DE2952110A1

DE2952110A1 - Lot- und drehgeschwindigkeitssensor

Info

Publication number: DE2952110A1
Application number: DE19792952110
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. Ernsberger; Eberhard Dipl.-Ing. 7990 Friedrichshafen Schutte
Original assignee: Dornier System GmbH
Current assignee: ERNSBERGER, KLAUS, PROF. DIPL.-ING., 7990 FRIEDRIC
Priority date: 1979-12-22
Filing date: 1979-12-22
Publication date: 1981-07-02

Description

Lot- und Drehgeschwindigkeitssensor
Die Erfindung betrifft einen Lot- und Drehgeschwindigkeitssensor, insbesondere zur Stabilisierung und relativen Lotausrichtung von Antennen auf Schiffen.
In der Schiffahrt gewinnt in zunehmendem Maße die Satelliten-Kommunikation und -Navigation und die Radartechnik an Bedeutung. Zur Stabilisierung und relativen Lotausrichtung der erforderlichen Antennen auf den bewegten Schiffen werden Lage-und Geschwindigkeitssensoren benötigt. Der meist grosse Abstand des Einbauortes der Antennen von der Roll- und Nickachse des Schiffes bedeutet grosse Querbeschleunigungen für die Lotsensoren. Diese translatorischen Beschleunigungen wirken störend auf das Meßergebnis. Die wesentlichen physikalischen Anforderungen an die Lotsensoren sind: - grosse Empfindlichkeit gegenüber den zu messenden rotatorischen Bewegungen - starke Unterdrückung der translatorischen Bewegungen im Frequenzbereich der Schiffsbewegungen - möglichst lineare Winkelfunktion im Bereich der Nullage.
Es ist bekannt, Lotkreisel oder ersatzweise Drehgeschwindigkeitssensoren in Verbindung mit nichtlinearen Lotreferenzen (Libellen) zu verwenden. Diese Sensorpakete sind, insbesondere im Hinblick auf die zu erwartende Serienfertigung von Schiffsantennen ein erheblicher Kostenfaktor.
Aus der DE OS 15 48 429 ist ein Lotsensor mit einem rotationssymmetrischen Auftriebskörper, der sich innerhalb eines flüssigkeitsgefüllten Behälters befindet, bekannt. Dieses Lotrichtungsmeßgerät ist jedoch nur für statische Anwendungsfälle geeignet. Wird das Gerät translatorisch bewegt, so gibt es ein falsches Lot an, denn es misst - wie auch Libellen - das Scheinlot. Bei diesem bekannten Gegenstand ist der Auftriebskörper mittels eines Magneten an einem Punkt des Behälters gefesselt, wobei die Form des Behälters nicht wesentlich ist und in der Regel ein Zylinder sein wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kostengünstig herstellbaren Lotsensor zu schaffen, der für die dynamische Messung der Lotreferenz geeignet ist und sowohl die Lage wie auch die Rotationsgeschwindigkeit als Systemgrösse erfassen kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Auftriebskörper eine Vollkugel oder eine flüssigkeitsgefüllte Hohlkugel ist und der Behälter, in dem sich die Kugel befindet, ebenfalls eine flüssigkeitsgefüllte Hohlkugel oder ein Torus grösseren Durchmessers ist und die äussere Oberfläche der kleineren Kugel die Innenfläche der grösseren Hohlkugel berührt.
Erfindungsgemäss ist es vorteilhaft, wenn die kleinere Kugel aus einem dünnwandigen Kunststoff wie Polypropylen besteht und kleine Bohrungen aufweist. In der grossen Kugel (und in der kleinen) befindet sich vorzugsweise ein Gemisch aus Wasser und Alkohol, wobei beide Kugeln vollständig mit diesem Gemisch gefüllt sind.
Die Wirkungsweise des erfindungsgemässen Lotsensors beruht auf dem Pendelprinzip. Der wesentliche Grundgedanke ist die Herabsetzung der Eigenfrequenz des mathematischen Pendels durch Reduzierung der für das Pendel "wirksamen Erdbeschleunigung", so dass für sehr kleine Werte von g'.
Diese Reduzierung der "wirksamen Erdbeschleunigung" kann durch eine der Erdbeschleunigung entgegengerichtete Kraft, welche wie diese im Schwerpunkt der Pendelmasse angreift, geschehen. Wird das Pendel in einer Flüssigkeit, deren Dichte geringfügig kleiner als die Dichte der Pendelmasse = S'K ~ rF) ist, realisiert, so kompensiert die Auftriebskraft in gewünschter Weise die Schwerkraft und über die Anpassung der Dichte der Flüssigkeit ist die Pendeleigenfrequenz zu beeinflussen.
Die Pendelmasse eines mathematischen Pendels macht eine kreisförmige Zwangsbewegung um den Pendelaufhängungspunkt.
Ein Faden oder dergleichen nimmt die radialen Kräfte auf.
Das Pendel im erfindungsgemässen Lotsensor ist dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Kräfte durch eine gekrümmte Fläche, deren Flächennormale in jedem Bewegungspunkt des Pendels auf den ideellen Drehpunkt zeigt, aufgenommen werden.
Die Pendelmasse ist eine möglichst dünnwandige Hohlkugel oder eine Vollkugel, deren Temperaturausdehnungskoe ffi zient gleich dem der Flüssigkeit ist. Sie ist deshalb dünnwandig, um den Effekt unterschiedlicher Temperaturausdehnungskoeffizienten von Kugelmaterial und Flüssigkeit klein zu halten.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Figur.
Die einzige Figur hat die prinzipielle Darstellung eines erfindungsgemässen Lot- und Drehgeschwindigkeitssensor.
Der Lot- und Drehgeschwindigkeitssensor 2 besteht aus einer Hohlkugel 4 grösseren Durchmessers, die beispielsweise aus Acrylglas besteht und ein Ausdehnungsgefäss 6 aufweist. In dieser Hohlkugel 4 befindet sich eine zweite kleinere Hohlkugel 8 aus Polystyrol, welche kleine Bohrungen 10 besitzt.
Beide Hohlkugeln 4, 8 sind vollständig mit einer Mischung 12 aus Wasser und z.B. Glyzerin gefüllt, wobei das spezifische Gewicht des Gemisches der grösseren Hohlkugel geringfügig kleiner sein muss als das spezifische Gewicht des Gemisches innerhalb der kleineren Hohlkugel. In der senkrechten Symmetrieachse 14/14 befindet sich über der äusseren Kugel 4 eine Lichtquelle 16, die einen Strahlengang 18 aussendet.
Der durch die innere Kugel 8 bewirkte Schatten 20 wird beispielsweise durch Solarzellen 22 sensiert. Der von den Solarzellen ausgehende Strom wird in einem nicht gezeigten Differenzverstärker verstärkt und einer Anzeigevorrichtung zugeleitet.

Claims

Patentansprüche: 9 Lot- und Drehgeschwindigkeitssensor mit einem rotationssymmetrischen Auftriebskörper, der sich innerhalb eines flüssigkeitsgefüllten Behälters befindet, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftriebskörper eine flüssigkeitsgefüllte Hohlkugel (8) ist und der Behälter ebenfalls eine Hohlkugel (4) oder ein Torus grösseren Durchmessers ist und die äussere Oberfläche der kleineren Hohlkugel (8) die Innenfläche der grösseren Hohlkugel (4) berührt.
2. Lot- und Drehgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kleinere Hohlkugel (4) dünnwandig ist und kleine Bohrungen (10) aufweist.
3. Lot- und Drehgeschwindigkeitssensor nach Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich in der kleinen (8) und in der grösseren Kugel (4) eine Flüssigkeit befindet, deren spezifisches Gewicht nur geringfügig geringer ist als das der inneren Hohlkugel (8).
4. Lot- und Drehgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass beide Kugeln (4, 8) vollständig mit der Flüssigkeit gefüllt sind.