer installiert sind, wobei die
Meßaufnahmerichtung des ersten Beschleunigungsmeßaufnehmers
parallel zu der Y-Achse liegt und die Meßaufnahmerichtung des zweiten
Beschleunigungsmeßaufnehmers parallel zu der Z-Achse liegt, in
einer zweiten Position auf der Y-Achse des Koordinatensystems in
einem vorbestimmten Abstand von dem Ursprung ein dritter und ein
vierter Beschleunigungsmeßaufnehmer installiert sind, wobei die
Meßaufnahmerichtung des dritten Beschleunigungsmeßaufnehmers
parallel zu der X-Achse liegt und die Meßaufnahmerichtung des vierten
Beschleunigungsmeßaufnehmers parallel zu der Z-Achse liegt, und in
einer dritten Position auf der Z-Achse des Koordinatensystems in
einem vorbestimmten Abstand von dem Ursprung ein fünfter und ein
sechster Beschleunigungsmeßaufnehmer installiert sind, wobei die
Meßaufnahmerichtung des fünften Beschleunigungsmeßaufnehmers
parallel zu der X-Achse liegt und die Meßaufnahmerichtung des sechsten
Beschleunigungsmeßaufnehmers parallel zu der Y-Achse liegt, dadurch
gekennzeichnet, daß ein siebenter Beschleunigungsmeßaufnehmer in
einer vierten Position auf halbem Wege an der Kante zwischen der
ersten und der zweiten Position installiert ist, wobei die
Meßaufnahmeachse des siebenten Beschleunigungsmeßaufnehmers zusammenfällt
mit einer durch die vierte Position und den Ursprung des
Koordinatensystems verlaufenden Linie, ein achter
Bescheunigungsmeßaufnehmer in einer fünften Position auf halbem Wege an der Kante zwischen
der zweiten und der dritten Position installiert ist, wobei die
Meßaufnahmeachse des achten Beschleunigungsmeßaufnehmers
zusammenfällt mit einer durch die achte Position und den Ursprung des
Koordinatensystems verlaufenden Linie, und ein neunter
Beschleunigungsmeßaufnehmer in einer sechstenPosition auf halbem Wege an der Kante
zwischen der dritten und der ersten Position installiert ist, wobei
die Meßaufnahraeachse des neuten Beschleunigungsmeßaufnehmers
zusammenfällt mit einer durch die sechste Position und den Ursprung des
Koordinatensystems verlaufenden Linie.
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Die neun Beschleunigungsmeßaufnehmer werden bevorzugt an einem
Rahmen in Form einer flachen, dreieckigen Bodenplatte in einer
Anordnung befestigt, durch die zwei Beschleunigungsmeßaufnehmer an
einem Ende von jeder seiner Kanten und ein
Beschleunigungsmeßaufnehmer auf halbem Wege an jeder seiner Kanten angeordnet werden.
Noch mehr bevorzugt besteht die dreieckige Bodenplatte aus drei
langgestreckten Unteranordnungen, deren Länge der Länge einer Kante
des Gehäuses entspricht, wobei jede Unteranordnung zwei
Beschleunigungsmeßaufnebmer
an einem Ende und einen
Beschleunigungsmeßaufnehmer auf halbem Wege zwischen beiden Enden aufweist.
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Figur 1 veranschaulicht die relative geometrische
Positionierung der neun Beschleunigungsmeßaufnehmer in der Sensoranordnung
gemäß der Erfindung.
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Figur 2 veranschaulicht in Form eines Blockschaltbildes die
Verbindung zwischen den Beschleunigungsmeßaufnehmern und den
elektronischen Konditionskreisen und zwischen den Kreisen und einem
Computer, in dem Berechnungen an den von den
Beschleunigungsmeßaufnehmern gelieferten Daten erfolgen.
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Figur 3 veranschaulicht eine mögliche praktische
Ausführungsform der Sensoranordnung gernäß der Erfindung.
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Figur 4 veranschaulicht eine weitere praktische
Ausführungsform einer Sensoranordnung gemäß der Erfindung.
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Figur 5 veranschaulicht eine bevorzugte Ausführungsform einer
Sensoranordnung gemäß der Erfindung.
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Figur 6 veranschaulicht ein Anwendung der Sensoranordnung an
einem Raumschiff.
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Figur 7 veranschaulicht eine bevorzugte Ausführungsform der
Anordnung gemäß der Erfindung.
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Figur 1 veranschaulicht schematisch ein rechtwinkliges
Bezugskoordinatensystem mit dem Ursprung 0 und den drei rechtwinkligen
Achsen X, Y und Z. An der Position X1 auf der X-Achse sind in einem
vorbestimmten Abstand von dem Ursprung 0 zwei
Beschlenigungsmeßaufnehmer 1 und 2 angeordnet. An einer Position Y1 auf der Y-Achse
sind in einem vorbestimmten Abstand von dem Ursprung 0 zwei
Beschleunigungsmeßaufnehmer 3 und 4 installiert. Zwei weitere
Beschleunigungsmeßaufnehmer 5 und 6 sind an der Position Z1
angeordnet, die den gleichen vorbestimmten Abstand von dem Ursprung 0
aufweist. Ein weiterer Beschleunigungsmeßaufnehmer 7 ist auf halbem
Wege an der Kante Z1Z1 zwischen den Positionen X1 und Z1
installiert, und ein weiterer Beschleunigungsmeßaufnehmer 8 ist auf
halbem Wege an der Kante Y1Z1 zwischen den Positionen Y1 und Z1 in
stalliert, und ein weiterer Beschleunigungsmeßaufnehmer 9 ist auf
halbem Wege an dem Scheitelpunkt X1Y1 zwischen den Positionen X1
und Y1 installiert. Es ist anzumerken, daß die
Beschleunigungsmeßaufnehmer
in Figur 1 nicht als solche dargestellt sind und nur die
Meßaufnahmeachsen der verschiedenen Beschleunigungsmeßaufnehmer an
Hand von dargestellten Pfeilen angegeben sind. Insbesondere liegt
die Meßaufnahmerichtung der Beschleunigungsmeßaufnehmer 3 und 6
senkrecht zu der X-Achse, die Meßaufnahmerichtung der
Beschleunigungsmeßaufnehmer 1 und 5 liegt parallel zu der Y-Achse und die
Meßaufnahmerichtung der Beschleunigungs-meßaufnehmer 2 und 4 liegt
parallel zu der Z-Achse. Weiterhin fällt die Meßaufnahmerichtung
des Beschleunigungsmeßaufnehmers 7 zusammen mit einer durch den
Ursprung 0 verlaufenden Linie, und gleiches gilt für die
Meßaufnahmerichtungen der beiden weiteren Beschleunigungsmeßaufnehmer 8
und 9.
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Die Positionen X1, Y1 und Z1 weisen bevorzugt gleiche Abstände
zu dem Ursprung 0 auf, obwohl dies an sich nicht notwendig ist. In
diesem Falle bilden die Positionen X1, Y1 und Z1 zusammen mit dem
Ursprung 0 ein symmetrisches Tetraeder.
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Mit dieser Anordnung aus neun Beschleunigungsmeßaufnehmern wird
es möglich, die Bewegung des Ursprungs 0 auf eine sehr genaue Weise
zu berechnen. Die Ausgangswerte von den
Beschleunigungsmeßaufnehmern 4, 5 und 8 an der Kante Y1Z1 sind gegeben durch:
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U&sub4; + U&sub5; = a&sub1; + a&sub2; + r 2ω&sub1;ω&sub2; ω
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U&sub4; - U&sub5; = a&sub1; + a&sub2; + r 2ω&sub3;
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2 2 (U&sub4; + U&sub5;) - 4U&sub8; = r {(ω) + ω&sub2;)² + 2ω&sub3;²}
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Ähnliche Ausdrücke gelten für die Ausgangswerte der anderen Kanten.
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Die relative geometrische Anordnung der Meßaufnahmeachsen der
9 Beschleunigungsmeßaufnehmer ohne alle Beschleunigungsmeßaufnehmer
in dem Ursprung des Koordinatensystems führt zu einer genauen
Rekonstruktion der Bewegung eines festen Körpers. Die physische
Anordnung gemäß dieser Erfindung macht ein voreichbares, bordfestes
Ballistometer möglich, das leicht herzustellen und leicht zu
installieren ist und in Kombination mit einem geeigneten Prozessor
genau die Bewegung eines festen Körpers rekonstruiert. Nunmehr
werden die Vorteile der Anordnung ohne Sensoren an dem Ursprung
deutlicher sichtbar. Der Ursprung des Koordinatensystems kann jetzt in
den Schwerpunkt des festen Körpers gelegt werden, dessen Bewegung
gemessen werden, soll, da dies keine physische Anordnung erfordert,
sondern lediglich eine Projektion.
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Die elektronischen Kreise zur Verarbeitung der von den
verschiedenen Beschleunigungsmeßaufnehmern empfangenen elektrischen
Signale sowie der Prozessor, der dazu dient, die notwendigen
Berechnungen an den gewonnen Daten in Übereinstimmung mit den oben
dargestellten Gleichungen vorzunehmen, sind schematisch in Figur 2
dargestellt. Wie aus Figur 2 hervorgeht, sind die
Beschleunigungsmeßaufnehmer in Gruppen von drei mit den verschiedenen
Konditionskreisen verbunden.
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Die Beschleunigungsmeßaufnehmer 1, 2, 9 sind mit dem Kreis 10
verbunden, die Beschleunigungsmeßaufnehmer 3, 4 und 8 sind mit dem
Kreis 11 verbunden, und die Beschlenigungmeßaufnehmer 5, 6, 7 sind
mit dem Kreis 12 verbunden. Jeder der Konditionskreise 10, 11 und
12 empfängt die elektronischen Signale von den angeschlossenen
Beschleunigungsmeßaufnehmern, verstäkt und formt die Signale bei
Bedarf und wandelt die Signale in Digitalwerte um, die sich zur
Verarbeitung mit einem digitalen Prozessor oder Computer 13 eignen.
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Der Prozessor 13 tastet die Digitalwerte am Ausgang der
verschiedenen Kreise 10, 11 und 12 ab und führt die notwendigen
Berechungen gemäß den oben angegebenen Gleichungen aus, um die
gewünschte Bewegung zu ermitteln, und gibt an, welche an dem Ausgang
14 des Prozessors 13 zur Verfügung steht. Die aktuelle
Ausführungsform der Kreise 10, 11 und 12 gilt als dem Fachmann in diesem
Bereich bekannt, und gleiches gilt für die Funktionsweise und
Ausführungsform des Prozessors 13. Es wird daher für überflüssig
erachtet, weitere Einzelheiten zu diesen Kreisen 10, 11, 12 und 13
anzugeben.
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Die Ergebnisse der von dem Prozessor 13 ausgeführten
Berechnungen, die an dem Ausgang 14 dieses Prozessors 13 zur Verfügung
stehen, können zum Beispiel in einem Speicher gespeichert werden
oder zum Beispiel über einen telemetrischen Kommunikationsweg zu
einem Empfänger geleitet werden.
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Da die neun Beschleunigungsmeßaufnehmer 1......9 physisch in
einer ebenen Anordnung in einer Ebene angeordnet sind, die von den
drei Punkten X1, Y1 und Z1 bestimmt werden, kann sehr schematisch
ein ebenes Gehäuse verwendet werden, um die neun
Beschleunigungsmeßaufnehmer unterzubringen. Ein Beispiel für ein solches Gehäuse
ist in Figur 3 veranschaulicht. Figur 3 stellt schematisch eine
ebene, dreieckige Bodenplatte 20 dar, auf der die verschiedenen
Beschleunigungsmeßaufnehmer 1.....9 befestigt sind. An jeder Ecke der
Bodenplatte 20 ist eine Gruupe von zwei
Beschleunigungsmeßaufnehmern (1, 2) (3, 4) und (5, 6) installiert, während auf halbem Wege
an den Kanten zwischen den drei Scheitelpunkten die weiteren
Beschleunigungsmeßaufnehmer 7, 8 und 9 installiert sind.
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Die Installation jedes Beschleunigungsmeßaufnehmers ist eine
Sache der physischen Befestigung des Beschleunigungsmeßaufnehmers
an der bevorzugten Position in der zweidimensionalen Ebene und des
zusätzlichen Ausrichtens der Meßaufnahmeachse des
Beschleunigungsmeßaufnehmers in der richtigen Richtung. Ist die physische Position
des Beschleunigungsmeßaufnehmers tatsächlich richtig, die
Ausrichtung der Meßaufnahmeachse jedoch falsch, erbringt die ganze
Sensoranordnung unrichtige Werte.
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Der freie Raum in der Mitte der Bodenplatte 20 kann benutzt
werden, um ein Gehäuse 21 vorzusehen, in dem die Konditionskreise
10, 11 und 12 sowie der Prozessor 13 untergebracht werden. Der
Klarheit halber sind die Leitungen, die von den verschiedenen
Beschleunigungsmeßaufnehmern zu dem Gehäuse 21 verlaufen, in Figur 3
nicht dargestellt.
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Um die Genauigkeit im allgemeinen zu erhöhen, müssen die
Kanten der dreieckigen Bodenplatte 20 unter den Umständen, unter denen
die Anordnung benutzt werden soll, so groß wie möglich gewählt
werden. Das führt dazu, daß eine relativ große Bodenplatte 20
verwendet werden muß, was in vielen Fällen auf Einwände stößt.
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Figur 4 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der
Bodenplatte 20', mit der zumindest ein Teil dieser Probleme vermieden
wird. Bei dieser Ausführungsform ist der Steuerungsbereich der
Bodenplatte 20' offen und schafft Raum für Teile des Körpers, an dem
die Bewegungen gemessen werden sollen. In Figur 4 sind nur die
Beschleunigungsmeßaufnehmer 1....9 dargestellt. Es ist
offensichtlich, daß die Konditionselektronik und der Mikroprozessor irgendwo
anders an dem festen Körper installliert werden können, dessen
Bewegung gemessen werden soll, wobei Leitungen von den verschiedenen
beschleunigungsmeßaufnehmern in einer Weise, die in Figur 4 nicht
dargestellt ist, zu der Konditionselektronik laufen.
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Durch die Unterteilung der Bodenplatte 20' in drei getrennte
Träger, die miteinander zusammengepaßt werden können, kommt die in
Figur 3 dargestellte Ausführungsform zustande. Bei dieser
Ausführungsform umfaßt das Gehäuse drei Träger 20a, 20b, 20b, auf denen
je drei Beschleunigungsmeßaufnehmer angeordnet sind, zwei gelagert
an einem Ende des jeweiligen Trägers und einer installiert auf
halbem Wege auf dem jeweiligen Träger. Die verschiedenen
Beschleunigungsmeßaufnehmer sind mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet,
wie sie in Figur 4 verwendet werden. Vorzugsweise ist an jedem der
Träger 20a, 20b und 20c weiterhin ein Teil der elektronischen
Kreise angeordnet, die zur Verstärkung und Formung der Signale
notwendig sind, die die an dem gleichen Träger angebrachten
Beschleunigungsmeßaufnehmer liefern. Auf diese Weise führt die Aufteilung der
Bodenplatte in drei Träger zu drei identischen Unteranordnungen.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß jede der
Unteranordnungen vorgefertigt, voreingestellt und vorgetestet werden kann, bevor
die Anordnung als ganzes an dem Körper installiert wird, dessen
Bewegungwn gemessen werden sollen.
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Die Gestalt der in Figur 2 veranschaulichten elektronischen
Kreise wurde entwickelt auf der Basis der Ausführungsform in
Figur 3 Durch einen Vergleich zwischen den Figuren 2 und 5 wird
deutlich, daß das Gehäuse 22a die Elektronikkreise 10 enthalten kann,
das Gehäuse 22b die Elektronikkreise 11 enthalten kann und das
Gehäuse 22c die Elektronikkreise 12 enthalten kann.
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Jeder der Träger 20a, 20b und 20c kann, obwohl dies in Figur 5
nicht zu sehen ist, Befestigungseinrichtungen aufweisen, um die
Träger miteinander zu einer Anordnung der in Figur 4 dargestellten
Art zusammenzufügen. Wenn jedoch die Ausrichtung der verschiedenen
Träger an dem Körper, an dem die Beschleunigungsmeßaufnehmer
angebracht werden sollen, Probleme bringt oder auf eine andere Weise
gestaltet werden muß, dann könnten die Träger 20a, 20b und 20c
tatsächlich kürzer ausgeführt werden, so daß gerade noch genug
Freiraum
bleibt, um, die verschiedenen Sensoren und deren elektronische
Kreise unterzubringen.
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Es ist zu anzumerken, daß der Begriff "Träger" im Rahmen
dieser Beschreibung verstanden werden sollte als ein Stück Material,
mit dem die daran zu befestigenden Sensoren an den vorgeschriebenen
Stellen genau zueinander positioniert werden und in der richtigen
Richtung ausgerichtet werden können, so daß ihre Meßaufnahmeachsen
in die vorgeschriebene Richtung zeigen. Es ist daher unnötig, daß
der Träger ein langgestrecktes, flaches Stück Metall ist. Der
Träger kann auch in anderen Formen ausgeführt werden.
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Schließlich veranschaulicht Figur 6 ein Einsatzgebiet der aus
neun Sensoren bestehenden Anordnung an einem Raumschiff. Das
Raumschiff ist als ganzes mit der Bezugsziffer 30 bezeichnet und umfaßt
einen Hauptkörper 31 und zwei Solarzellenplatten 32 und 33. Die
tatsächliche Form des Raumschiffs ist jedoch überhaupt nicht
wichtig. Auf einer Seite des Hauptkörpers 31 ist die dreieckige
Anordnung von neun Beschleunigungsmeßaufnehmern installiert, die als
ganzes mit der Bezugsziffer 34 bezeichnet ist. Vorzugsweise ist die
Anordnung der Beschleunigungsmeßaufnehmer so ausgelegt, daß der
Ursprung 0 des rechtwinkligen Koordinatensystems, für das die
Anordnung der Beschleunigungsmeßaufnehmer ausgelegt ist,
zusammenfällt mit dem Schwerpunkt des Raumschiffs 30.
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In Figur 7 ist eine Ansicht von oben auf eine bevorzugte
Ausführungsform der Anordnung der Beschleunigungsmeßaufnehmer zu
sehen. Die neun Beschleunigungsmeßaufnehmer sind mit den
Bezugsziffern 41....49 bezeichnet. Die Beschleunigungsmeßaufnehmer als
solche gelten als dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt und brauchen
nicht weiter erläutert zu werden. Jeder Beschleunigungsmeßaufnehmer
hat die Form einer rechteckigen Schachtel mit hervorstehenden
Befestigungskonsolen an zwei entgegengesetzten Seiten, mit denen die
Beschleunigungsmeßaufnehmer an dem dreieckigen Rahmen 50 befestigt
sind. In dem mittigen Freiraum des dreieckigen Rahmens sind die
Koordinatenachsen X, Y und Z des imaginären rechtwinkligen
Koordinatensystems sowie der Ursprung 0 desselben schematisch angegeben.
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Der dreieckige Rahmen 50 umfaßt drei Schenkel oder Träger, die
in Figur 7 getrennt mit 50a, 50b und 50c gekennzeichnet sind. Jeder
Träger oder Schenkel weist eine Anzahl von Befestigungsstellen auf,
die jeweils dazu bestimmt sind, einen der
Beschleunigungsmeßaufnehmer aufzunehmen. Die Haltefläche an jeder Befestigungsstelle, an
der der jeweilige Beschleunigungsmeßaufnehmer mittels seiner
Befestigungskonsole angebracht wird, erstreckt sich in einer geeigneten
Richtung, so daß nach dem Anbringen der Beschleunigungsmeßaufnehmer
die jeweilige Meßaufnahmeachse jedes Beschleunigungsmeßaufnehmers
in der vorgeschriebenen Weise ausgerichtet wird. Insbesondere ist
der Beschleunigungsmeßaufnehmer 41 an einem Oberflächenteil nahe an
einem Ende des Schenkels 50a befestigt, wobei der Oberflächenteil
in bezug auf das imaginäre rechtwinklige Koordinatensystem so
orientiert ist, daß die Meßaufnahmeachse des
Beschleunigungsmeßaufnehmers 41 parallel zu der Y-Koordinate ausgerichtet ist. Der
Beschleunigungsmeßaufnehmer 46 ist auf einem Oberflächenteil nahe an
dem anderen Ende des Schenkels 50a befestigt, wobei der Oberf
lächenteil in bezug auf das imaginäre rechtwinklige Koordinatensystem
so orientiert ist, daß die Meßaufnahmeachse des
Beschleunigungsmeßaufnehmers 46 parallel zu der Y-Koordinate ausgerichtet ist. Der
Beschleunigungsmeßaufnehmer 47 ist auf einem Oberflächenteil auf
halbem Wege des Schenkels 50a befestigt, wobei der Oberflächenteil
in bezug auf das imaginäre rechtwinklige Koordinatensystem so
orientiert ist, daß die Meßaufnahmeachse des
Beschleunigungsmeßaufnehmers 47 innerhalb der XZ-Ebene und durch den Ursprung 0 verläuft.
Es wird deutlich, daß die anderen Beschleunigungsmeßaufnehmer 42,
43, 44, 45, 48 und 49 so auf entsprechenden Flächen an den beiden
anderen Schenkein 50b und 50c befestigt sind&sub1; daß ihre jeweilige
Meßaufnahmerichtung in der vorgeschriebenen Weise orientiert ist.
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Der dreieckige Rahmen in Figur 7 ist mit einem Stellring 52
verbunden mit Hilfe von drei Befestigungskonsolen 54a, 54b und 54c,
die jeweils an den Schenkeln 50a, 50b und 50c des dreieckigen
Rahmens angebracht sind. Wird die Anordnung aus den
Beschleunigungsmeßaufnehmern an dem Körper befestigt, dessen Bewegungen gemessen
werden sollen, wie zum Beispiel an einem Raumschiff in der
schematischen Ansicht in Figur 6, dann wird zuallererst der Stellring 52
so an dem Körper befestigt, daß der Ring in der richtigen Ebene
verläuft. Danach wird der dreieckige Rahmen 50 an dem Stellring 52
befestigt, wodurch die Winkelposition des Rahmens 50 in bezug auf
den Ring 52 und insbesondere in bezug auf den festen Körper in
einer geeigneten Weise eingestellt wird.
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Es wird deutlich, daß auch bei dieser Ausführungsform der
Freiraum in dem mittigen Teil des dreieckigen Rahmens 50 dazu
dienen kann, die elektronischen Kreise und den Prozessor aufzunehmen,
die notwendig sind, um die Ausgangssignale von den
Beschleunigungsmeßaufnehmern zu verarbeiten und die notwendigen Berechnungen
vorzunehmen, damit die gewünschten Ausgangswerte für die Winkel- und
die lineare Geschwindigkeit erzielt werden.