DE3639284A1 - Sensor zur feststellung der tatsaechlichen und scheinbaren lotrichtung - Google Patents
Sensor zur feststellung der tatsaechlichen und scheinbaren lotrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Feststellung der
tatsächlichen Lotrichtung und der durch Beschleunigungen
beeinflußten scheinbaren Lotrichtung mit einem die Lotrichtung
anzeigenden Element.
Die Lotrichtung muß in vielen Fällen bestimmt werden. Dies
bereitet normalerweise keine Schwierigkeiten, wenn die
Meßeinrichtung für die Lotrichtung feststeht. Probleme treten
aber auf, wenn die Meßeinrichtung bewegt ist, zum Beispiel in
einem Fahrzeug die Lotrichtung bestimmt werden soll.
Hier wird nämlich normalerweise nicht die tatsächliche
Lotrichtung angezeigt, sondern die scheinbare Lotrichtung, wie
sie aus der tatsächlichen Lotrichtung und Beschleunigungen des
Fahrzeugs bzw. Sensors bestimmt wird. Dabei bereitet es
normalerweise keine großen Schwierigkeiten, die scheinbare
Lotrichtung festzustellen; die tatsächliche Lotrichtung kann
aber nur mit sehr großem Aufwand bestimmt werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Sensor zu
schaffen, mit dem ohne großen apparativen Aufwand nicht nur
die scheinbare Lotrichtung, sondern auch die tatsächliche
Lotrichtung in beschleunigten Bezugssystemen gemessen werden
kann.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß zwei die
Lotrichtung anzeigende Elemente vorgesehen sind, von denen
eines mit einer Dämpfungseinrichtung versehen ist, deren
Zeitkonstante wesentlich größer ist als die Zeiträume, in
denen die Beschleunigung gleiches Vorzeichen und von Null
verschiedene Werte hat.
Es werden also zwei verschiedene die Lotrichtung anzeigenden
Elemente vorgesehen. Eines ist nicht gedämpft (d. h.
selbstverständlich in Wirklichkeit sehr schwach gedämpft), so
daß es die scheinbare Lotrichtung anzeigt. Das andere Element
ist aber verhältnismäßig stark gedämpft, so daß kurzzeitige
Beschleunigungen die angezeigte Lotrichtung nicht wesentlich
verändern. Es wird vielmehr ein Mittelwert der Lotrichtungen
gezeigt, bei dem die Änderungen der scheinbaren Lotrichtung
durch unterschiedliche Beschleunigungen im wesentlichen
ausgemittelt sind.
Auf diese Weise wird auf überraschend einfache Weise die
Feststellung des tatsächlichen Lots auch in bewegten Systemen
möglich. Dabei sind keine komplizierten Anordnungen
erforderlich, es muß vielmehr nur die eine Lotmeßeinrichtung
mit einer entsprechend starken Dämpfung versehen sein.
Als Lotmeßeinrichtung könnte z. B. ein Pendel verwendet werden,
das entsprechend stark gedämpft ist. Es hat sich aber als
erfindungsgemäß besonders vorteilhaft erwiesen, als die
Lotrichtung anzeigende Elemente Flüssigkeiten zu verwenden.
Die Flüssigkeiten können dabei in im wesentlichen U-förmigen
Röhren angeordnet sein. Eine Änderung der Lotrichtung führt
dann dazu, daß im einen Schenkel des U die Flüssigkeit
ansteigt, während sie im anderen absinkt. Die entsprechenden
Pegel können dann gemessen werden, so daß die Lotrichtungen
(scheinbare und - nach Mittelung durch Dämpfung -
tatsächliche) bestimmt werden können.
Besonders zweckmäßig ist es aber, wenn die Flüssigkeiten in
kreisförmigen Röhren angeordnet sind. Es versteht sich dabei,
daß diese kreisförmigen Röhren ähnlich wie die U-förmigen
Röhren vertikal ausgerichtet sein müssen. Kreisförmige Röhren
zur Feststellung der Lotrichtung sind dabei bereits
vorgeschlagen worden (DE-OS 33 12 376.4).
Die Erfindung erschöpft sich aber nicht in einer einfachen,
besonders zweckmäßigen Lotmeßeinrichtung; vielmehr sollen
durch besondere Maßnahmen sowohl das scheinbare Lot als auch
das tatsächliche Lot gemessen werden.
Wenn Flüssigkeiten in U-förmigen oder kreisförmigen Röhren
verwendet werden, können die Dämpfungseinrichtungen
Durchflußverengungen aufweisen. Andererseits kann aber auch
die Flüssigkeit elektrisch leitend sein, wobei dann die
Dämpfungseinrichtungen Magneten aufweisen. Es tritt dabei eine
Wirbelstrombremsung auf, wenn sich die Flüssigkeitssäule in
den entsprechenden Röhren bewegt, was die gewünschte Dämpfung
der Bewegung der Flüssigkeiten bewirkt. Die Stärke der
Dämpfung wird dabei u. a. durch die Stärke des Magnetfeldes
bestimmt.
Vorteilhafterweise ist die Stärke der Dämpfung, d. h. also die
Zeitkonstante, regelbar. Dadurch ist eine Anpassung an
verschieden lange Beschleunigungszeiträume, also z. B.
unterschiedliche Fahrbedingungen von Fahrzeugen oder
unterschiedliche Fahrzeuge möglich.
Damit man unabhängig von der Temperatur immer gleiche
Ergebnisse erhält, kann die Viskosität der Flüssigkeiten im
wesentlichen temperaturunabhängig sein. Sollte eine solche
Flüssigkeit im gewünschten Temperaturbereich nicht zur
Verfügung stehen oder will man die Genauigkeit weiter erhöhen,
kann vorgesehen werden, daß der ganze Sensor
temperaturstabilisiert wird.
Die Ablesung der Flüssigkeitspegel, die die Lotrichtungen
ergibt, erfolgt zweckmäßigerweise durch opto-elektronische
Einrichtungen zum Detektieren der Flüssigkeitspegel. Dies hat
auch den Vorteil, daß eine Beeinflussung des Sensors, d. h.
hier der Flüssigkeit, durch die Messung nicht erfolgt, so daß
keine schädlichen Rückwirkungen in dieser Hinsicht auftreten
können.
Als einfache, aber sehr zweckmäßige opto-elektronische
Einrichtungen haben sich Photodiodenanordnungen erwiesen.
Besonders günstig ist es aber, wenn die opto-elektronischen
Einrichtungen eine Matrix-CCD-Kamera aufweisen. Bei diesen
Kameras kann durch direkten Zugriff zu den einzelnen
Bildpunkten das Bild der betrachteten Flüssigkeitsoberflächen
besonders schnell und einfach von einem Rechner ausgewertet
werden.
Zweckmäßigerweise ist der Sensor nicht nur für eine Achse
ausgestaltet, sondern zur Detektion der Lotrichtungen für zwei
oder sogar drei zueinander senkrechte Achsen ausgebildet.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand von
vorteilhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 in schematischer Ansicht eine erste
Sensoranordnung;
Fig. 2 in schematischer Ansicht eine zweite
Sensoranordnung;
Fig. 3 in schematischer Ansicht eine dritte
Sensoranordnung; und
Fig. 4 die Sensoranordnung der Fig. 2 im Schnitt
entlang der Linie IV-IV.
Die Sensoranordnung der Fig. 1 weist eine im wesentlich
aufrecht stehende, U-förmige Röhre 1 auf, die in der Mitte des
Steges eine Verengung 2 aufweist, deren Durchflußquerschnitt
noch durch ein Ventil 3 verändert werden kann. Die Röhre 1 ist
im unteren Teil mit einer Flüssigkeit 4 gefüllt, die in den
Schenkeln des U z. B. in einer Nullstellung oder lotrechten
Stellung die Flüssigkeitsspiegel 5 annimmt. Ändert sich die
scheinbare Lotrichtung für kurze Zeit, weil das Fahrzeug z. B.
beschleunigt wird, so ist die Flüssigkeit bestrebt, in einem
Schenkel anzusteigen und im anderen abzusinken. Dabei wird sie
aber durch die Durchflußverengung 2 und das Ventil 3
gehindert, so daß bei kurzzeitigen Änderungen des scheinbaren
Lots der Flüssigkeitsspiegel 5 im wesentlichen seine Stellung
beibehält. Ändert sich aber die tatsächliche Lotrichtung, so
strömen dauernd Flüssigkeitsanteile durch die Verengung 2 und
das Ventil 3, so daß sich die Flüssigkeitspegel 5 verschieben,
z. B. zu den gestrichelt angedeuteten Flüssigkeitspegeln 6.
Diese Verschiebung der Flüssigkeitspegel kann nun durch eine
positionsempfindliche Photodiodenanordnung 7 detektiert und
ausgewertet werden, wobei die Röhre 1 und die
Flüssigkeitspegel 5 und 6 noch durch eine Lichtquelle 8
beleuchtet werden.
Die Anordnung zur Messung des scheinbaren Lotes ist ähnlich
aufgebaut wie die gezeigte Anordnung und kann parallel zu ihr
angeordnet sein. Der einzige wesentliche Unterschied ist nur,
daß bei der Anordnung zur Bestimmung des scheinbaren Lots die
Verengung 2 der Röhre 1 und das Ventil 3 nicht vorgesehen
sind.
Bei der Anordnung der Fig. 2 ist die Röhre 1 nicht U-förmig
sondern kreisförmig. Die Kreisform selbst ist dabei nicht
Gegenstand dieser Erfindung, sondern bereits in der oben
genannten Patentanmeldung beschrieben.
Auch die kreisförmige Röhre 1 hat wieder eine Verengung 2 und
ein Ventil 3. Im Gegensatz zur Anordnung der Fig. 1 werden
aber die Flüssigkeitspegel 5 und 6 nicht mit einer
Photodiodenanordnung 7, sondern mit einer Matrix-CCD-Kamera
detektiert, was eine besonders schnelle und einfache sowie
zuverlässige Weiterverarbeitung mit Hilfe von Rechnern
ermöglicht.
Bei der Ausführungsform der Fig. 3 besteht die Änderung
gegenüber der Ausführungsform der Fig. 2 einmal darin, daß
eine elektrisch leitende Flüssigkeit verwendet wird, z. B.
Quecksilber. Zusätzlich oder anstelle der Verengung 2 und des
Ventils 3 ist um den unteren Teil der kreisförmigen Röhre 1
eine Magnetspule 10 gewickelt, die mit einem Speisegerät 11
mit Gleichspannung oder Wechselspannung versorgt wird. Diese
Magnetspule 10 wirkt als Wirbelstrombremse, wenn sich die
Flüssigkeit in der Röhre 1 bewegt, und hat damit eine ähnliche
Dämpfungswirkung wie die Verengung 2 mit dem Ventil 3.
Selbstverständlich können solche Verengungen zusätzlich
vorgesehen sein.
Wie bei der Ausführungsform der Fig. 2 erfolgt die Beobachtung
der Flüssigkeitspegel 5, 6 ebenfalls durch Beleuchtung mit
einer Lichtquelle 8 und mit einer Matrix-CCD-Kamera 9. Die
Auswertung und Steuerung des Magneten 10 bzw. der
Speiseschaltung 11 für diesen Magneten erfolgt, falls eine
solche Steuerung für den Magneten erforderlich ist, ebenfalls
über die Auswerteschaltung 12.
In Fig. 4 ist die Anordnung der Fig. 2 im Schnitt gezeigt. Man
sieht, daß zwei parallel nebeneinanderliegende kreisförmige
Röhren 1 und 1′ vorgesehen sind, die beide mit Flüssigkeit
gefüllt sind. Die Röhre 1 dient dabei wie beschrieben zur
Bestimmung des tatsächlichen Lots, während im Bereich der
Röhre 1′ keine Dämpfung, die über die natürliche Dämpfung
hinausgeht, vorgesehen ist, so daß der Flüssigkeitspegel in
dieser Röhre das scheinbare Lot anzeigt.
Claims (14)
1. Sensor zur Feststellung der tatsächlichen Lotrichtung und
der durch Beschleunigungen beeinflußten scheinbaren
Lotrichtung mit einem die Lotrichtung anzeigenden Element,
dadurch gekennzeichnet, daß zwei die Lotrichtung
anzeigende Elemente (1, 1′) vorgesehen sind, von denen
eines (1) mit einer Dämpfungseinrichtung (3, 10) versehen
ist, deren Zeitkonstante wesentlich größer ist als die
Zeiträume, in denen die Beschleunigung gleiches Vorzeichen
und von Null verschiedene Werte hat.
2. Sensorelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die die Lotrichtung anzeigenden Elemente Flüssigkeiten (4)
sind.
3. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Flüssigkeiten (4) in im wesentlichen U-förmigen Röhren
angeordnet sind.
4. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Flüssigkeiten in kreisförmigen Röhren (1) angeordnet sind.
5. Sensor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtungen (3)
Durchflußverengungen aufweisen.
6. Sensor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Flüssigkeiten (4) elektrisch
leitend sind und die Dämpfungseinrichtungen (3, 10)
Magneten (10) aufweisen.
7. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Stärke der Dämpfung regelbar ist.
8. Sensor nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Viskosität der Flüssigkeiten (4)
im wesentlichen temperaturunabhängig ist.
9. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß er temperaturstabilisiert ist.
10. Sensor nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß er opto-elektronische Einrichtungen
(7, 8, 9) zum Detektieren der Flüssigkeitspegel (5, 6)
aufweist.
11. Sensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß er
positionsempfindliche Photodiodenanordnungen (7) aufweist.
12. Sensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß er
eine Matrix-CCD-Kamera (9) aufweist.
13. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß er zur Detektion der Lotrichtungen für
zwei zueinander senkrechte Achsen ausgebildet ist.
14. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß er zur Detektion der Lotrichtungen für
drei zueinander senkrechte Achsen ausgebildet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863639284 DE3639284A1 (de) | 1986-11-17 | 1986-11-17 | Sensor zur feststellung der tatsaechlichen und scheinbaren lotrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863639284 DE3639284A1 (de) | 1986-11-17 | 1986-11-17 | Sensor zur feststellung der tatsaechlichen und scheinbaren lotrichtung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3639284A1 true DE3639284A1 (de) | 1988-05-26 |
Family
ID=6314159
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19863639284 Ceased DE3639284A1 (de) | 1986-11-17 | 1986-11-17 | Sensor zur feststellung der tatsaechlichen und scheinbaren lotrichtung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3639284A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4013507A1 (de) * | 1990-03-03 | 1991-09-05 | Keller Bayer Mass Ind | Behaelter mit fluessigkeit |
WO2003104748A1 (de) * | 2002-06-07 | 2003-12-18 | Leica Geosystem Ag | Optischer neigungsmesser |
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-
1986
- 1986-11-17 DE DE19863639284 patent/DE3639284A1/de not_active Ceased
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