• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:

    公开号:WO1988002100A1
    申请号:PCT/CH1987/000113
    申请日:1987-09-08
    公开日:1988-03-24
    发明作者:Hans-Rudolf Winiger
    申请人:Notron Engineering Ag；
    IPC主号:G01C9-00
    专利说明:
    [0001] ~ i
    [0002] Bezeichnung: Optoelektronischer Theodolitsensor
    [0003] Beschreibung
    [0004] Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen Theodolitsensor zum Messen von Vertikal- und/oder Höhenwinkeln gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
    [0005] In Abweichung von der in der Praxis üblichen Art, zur Messung von Win- kein für Navigation und Geodäsie oder zum Prüfen der Lage senkrechter und waagrechter Teile oder zur Messung der Neigungen des Erdbodens, von Lotschwankungen und Gezeiten des Erdkörpers oder für die Messung der Seismizität, Theodolite mit elektro-optischer Kreisablesung, Röhren¬ oder Dosenlibellen oder Sextanten einzusetzen, sieht die Konstruktion der Erfindung einen optoelektronischen Theodolitsensor vor, der nach entsprechender Auslegung für all diese Messaufgaben eingesetzt werden kann.
    [0006] Die zur Messung des sichtbaren oder künstlichen Horizontes eingesetzten Libellen, Pendel, kreiselgestützen Marken, Quecksilberhorizonte oder Spiegelglasscheiben können nur mit Hilfe von Teilkreisen oder Gradbogen zur Messung der Horizontal- oder Vertikalabweichung herangezogen werden. Zudem sind diese Instrumente oder Sensoren entweder sehr aufwendig in der Herstellung oder ungenau und ermöglichen meist nur einen begren¬ zten Anwendungsbereich. Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, einen optoelek¬ tronischen Theodolitsensor vorzuschlagen, bei dem alle Winkel zwischen der Horizontalen und der Vertikalen sehr exakt und unter Ausschluss mechanischer oder optischer Ablesung ermittelt werden können. Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass sehr schnell und exakt alle Winkel zwischen der Horizon¬ talen und der Vertikalen absolut gemessen werden können. Zudem besticht die Erfindung durch ihren einfachen Aufbau und durch die Ausnützung sehr exakter physikalischer Grossen. Ausserdem ist das zugrunde gelegte Messprizip berühruπgslos und unempfindlich gegenüber äusseren Einflüs¬ sen. Durch Abstimmung und entsprechender Auslegung kann die Erfindung in s» praktisch allen Bereichen der Technik, in welchen exakte Winkel oder die Horizontale resp. die Vertikale sowie Winkelabweichungen derselben interessieren, Verwendung finden. Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungs¬ weg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
    [0007] Figur 1 im Schnitt A-A einen optolektronischen Theodolitsensor, Figur 2 das Schnittbild B-B der Figur 1. In den Figuren ist ein optoelektronischer Theodolitsensor dargestellt, welcher in seinem grundsätzlichen Aufbau aus einem Gehäuse (2), einer Messzelle (3), die zur" Hälfte eine lichtundurchlässige Flüssigkeit (4) oder zwei nichtmischbare, überschichtet vorliegende Flüssigkeiten (4,5) enthält, wobei die eine lichtundurchlässig ( ) und die andere lichtdurchlässig (5) ist den kalotten— oder kegelförmigen Abdeckungen (6,7), einer Lichtquelle (8) und einem direkt gegenüberliegenden opto¬ elektronischen Bauelement (9) besteht.
    [0008] Erfindungsgemäss sind die Seitenflächen A und B der Messzelle licht- undurchlässig, die Seitenflächen C und D jedoch lichtdurchlässig. Der optoelektronische Theodolitsensor (1) steht in seiner Normallage so, dass sich der Flüssigkeitshorizont (10) resp. die Grenzfläche (10) bei zwei nichtmischbaren Flüssigkeiten (4,5) exakt in der Mitte der vorzugsweise zylinderförmigen Messzelle befindet; was durch exaktes 1/2 Auffüllen bei einer Flüssigkeit (4) resp. 1 : 1 Auffüllen der zwei Flüssigkeiten (4,5) erreicht wird.
    [0009] Wird nun die Normallage um einen positiven oder einen negativen Winkel ψ gedreht, so verkleinert resp. vergrössert sich die scheinbare Fläche des in der Noπnallage exakten 1/4 Kreissektors der Seitenflächen C und D, da die lichtundurchlässige Flüssigkeit (4) nun einen grösse- ren resp. kleineren Kreissektor abdeckt. Diese Veränderung der schein¬ baren Fläche reduziert resp. vergrössert den Lichtstrom auf das opto¬ elektronische Bauelement (9), dessen Signaländerung nun in Funktion des Winkels ψ umgeformt und als Messgrösse herangezogen wird. Eine besonders zweckmässige Gestaltung des optoelektronischen Theodolit- sensors mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs sieht vor, dass bei Verwendung von zwei nichtmischbaren Flüssigkeiten, diese eine möglichst unterschiedliche Dichte aufweisen. Ausserdem sind vor- zugsweise Flüssigkeiten mit möglichst tiefem. Dampfdruck resp. Schmelz¬ punkt einzufüllen. Hier eignen sich viele organische und auch anorga¬ nische Verbindungen, wie z.B. die folgenden Binärsysteme:
    [0010] - Höhere ein- und mehrwertige Alkohole / aromatische Verbindungen oder halogenierte Kohlenwasserstoffe;
    [0011] - organische Säureanhydride / aliphatische Kohlenwasserstoffe;
    [0012] - Quecksilber, Wasser mit Tensid- oder Alkoholzusatz, Schwefelkohlen¬ stoff / aliphatische oder aromatische Verbindungen und viele andere mehr. Sofern als lichtundurchlässige Flüssigkeit nicht Quecksilber eingefüllt wird, ist die eine Flüssigkeit (4) lichtundurchlässig einzufärben. Dies kann durch Farbstoff, je nach Art der beiden Flüssigkeiten auch durch Indikatorzusatz, Russ oder anderen Pigmenten geschehen. Vor allem ist darauf zu achten, dass die Einfärbung selektiv und äusserst stabil über Jahre unverändert bestehen bleibt. Um eine Sedimentation des Pig¬ mentes zu verhindern, ist dessen Partikelgrösse derart fein zu wählen, dass die BROWNsche Molekularbewegung wirken kann.
    [0013] Die Messzelle (3) ist mit Vorzug zylinderförmig auszubilden, um eine sehr einfache Funktion des Lichtstroms (durchscheinende Fläche) zum Winkel (f zu erzielen; nämlich Proportionalität.
    [0014] Das Verhältnis Kreisdurchmesser E zur Höhe F kann dabei 10'000 : 1 bis 10 : 1, vorzugsweise 2'000 : 1 bis 50 : 1 betragen. Die Abdeckungen
    [0015] (6,7) können kalotten- und/oder kegelförmig ausgebildet sein und sind innen derart zu beschichten oder mit Metall zu bedampfen, dass sie einen hohen Reflexionsgrad aufweisen und somit eine gleichmässige Licht- verteilung gewährleisten. Vorzugsweise sind die Innenflächen mit reiner, weisser Farbe mit hohem Reflexionsgrad zu beschichten.
    [0016] Als Lichtquelle (8) eignen sich Glühlampen oder Leuchtdioden, die auf das optoelektronische Bauelement (9) hinsichtlich Wellenlänge und Strah- lungsleistung abgestimmt sind. Vor allem ist bei den Glühlampen darauf zu achten, dass sie durch Konstruktion und künstliche Alterung auf stabile und damit kalibrierbare fotometrische Daten ausgelegt sind.
    [0017] Um eine regelmässige Lichtverteilung zu erzielen, ist es angebracht vor die Lichtquelle (8) eine ebene diffus strahlende Fläche (11) anzu- bringen. Als optoelektronisches Bauelement (9) eignet sich grundsätzlich jeder optoelektronische Empfänger, sei dies nun ein Fotowiderstand,
    [0018] Fotodiode, Fotoelement, Fototransistor, Fotothyristor oder ein Foto- - tt -
    [0019] multiplier. Vor allem ist darauf zu achten, dass das optoelektronische Bauelement (9) eine hohe Linearität zwischen Messgrösse (Spannung, Widerstand, Strom) und Beleuchtungsstärke über mehrere Dekaden beibe¬ hält. Aufgrund ihrer Proportinalität zwischen Fotostrom resp. Kurz- schlussstrom und Beleuchtungsstärke eigenen sich Fotodioden resp. Foto¬ elemente vorzüglich, da eine aufwendige Linearisierung entfällt. Der Abstand R zwischen Lichtquelle (8) und optoelektronischem Bauelement (9) ist derart zu wählen und abzustimmen, dass unter Berücksichtigung der Ausdehnung von Sender (8) und Empfänger (9) ein minimaler Fehler entsteht.
    权利要求:
    ClaimsAnsprüche
    1. Optoelektronischer Theodolitsensor (1), bestehend aus Gehäuse (2), Messzelle (3) mit einer (4) oder zwei Flüssigkeiten (4,5), dadurch gekennzeichnet, dass sich in der senkrecht aufgestellten, flachen, an beiden Seitenflächen A und B lichtundurchlässigen, an den beiden Seitenflächen C und D lichtdurchlässigen Messzelle (3) zur Hälfte eine (4) oder je zur Hälfte zwei nichtmischbare Flüssigkeiten (4,5) vorliegt resp. überschichtet vorliegen, wovon die eine (4) licht¬ undurchlässig und die andere (5) lichtdurchlässig ist, und dass beidseitig an die Seitenflächen C und D je eine Abdeckung (6,7) angebracht ist, die mindestens eine Lichtquelle (8) resp. mindestens ein optoelektronisches Bauelement (9) aufweist, so dass eine Winkel¬ änderung der Messzelle (3) ein optoelektronisches Signal ergibt, welches nach entsprechender Umformung zum Messen des Winkels dient.
    2. Optoelektronischer Theodolitsensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass als Flüssigkeiten (4,5) alle nichtmischbaren binären Systeme eingefüllt werden können, welche an der Grenzfläche (10) eine scharfe Trennlinie ergeben, vorzugsweise solche Flüssigkeits¬ systeme, welche eine möglichst unterschiedliche Dichte sowie einen möglichst tiefen Dampfdruck resp. Schmelzpunkt aufweisen.
    3. Optoelektronischer Theodolitsensor nach Anspruch 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass das binäre Flüssigkeitssystem aus zwei organischen oder zwei anorganischen oder einem organischen und einem anorga¬ nischem Stoff besteht.
    4. Optoelektronischer Theodolitsensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass die lichtundurchlässige Flüssigkeit (4) Quecksilber oder eine eingefärbte organische oder anorganische Verbindung dar¬ stellt.
    5. Optoelektronischer Theodolitsensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Messzelle (3) zylinderförmig ausgebildet ist und das Verhältnis Kreisdurchmesser E zu Höhe F 10'000 : 1 bis 10 : 1 , vorzugsweise 2'000 : 1 bis 50 : 1, beträgt.
    6. Optoelektronischer Theodolitsensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Abdeckungen (6,7) kalotten- und oder kegelförmig ausgebildet sind und innen einen hohen Reflexionsgrad aufweisen.
    7. Optoelektronischer Theoάolitsensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Lichtquelle (8) ein auf das optoelektronische
    Bauelement (9) abgestimmte Wellenlänge und Strahlungsleistung abgibt.
    8. Optoelektronischer Theodolitsensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass das optoelektronische Bauelement (9) ein Fotowider¬ stand oder eine Fotodiode resp. Fotoelement oder ein Fototransistor oder ein Fotothyristor oder ein Fotomultiplier darstellt.
    9. Optoelektronischer Theodolitsensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass als Lichtquelle (8) Glühlampen oder Leuchtdioden verwendet werden.
    10. Optoelektronischer Theodolitsensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Abstand R zwischen Lichtquelle (8) und optoelek¬ tronischem Bauelement (9) derart abgestimmt ist, dass unter Berück¬ sichtigung der Ausdehnung von Sender (8) und Empfänger (9) ein mini¬ maler Fehler erreicht wird.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    引用文献:
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    法律状态:
    1988-03-24| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AU JP KR SU US |
    1988-03-24| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    1988-05-10| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1987905582 Country of ref document: EP |
    1988-09-14| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1987905582 Country of ref document: EP |
    1991-05-29| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1987905582 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    CH3686/86-1||1986-09-15||
    CH368686A|CH673890A5|1986-09-15|1986-09-15||DE19873770453| DE3770453D1|1986-09-15|1987-09-08|Optoelektronischer theodolitsensor.|
    AT87905582T| AT64003T|1986-09-15|1987-09-08|Optoelektronischer theodolitsensor.|
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