DE1623389B1 - Gravimeter - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der und durch eine an sie in.ihrer Längsrichtung anAusbildung eines Gravimeters zur Messung der Erd- greifende Kraft gespannt sind,
schwere von sich entlang einem geographischen Kurs Die Figuren erläutern' ein Ausführungsbeispiel,
fortbewegenden Fahrzeugen, wie Schiffen, Flugzeu- Fig. 1 zeigt den mechanischen Aufbau des Meßgen od. dgl., aus, bestehend aus einer gegen Rückstell- 5 systems;

kräfte in einem Gehäuse aus einer Nullstellung her- 'Fig. 2 erläutert seine elektrische Wirkungsweise,

aus schwingungsfähig gelagerten Masse, einer Vor- In der Fig. 1 bezeichnet 70 eine gehäusefeste

richtung zur Abbildung der Stellung der Masse relativ Grundplatte des Meßsystems, auf der über Streben

zu ihrem Gehäuse in ein elektrisches Meßsignal und 71, 72, 73 und 74 die Kopfplatte 75 gelagert ist. Wei-

aus einer von diesem Signal gespeisten Meßvorrich- ίο tere gehäusefeste Bauteile sind mit 76, 77 und 78

tung zur Ermittlung*-des Schweremeßwerts, bei der bezeichnet.,

die Masse mittels einer Geradführung, bestehend aus Mit 79 ist die rohrförmig ausgebildete Gravimeter-

mehreren Fäden oder Bändern, die in verschiedenen masse des Meßsystems bezeichnet. Sie ist um die

Ebenen gelagert an-die Masse angreifen, auf einer Richtung A-A drehbar gelagert, und es sind zu ihrer

geradlinigen, die Schwerkraft enthaltenden Bahn be- 15 Lagerung die fünf metallischen Fäden 80, 81, 82, 83

wegbar geführt ist. und 84 vorgesehen. Sie weisen einen runden Quer-

Gravimeter dieser Ausbildung sind beispielsweise schnitt auf, und es sind die Fäden 80 und 81 bzw. 83

in der deutschen Patentschrift 1 006170 beschrieben. und 84 jeweils in einer Ebene zwischen der Masse 79

In Ausführungen mit einer um eine horizontale Dreh- und den Streben 71 und 72 derart gelagert, daß die

achse schwingungsfähig gelagerten Masse weisen sol- 20 Fäden an die Masse tangential zur Drehachse A-A

ehe Gravimeter den Nachteil auf, daß beim Vorhan- angreifen. Der Faden 82 greift an die Masse 79 eben-

densein gewisser Phasenbeziehungen zwischen den falls tangential an und ist in einer Ebene zwischen

Störkräften, die auf die Masse in vertikaler Richtung der Masse und der Strebe 73 gelagert, die etwa den

einwirken, und solchen Kräften, die in horizontaler Abstand zwischen den Ebenen der beiden anderen

Richtung wirksam sind, der sogenannte cross-cou-' 25 Verspannungen halbiert. Mit 85 und 86 ist jeweils

pling-effect auftritt. Dieser Effekt verfälscht das mit eine Zugfeder bezeichnet, die mit ihrem einen Ende

dem Gravimeter erzielbare Meßergebnis in unkon- an der Masse 59 und mit ihrem anderen Ende an der

trollierbarer Weise. Strebe 71 bzw. 74 befestigt sind. Beide Federn greifen

Um den Einfluß des cross-coupling-effects klein zu ebenso wie die Spannfäden 80 bis 84 an die Masse 79

halten, ist es daher zweckmäßig, die Gravimetermasse 30 tangential zur Drehachse der Masse an und üben auf

nicht um eine horizontale Drehachse drehbar zu la- die Masse ein Drehmoment aus, welches die Spann-

gern, sondern dafür Sorge zu tragen, daß die Masse fäden spannt.

lediglich auf einer geradlinigen Bahn translatorische Die Federn 85 und 86 sind hinsichtlich ihrer elasti-

Bewegungen ausführen kann. sehen Eigenschaften derart ausgewählt, daß sie unter

Solche Gravimeter der vorliegenden Zweckbestim- 35 dem Einfluß normaler in einer Horizontalebene wirk-

mung sind ebenfalls bereits bekannt, und es befaßt samer Trägheitskräfte, die auf das Maßsystem ein-

sich die vorliegende Erfindung mit einer zweckmäßi- wirken, nicht gespannt werden können,
gen Ausgestaltung solcher Gravimeter. Mit 87 ist eine im Innern der Masse 79 gelagerte

Die bekannten Konstruktionen (deutsche Patent- Zugfeder bezeichnet, die am Boden 88 des Rohrs 79 schrift 1006170 [Fig. 6 a und 6 b]) leiden unter 40 befestigt ist. Ihr zweites Ende ist an der Kopfplatte 75 dem Mangel, daß eine wesentliche translatorische Be- befestigt. Sie trägt das Gewicht des Rohrs 79. 89 bewegung der Masse auf ihre Bahn nicht möglich ist. zeichnet einen zweiarmigen Hebel, der um die Dreh-Der direkte Meßbereich solcher Gravimeter ist des- achse 90 drehbar gelagert ist.

halb klein. Es ist deshalb auch bekannt, die Gerad- Die Drehachse 90 wird durch ein metallisches

führung über Rollen und Räder zu bewirken. Solche 45 Spannband gebildet, das mit seinem einen Ende an

Anordnungen weisen jedoch nicht vernachlässig- dem Bauteil 78 und mit seinem anderen Ende an

bare Reibungseinflüsse auf, die die Empfindlichkeit einem Bauteil 91, welches um die Längsachse des

des Gravimeters und seme Meßgenauigkeit herab- Spannbandes 90 in dem Bauteil 76 drehbar gelagert

setzen. . ■ - ist, eingespannt ist. Das Bauteil 91 ist mit einem Teil-

Es ist auch erörtert worden, die Masse entlang 50 kreis 92 verbunden, und es läßt sich das Bauteil 91 ihrer Bahn durch an sie angelenkte Blattfedern zu über ein Schneckengetriebe 93 von der Gehäusefesseln. Solche Geradführungen lassen größere Be- außenseite her in meßbarer Weise durch Beobachwegungen der Masse-zu. Sie leiden jedoch unter dem rung der Kreisleitung 92 mittels eines optischen AbMangel, daß bei größeren Hüben Kippungen der lesemikroskops tordieren, so daß die Vorspannung Masse gegen ihre Bahn auftreten, welche die Lineari- 55 des Torsionsbandes 90 geändert werden kann,
tat der Anzeige des Maßsystems stören. Der Hebel 89 ist mit den Justiergewichten 95 und

Es war deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Kon- 96 verbunden. Durch Verstellen dieser Gewichte läßt struktion anzugeben, welche erne exakt translatorische sich der Schwerpunkt des Hebels 89 in die Drehachse Bewegung der Masse mit größeren Amplituden bei 90 legen, so daß von außen auf das Meßsystem einhinreichender Linearität der Anzeige gestattet. 60 wirkende Kräfte auf den Hebel kein Drehmoment

In Verbesserung der bekannten Anordnungen wird ausüben können. 94 kennzeichnet einen Auftriebsein Gravimeter der eingangs näher bezeichneten Art körper zur Kompensation der wirksamen Auftriebsvorgeschlagen, welches sich erfindungsgemäß dadurch kräfte.

kennzeichnet, daß die Masse um eine sich entlang Mit 97 ist ein Faden bezeichnet, der, am äußeren

ihrer Bahn erstreckende Drehachse drehbeweglich ge- 65 Ende des Hebels 89 befestigt, an einem Ansatz 98 der

lagert ist und dadurch, daß die Spannfäden in ver- Gravimetermasse 79 angreift. Koaxial zu dem Faden

schiedenen Ebenen im Abstand voneinander tangen- 97 ist zwischen dem Hebel 89 und dem Ansatz 98

tial zur Drehachse der Masse an die Masse angreifen eine Druckfeder 99 gelagert, die den Faden 97 spannt.

Die Anordnung ist derart getroffen, daß das von der Zugfeder 87 nicht kompensierte Gewicht der Masse 79 durch die Torsionskraft des Torsionsfadens 90 kompensiert wird, und es läßt sich so durch Verstellen der Vorspannung des Torsionsbandes 90 der Meßbereich des Gravimeters verändern.

Das Rohr 79 trägt an seinem oberen Ende einen isolierten Ansatz 100, der wiederum starr mit einer Metallplatte 101 verbunden ist. Die Metallplatte 101 ist zwischen zwei parallel dazu gelagerten Metallplatten 102 bzw. 103 angeordnet. Die Platten 102 und 103 sind gehäusefest gelagert. Sie bilden zusammen mit der Platte 101 ein nach Art eines Differentialkondensators ausgebildetes elektrisches Abgriffssystem, dessen elektrische Anschlüsse mit 104,105 und 106 bezeichnet sind.

Am unteren Ende des Rohrs 79 ist ein topfförmiger Permanentmagnet 107 an der Grundplatte 70 gelagert. In seinem Luftspalt taucht eine am unteren Ende des Rohrs 79 befestigte Spule 108 ein. Die elektrischen Anschlüsse der Spule sind über die Drähte 83 und 84 gelegt und mit 109 bzw. 110 bezeichnet. Die Drähte sind hierzu elektrisch isoliert von der Strebe 71 bzw. 72 zu einem isolierenden Ansatz 111 des Rohrs 79 geführt.

In Fig. 2 bezeichnen 104,105 und 106 die elektrischen Anschlüsse des Differentialkondensators 101, 102,103 der Fig. 1. Es sind die Anschlüsse 104 und 106 mit dem Ausgang eines elektrischen Hochfrequenzoszillators 120 verbunden. Der Anschluß 105 ist in der dargestellten Weise zum Eingang eines Verstärkers 121 geführt, dessen Ausgangsspannung über ein elektrisches Tiefpaßfilter 122 dem Eingang eines elektrischen Reglers 123 zugeführt ist. Dem Eingang dieses Reglers ist zu Justierzwecken eine dem Potentiometer 124 entnehmbare Sollwertspannung zuführbar. Der Ausgangsstrom des Reglers 123 ist über die Anschlüsse 109 und 110 der Wicklung der Spule 108 zugeführt, und es ist die Anordnung so getroffen, daß die Ausgangsspannung des Verstärkers 121, die der Stellung der Masse 79 relativ zu dem Gehäuse des Gravimeters proportional ist, in der Spule einen Strom erzeugt, der durch Wechselwirkung mit dem Feld des Permanentmagneten 107 an der Masse 79 eine Kraft erzeugt, die der Massenbewegung entgegenwirkt. Unter dem Einfluß äußerer Kräfte wird deshalb der Ausgangsstrom des Verstärkers 121 mehr oder weniger schwanken, und bei genügend hoher Verstärkung in dem Regelkreis wird die Masse 79 im wesentlichen ihre durch Justierung der Torsion des Fadens 90 vorgegebene Nullstellung beibehalten. Der Strom über die Spule 108 ist deshalb ein Maß für die auf die Masse 79 einwirkenden Kräfte. Seine Größe wird mittels des Analog-Schreibers 127 als Funktion der Zeit oder des geographischen Ortes des das Meßsystem transportierenden Fahrzeugs registriert.

Mit 125 ist ein elektrisches Meßinstrument bezeichnet, welches den zeitlichen Mittelwert des die Wicklung 108 durchfließenden Stroms anzeigt. 126 kennzeichnet eine elektrische Schreibmaschine zur digitalen Registrierung des zeitlichen Mittelwerts des die Spule 108 durchfließenden Stroms.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Gravimeter zur Messung der Erdschwere von sich entlang einem geographischen Kurs fortbewegenden Fahrzeugen (Flugzeugen, Schiffen od. dgl.) aus, bestehend aus einer gegen Rückstellkräfte in einem Gehäuse aus einer Nullstellung heraus schwingungsfähig gelagerten Masse, einer Vorrichtung zur Abbildung der Stellung der Masse relativ zu ihrem Gehäuse in ein elektrisches Meßsignal und aus einer von diesem Signal gespeisten Meßvorrichtung zur Ermittlung des Schweremeßwerts, bei der die Masse mittels einer Geradführung, bestehend aus mehreren gespannten Fäden oder Bändern, die in verschiedenen Ebenen gelagert an die Masse angreifen, auf einer geradlinigen, die Schwerkraft enthaltenden Bahn bewegbar geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse (79) um eine sich entlang ihrer Bahn erstreckende Drehachse (A-A) drehbeweglich gelagert ist und dadurch, daß die Spannfäden (80, 81, 82, 83, 84) in verschiedenen Ebenen im Abstand voneinander tangential zur Drehachse der Masse an die Masse angreifen und durch eine an sie in ihrer Längsrichtung angreifende Kraft (85, 86) gespannt sind.

2. Gravimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden (80, 81, 82, 83, 84) durch Torsion der Masse (79) gespannt sind.

3. Gravimeter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die Masse (79) mindestens eine tangential zur Drehachse (A-A) wirksame Zugfeder (85, 86) angreift.

4. Gravimeter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein in Abhängigkeit von der Stellung der Masse (79) über einen elektrischen Abgriff (101,102,103,120, 121) gesteuerter Kraftgeber (107,108) zur selbsttätigen Kompensation der an die Masse angreifenden Kräfte vorgesehen ist.

5. Gravimeter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß elastische Mittel (87, 90) zur Kompensation des Gewichts der Masse (79) in einer Nullstellung der Masse vorgesehen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen