DE3115838C2 - Inclination measuring device for dynamic measurement of angular deviations from the vertical - Google Patents
Inclination measuring device for dynamic measurement of angular deviations from the verticalInfo
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Abstract
Gegenstand der Erfindung ist ein Neigungsmeßgerät zum dynamischen Messen von Schräglagen gegenüber der Vertikalen. Der Neigungsmesser schließt einen elastischen Faden aus einer optischen Faser ein, die an ihrem einen Ende fest in einer Halterung gehalten ist. Mit diesem Ende wirkt die Faser mit einer Lichtquelle zusammen. Im übrigen ist die Faser vollständig frei und spannungslos. Ihr freies Ende liegt dicht der Fläche eines Detektors gegenüber und überträgt das Licht punktförmig auf die Detektorfläche.The invention relates to an inclinometer for the dynamic measurement of inclinations with respect to the vertical. The inclinometer includes a resilient thread made from an optical fiber that is held securely at one end in a holder. With this end the fiber interacts with a light source. In addition, the fiber is completely free and tension-free. Its free end lies close to the surface of a detector and transmits the light point-like onto the detector surface.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Neigungsmeßvorrichtung zum dynamischen Messen von Winkelabweichungen von der Vertikalen mit einem elastischen Stab, der an seinem einen Ende in einer Halterung gehalten ist und dessen anderes, freies Ende zum Zusammenwirken mit einer Lichtquelle bestimmt ist, die einen lichtempfindlichen Detektor bestrahltThe invention relates to an inclination measuring device for dynamic measurement of angular deviations from the vertical with an elastic rod which is held at one end in a holder and the other, free end is intended for cooperation with a light source which irradiates a light-sensitive detector
Eine solche Vorrichtung kann gemäß der SE-PS 41 501 und der US-PS 33 24 564 ausgebildet sein, so Gemäß der SE-PS 1 41 501 weist die Vorrichtung einen flexiblen Stab bzw. eine flexible Stange auf, dessen bzw. deren freies Ende mit einem Gewicht belastet ist, das eine Biegung der Stange bzw. des Stabes bewirkt, wenn die Vorrichtung schief gestellt wird. Die Biegespannungen und Verformungen des Stabes werden mittels einesSuch a device can be designed according to SE-PS 41 501 and US-PS 33 24 564, so According to SE-PS 1 41 501, the device has a flexible rod or a flexible rod whose or whose free end is loaded with a weight that causes a bending of the rod or the rod if the device is tilted. The bending stresses and deformations of the rod are determined by means of a
24 564 weist die Vorrichtung ein Pendel auf, dessen freies Ende eine Glühlampe trägt, die mit einem lichtempfindlichen Detektor so zusammenwirkt daß der Winkel angezeigt wird, den das Pendel mit der Vertikalen einschließt Gemäß der US-PS 36 02 037 ist es auch bekannt, Fasern einzusetzen, um die Messung ihrer Abweichung von der Geraden zu messen.24 564, the device has a pendulum, the free end of which carries an incandescent lamp which cooperates with a light-sensitive detector so that the angle that the pendulum includes with the vertical is displayed. According to US Pat. No. 3,6 02,037, it is also known to use fibers used to measure the measurement of their deviation from the straight line.
Autgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Vorrichtung so auszugestalten, daß sie sehr genau ist und auf Winkelabweichungen von der Vertikalen extrem schnell reagiert und dabei zur Anzeige solcher Senkungen und Einbrüche geeignet ist die auch auf nur leichte Erdbeben zurückzuführen sind.The object of the invention is to provide a generic Design the device so that it is very accurate and on angular deviations from the vertical reacts extremely quickly and is also suitable for displaying such subsidence and collapse only slight earthquakes are due.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll aber nicht nur Abweichungen von der Vertikalen feststellen können, sondern auch Biegungen eines gebohrten Loches bzw. eines Loches, das nicht exakt gerade ist, ermitteln können.The device according to the invention should not only detect deviations from the vertical but also bends in a drilled hole or a hole that is not exactly straight, can determine.
Der Lösung der Aufgabe dienen die Merkmale der Patentansprüche, wie sie nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert sind.The object is achieved by the features of the claims, as described below with reference to the Drawing are explained.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend an Hand der Zeichnungen beschrieben. In der Zeichnung zeigtAn embodiment of the invention is described below with reference to the drawings. In the Drawing shows
Fig.! in einer vereinfachten Darstellung eine erfindungsgemäße NeigungsmeBvorrichtung;Fig.! in a simplified representation a inclination measuring device according to the invention;
F i g. 2 ein Fühknittel für die Anv/endung bei einem Neigungsmesser gemäß der Erfindung;F i g. 2 a guide for use with one Inclinometer according to the invention;
F i g. 3a, 3b und 3c die Anordnung der Meßpunkte auf dem Fühlmittel des Neigungsmessers, wenn gleichzeitig die Neigung und die Kurvenform einer Bohrung gegenüber einer vorgegebenen Linie gemesser, vvird undF i g. 3a, 3b and 3c show the arrangement of the measuring points on the sensing means of the inclinometer if the inclination and the curve shape of a bore are measured at the same time in relation to a predetermined line, and
F i g. 4a und 4b die Neigung und die Kurvenform der Vorrichtung.F i g. Figures 4a and 4b show the inclination and curve shape of the device.
Dabei ist das Gehäuse 1 um einen zylindrischen Teil 1' verlängert Im unteren Ende der Verlängerung Γ befindet sich eine Lichtquelle 22, insbesondere eine Lichtemissionsdiode, die einer Lichtemissionsdiode 7 am oberen Ende des Gehäuses 1, V entspricht, und der Strom über zwei elektrische Leiter 23S 24 zugeführt wird. Das von der Lichtemissionselektrode 22 ausgesandte Licht wird auf die Unterseite des Detektors 12 mittels einer Linsenanordnung 25 fokussiert. Liegt das Gehäuse 1, i' völlig in seiner ordnungsgemäßen, geraden Position, so liegt der von der Linsenanordnung 25 erzeugte Lichtpunkt 27 im Schnittpunkt 16 der Mittellinien der Elektroden 13, 13, 14, 14 eines Detektors 12 gemäß F i g. 2. Dieser Detektor 12 hat die Form eines bekannten, sogenannten querliegenden Fotodetektors, der ober eine quadratische Platte mit einem Halbleitermaterial aufgebaut k-i. Die Oberseite der Platte ist mit einer lichtdurchlässigen Goldschicht bedeckt während die Unterseite eine homogene Schicht aus Widerstandsmaterial trägt Entlang dem Umfang der Widerstands-Schicht und den Kanten der Platte gegenüberliegend sind die beiden Paare von Entladeelektroden 13,13 und 14,14 angeordnet, wobei jeweils die beiden Elektroden jedes Elektrodenpaares einander gegenüberliegen. Wird der Punkt i5 beleuchtet, so bewirkt der Lichtfluß eine Strom/SpannungsqueHe über der in der gelackten Platte vorhandene p-n-Transitionszone. Die Strom/Spannungsqueüe kann einen geschlossenen Kreis über die Goldschicht und die Widersiandsfläche mit den Elektroden 13,13 und >4,14 erzeugen, so daß vier Teilströme ermittelt werden können, einer für jede Elektrode. Die Größe dieser Teilströme ist von derThe housing 1 is extended by a cylindrical part 1 '. In the lower end of the extension Γ there is a light source 22, in particular a light-emitting diode, which corresponds to a light-emitting diode 7 at the upper end of the housing 1, V , and the current via two electrical conductors 23 S 24 is fed. The light emitted by the light-emitting electrode 22 is focused on the underside of the detector 12 by means of a lens arrangement 25. If the housing 1, i 'is completely in its correct, straight position, the light point 27 generated by the lens arrangement 25 lies at the point of intersection 16 of the center lines of the electrodes 13, 13, 14, 14 of a detector 12 according to FIG. 2. This detector 12 has the form of a known, so-called transverse photodetector, which is constructed above a square plate with a semiconductor material . The top of the plate is covered with a translucent gold layer while the underside has a homogeneous layer of resistance material two electrodes of each pair of electrodes are opposite one another. If the point i5 is illuminated, the light flux causes a current / voltage voltage across the pn transition zone present in the lacquered plate. The current / voltage source can generate a closed circuit over the gold layer and the resistance surface with the electrodes 13, 13 and> 4.14, so that four partial currents can be determined, one for each electrode. The size of these substreams is of the
uci i_.iCni|>uiiivic3uci i_.iCni |> uiiivic3
vOii uciiivOii uciii
16 der Mittellinien der Quadratseiten abhängig. Die vier Stromflüsse durch die Elektroden 13, 13 und 54, 14 werden über elektrische Leiter einem Anzeigeelement zugeführt das indirekt oder direkt die Stellung des Lichtpunktes im Koördinatensytem anzeigt lsi die Vorrichtung in eine etwas gekrümmte Bohrung eingesetzt, so wird das Gehäuse 1, 1' etwas gebogen, was dazu führt, daß der von der festen Linsenanordnung 25 und der feststehenden Lichtquelle 22 erzeugte Lichtpunkt 27 über die Unterseite des Detektors 12 auswandert Wird nur ein Detektor 12 für zwei16 of the center lines of the square sides. The four current flows through the electrodes 13, 13 and 54, 14 are fed via electrical conductors to a display element that indirectly or directly indicates the position of the light point in the coordinate system bent, which leads to the fact that the light point 27 generated by the fixed lens arrangement 25 and the fixed light source 22 migrates over the underside of the detector 12. There is only one detector 12 for two
Lichtpunkte 15 (F i g. 2) und 27 (F i g. 1) verwendet, so ist es notwendig, die beiden Lichtemissionseiektroden abwechselnd zu löschen und aufleuchten zu lassen, um am Detektor 12 die genauen Werte anzugeben. Hierfür ist eine Spannungsquelle 28 vorgesehen, die eine Zündspannung abwechselnd an die Diode 7 am oberen Gehäuseende and an die Diode 22 am unteren Gehäuseende legt, wodurch zu jedem Zeitpunkt auf den Detektor 12 nur ein Lichtpunkt projiziert wird. Die vom Detektor 12 erzeugten X-V-Signale werden einer Aufzeichnungsvorrichtung 29 zugeführt, bei der es sich um einen Prozeßrechner oder eine andere entsprechende Vorrichtung handelt, während die von <*er Lichtemissionsdiode 7 bzw. üer Lichtemissionsdiod: 22 erzeugten Signale durch Synchronisierungsimpulse q. ^oannungsquelle 28 über eine Leitung 30 scparert ν "-den.Light points 15 (FIG. 2) and 27 (FIG. 1) are used, so is it is necessary to alternately extinguish and light up the two light-emitting electrodes in order to indicate the exact values on the detector 12. For this purpose, a voltage source 28 is provided which has a Ignition voltage alternately to the diode 7 at the upper end of the housing and to the diode 22 at the lower end Housing end puts, whereby at any point in time only one light point is projected onto the detector 12. The ones from X-V signals generated by detector 12 become one Recording device 29 supplied, which is a process computer or other corresponding device, while that of <* er light emitting diode 7 or via light emitting diode: 22 generated Signals through synchronization pulses q. ^ source of voltage 28 via a line 30 scparert ν "-den.
Es ist auch möglich, den Detektor .2 «s zwei voneinander unabhängigen Detektoren -1^ .bauen, die
übereinander angeordnet sind, bei einer zum Zusammenwirken mit der Lic^if ruissionsdiode 7 in der
;jm Zusammenhang mit F i g. 1 l. -* -qriebenen Weise und
"der andere zum Zusammenwirken mit der Lichtemis-Jsionsdiode
22 bestimmt ist
.t- Wird der Lichtemissionsdiode 7 Strom zugeführt, so
istrahlt sie infrarotes, ultraviolettes oder sichtbares Licht aus. Es wird eine Lichtemissionsdiode unterstellt, der ein
^^Wechselstrom von beispielsweise 1000 Hz zugeführt iwird. Es kann jedoch jede andere Frequenz Anwendung
^finden und der Diode 7 kann auch Gleichstrom zugeführt werden. Die Lichtemissionsdiode 7 ist auf der
Dberseite einer Verschlußplatte 8 des Gehäuses 1, V
angeordnet, die eine Halterung für eine optische Faser 9 ist An ihrem oberen Ende ist die Faser 9 in der
yerschlußplatte 8 festgehalten, während die Faser im übrigen frei hängt und frei von jeder Spannung ist Das
Obere Ende der Faser 9 ist zum Zusammenwirken mit der Diode 7 bestimmt so daß Licht von der Diode aus
durch die Faser 9 hindurch zu ihrem unteren, freien Ende geieitet wird. Das freie Faserende liegt über dem
Detektor 12 in einem so geringen Abstand, daß ein
genau definierter, kleiner Lichtpunkt auf die Oberseite Tdes plattenförmigen Detektors projiziert wirdIt is also possible for the detector .2 's two independent detectors - .bauen 1 ^ one above the other are arranged in the at for cooperating with the Lic ^ if ruissionsdiode 7 g jm connection with F i. 1 l. - * - described manner and "the other is intended to interact with the light emitting diode 22
.t- If the light-emitting diode 7 is supplied with current, it emits infrared, ultraviolet or visible light. A light-emitting diode is subordinated to which an alternating current of 1000 Hz, for example, is supplied. However, any other frequency can be used and the diode 7 can also be supplied with direct current. The light-emitting diode 7 is arranged on the upper side of a closure plate 8 of the housing 1, V , which is a holder for an optical fiber 9 The upper end of the fiber 9 is intended to interact with the diode 7 so that light from the diode is guided through the fiber 9 to its lower, free end. The free fiber end lies above the detector 12 at such a small distance that a precisely defined, small point of light is projected onto the upper side T of the plate-shaped detector
Die Arbeitsweise der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird nachfolgend anhand von F i g. 3a bis 3c und 4a und 4b beschrieben. In Fig.4a ist eine Bohrung in den horizontalen X- und K-Richtungen dargastelit und es ist erkennbar, daß die Bohrung im Uhrzeigersinn etwas gebogen ist In F i g. 4b ist die glei ;he Bohrung in A'-Z-Richtung dargestellt die vertikal verlaufen und zu denen die Bohrung geradlinig verläuft Es wird unterstellt daß das Gehäuse 1, Γ in ein langes Rohr, beispielsweise ein Hüllrohr eingesetzt ist, das während der Hersteilung der Bohiung zunehmend in diese eingeführt wir! Das Gehäuse 1, V wird dabei in einer Fig.4a entsprechenden Weise verdreht wodurch der Lichtpunkt 27 relativ zum Schnittpunkt 16 auf dem Detektor eine andere Lage erhält als sie in Fig.3a dargestellt ist. Die unvermeidbare Verdrehung des Gehäuses 1, Γ um seine Längsachse wird den Abstand des Lichtpunktes 27 vom Schnittpunkt 16 nicht verändern und es wird auch nicht der Lichtpunkt 27 relativ zum Punkt 15 seine Lage verändern, der die Schrägstellung gemäß Fig.4 anzeigt Selbstverständlich wird mit der Drehung des Koordinatensystems die Winkelstellung im Koordinatensystem verändert wie esThe mode of operation of the device according to the invention is illustrated below with reference to FIG. 3a to 3c and 4a and 4b. In Figure 4a a hole is dargastelit in the horizontal X and K directions and it can be seen that the hole is slightly curved in the clockwise direction in F i g. 4b shows the same bore in the A'-Z direction which run vertically and to which the bore runs in a straight line Bohiung increasingly introduced us to this! The housing 1, V is rotated in a manner corresponding to FIG. 4a, whereby the light point 27 is given a different position relative to the intersection point 16 on the detector than is shown in FIG. 3a. The inevitable rotation of the housing 1, Γ about its longitudinal axis will not change the distance of the light point 27 from the intersection point 16 and it will not change the position of the light point 27 relative to the point 15, which indicates the inclination according to FIG Rotation of the coordinate system changes the angular position in the coordinate system as it does
ι ο sich aus F i g. 3a bis 3c ergibt Der Lichtpunkt 15 wird im Koordinatensystem ebenfalls eine besondere Lage einnehmen, unabhängig von der Drehung des Gehäuses 1, Γ um seine Längsachse.ι ο from F i g. 3a to 3c results The light point 15 is in Coordinate system also occupy a special position, regardless of the rotation of the housing 1, Γ about its longitudinal axis.
Der Biegeradius in der Bohrung an jedem einzelnen Meßpunkt ist eine Funktion des Abstandes zwischen dem Lichtpunkt 27 und dem Schnittpunkt 16, da das Gehäuse 3, V die gleiche Biegung aufweist und sein Durchmesser im wesentlichen dem Durchmesser der Bohrung entspricht Das Biegezentrum ist trigonome-The bending radius in the bore at each individual measuring point is a function of the distance between the light point 27 and the intersection point 16, since the housing 3, V has the same bend and its diameter essentially corresponds to the diameter of the bore.
trisch zu ermitteln, und zwar mit Hilfe der Koordinaten des Lichtpunktes 15, die stets in der durch den Schnittpunkt 16 gehenden vertikalen Eb'-ne liegen. Es können so unabhängig von der Verdrehung des Gehäuses 1, V um seine Längsachse alle Werte erhaltento be determined trisch, with the help of the coordinates of the light point 15, which always lie in the vertical plane passing through the point of intersection 16. In this way, all values can be obtained regardless of the rotation of the housing 1, V about its longitudinal axis
werden, die zur Aufzeichnung von Kurven benötigt werden, die genau die Schrägstellung und Krümmung der Bohrung anzeigen, und zwar direkt oder mit Hilfe eines Prozeßrechners. Die erforderliche Spannung kann der Vorrichtung entweder von der Bodenfläche her oder von einer Spannungsquefle her zugeführt werden, die in das Gehäuse 1, Γ eingearbeitet ist Entsprechend können die Stellungssignale der Bodenfläche über ein Kabel zugeführt werden oder die elektrischen Kreise für eine fortlaufende Speicherung und Auswertung vonneeded to record curves that accurately reflect the skew and curvature the bore, directly or with the help of a process computer. The required voltage can are fed to the device either from the bottom surface or from a voltage source, which is incorporated into the housing 1, Γ Cables are fed or the electrical circuits for continuous storage and evaluation of
Positionssignalen können in das Gehäuse 1, 1' eingearbeitet sein. Das Gehäuse 1,1' soll im Hinblick auf Biegungen mit kleinen Biegeradien relativ gut biegefägig sein, damit es durch solche Biegungen hindurchgesteckt werden kann. Die Länge des Gehäuses ist für die registrierfähigen Krümmungen entscheidend und, wenn eine hohe Ucnauigkeit verlangt wird, sollte deshalb das Gehäuse möglichst iang sein. Die Genauigkeit der Vorrichtung hängt von dem Signal/Rauschverhältnis der elektronischen Kreise ab, die die Signale vomPosition signals can be incorporated into the housing 1, 1 '. The housing 1,1 'is intended in terms of Bends with small bending radii must be relatively easy to bend so that it can be pushed through such bends can be. The length of the housing is decisive for the curvatures that can be recorded and, if so a high level of inaccuracy is required, should therefore Housing should be as long as possible. The accuracy of the Device depends on the signal-to-noise ratio of the electronic circuits that receive the signals from the
Detektor oder von den Detektoren erhaiien. Die Trennkraft eines Detektors der beschriebenen A»rt liegt im Bereich von i0-«m. Mit Hilfe relativ einfacher elektronischer Vorrichtungen sollten Neigungen bis zu etwa ±0,01" bei einem Krümmungsradius bis zu etwaDetector or obtain from detectors. the Separation force of a detector of the type described lies in the range of i0- «m. With the help of relatively easier Electronic devices should have inclinations up to about ± 0.01 "with a radius of curvature up to about
so 100 km bestimmt werden können. Das bedeutet, daß im schlechtesten Fall die Konfiguration einer Bohrung mit 1000 m Länge mit einem Fehler im Bereich von 5 m bestimmt werden kann, weil mit fortschreitender Messung Fehler sich mit demselben Festpunkt spei-so 100 km can be determined. That means that im worst case, the configuration of a 1000 m long borehole with an error in the range of 5 m can be determined because as the measurement progresses, errors are stored with the same fixed point.
ehern.brazen.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |