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Gravimeter Zusatz zum Patent 1 070 835 Im Hauptpatent ist ein statisches
Gravimeter mit einer durch elastische Mittel in einer Gleichgewichtslage gelagerten
Gravimetermasse beschrieben worden, bei dem - nach dem Vorschlag des Hauptpatents
-zwischen der Gravimetermasse und einem bei Bewegungen der Gravimetermasse ortsfest
verbleibenden Gravimeterbestandteil ein an sich bekanntes astatisch ausbildbares
und mit einem Reflektor versehenes Pendel derart angeordnet ist, daß sich Lageänderungen
der Gravimetermasse als Drehungen und/oder Neigungen des Pendelkörpers auswirken,
wobei der Pendelkörper an mindestens zwei flexiblen Fäden oder Bändern hängt und
ein Lichtzeiger über den Pendelkörper geführt ist, der zur Anzeige der Gravitationsänderungen
dient.
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Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Weiter- und Ausbildung
derartiger Gravimeter.
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Es wurde im Hauptpatent bereits darauf hingewiesen, daß Gravimeter
dieser Ausbildung zwar eine außerordentlich große gravimetrische Meß empfindlichkeit
aufweisen, jedoch dabei gleichzeitig auch in beträchtlichem Umfang neigungsempfindlich
sind. Es wurde deshalb auch bereits zur Beseitigung der daraus resultierenden Umstände
vorgeschlagen, solche Nei gungseinflüsse durch ein zweites Pendel der oben an gedeuteten
Art zu beseitigen, indem die Pendelaufhängung dieses zweiten Pendels so gewählt
wird, daß bei Änderungen der Erdschwere gegenläufige Bewegungen der beiden Pendelkörper
eintreten. Es zeigt sich dann nämlich, daß nicht nur die Anzeigeempfindlichkeit
des Instrumentes verdoppelt wird, sondern daß diese Anzeige auch vollkommen unabhängig
davon erfolgt, ob- das Gravimetersysteni geneigt aufgestellt ist oder nicht.
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Wenngleich das im Hauptpatent vorgeschlagene Gravimeter dieser Ausbildung
also prinzipiell unabhängig von Neigungen des Instruments arbeitet, zeigt sich doch,
daß das Gerät von »dynamischen« Neigungseinflüssen nicht frei ist In der praktischen
Anwendung der Gravemeter sind nämlich Gegebenheiten zu beachten, die die Aufstellung
des Gerätes im Gelände betreffen. So kommt es z. B. häufig vor, daß die Geräte auf
sandigem Boden aufgestellt werden müssen, wobei ständig Geräteverlagerungen in Form
von Neigungen in Kauf genommen werden müssen. Bei den eingangs erwähnten »statisch
neigungskompensierten Gravimetern machen sich solche Neigungen dadurch ein ständiges
Laufen beider Lichtzeiger bemerkbar, so daß eine Messung trotz der »neigungsunabhängigen«
Arbeitsweise des Gravimeters nicht (oder nur schlecht) durchführbar ist.
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Diese Einflüsse zu beseitigen, war das Ziel der Erfindung. Es zeigt
sich jedoch, daß die erfindungsgemäßen Mittel nicht nur auf solche Gravimeter anwendbar
sind, die im obigen Sinne statisch neigungskompensiert sind, vielmehr sind sie prinzipiell
ihrerseits geeignet, jedem Gravimeter, das mit einem dem Hauptpatent entsprechenden
Pendelindikator ausgerüstet ist, eine neigungsunabhängige Arbeitsweise zu erteilen.
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Erfindungsgemäß wird ein Gravimeter mit einer durch elastische Mittel
in einer Gleichgewichtslage gelagerten Gravimetermasse, bei dem zwischen der Gravimetermasse
und einem ortsfest verbleibenden Gravimeterbestandteil ein oder zwei an sich bekannte
astatisch ausbildbare, an Fäden oder Bändern aufgehängte und mit je einem Reflektor
versehene Pendel derart angeordnet sind, daß sich Lageänderungen der Gravimetermasse
als Drehungen und/oder Neigungen der Pendelkörper auswirken, wobei je ein Lichtzeiger
über den zugehörigen Pendelreflektor geführt ist, nach Patent 1 070 835, vorgeschlagen,
das sich dadurch kennzeichnet, daß die Strahlengänge der Lichtzeiger derart über
die im Gerät vorhanrdenen oder über zusätzlich angeordnete Reflektoren geführt sind,
daß außer der Kompensation der durch eine nicht horizontale Aufstellung des Gravimeters
bedingten »statischen« Neigung auch die durch z. B. während der Messung auftretende
Neigungsänderungen bedingte »dynamische« Neigung kompensierbar ist.
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Diese Ausbildung des Gravitneters beseitigt nicht nur die eingangs
erwähnten »dynamischen« Neigungseinflüsse, sondern auch die »statischen«, wobei
zu beachten ist, daß der Kompensationsreflektor in der Weise gegenüber Neigungen
empfindlich sein muß, daß seine Drehungen die Verlagerungen des anzeigen-
den
Lichtzeigers infolge der Neigungen des gravimetrischen Pendels auch tatsächlich
kompensieren. Die Erfindung soll an Hand der Figuren näher erläutert werden.
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Die Fig. 1 zeigt schematisch ein statisch kompensiertes Gravimeter
nach dem Hauptpatent. Es bezeichnet 24 das eigentliche Gravimetergehäuse, 50 die
Grundplatte des Instrumentes, an der im wesentlichen alle Bestandteile des Gravimeters
befestigt sind. Mit der Grundplatte 50 fest verbunden ist das zentral im Gravimeter
gelegene rohrförmige Bauteil 52. Die Gravimetermasse wird durch den ringförmigen
Körper 53, der in der Figur im Schnitt angedeutet ist, gebildet.
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Die Masse 53 ist an den beiden Federn 21 und 22, die an der Grundplatte
50 befestigt sind, aufgehängt, so daß die Masse unter dem Einfluß von Schwereänderungen
in Richtung der Federachsen beweglich ist.
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Mit der Masse 53 fest verbunden ist die Platte 56, die über die stabförmigen
Verbindungen 57 und 58 mit der Masse 53 in Verbindung steht. 56 trägt zur Dämpfung
der Gravimetermasse eine übliche Luftdämpfungsvorrichtung 23, 23'.
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Durch die zentrale Öffnung des Bauteils 52 ist eine weiche Rückholfeder
32 geführt, die es durch Betätigung der mit ihren Verstellmitteln angedeuteten Mikrometerschraube
33 zuläßt, die-Gravimetermasse nach Lageänderungen jeweils in ihre ursprüngliche
Lage meßbar zurückzuführen. Die Verdrehung der Mikrometerschraube 33 kann in üblicher
Weise an einer Skala im Gesichtsfeld des Ablesemikroskops 34 abgelesen werden. Die
hierzu erforderlichen Mittel sind, da sie bei Gravimetern allgemein gebräuchlich
sind, nicht dargestellt.
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Dem Nachweis der Lageänderungen der Gravimetermasse 53 dienen die
beiden pendelnd aufgehängten Refiektoren 25 und 26, die an Fäden 25', 25" bzw. 26',
26" einmal an der Gravimetermasse und zum anderen an dem ortsfest verbleibenden
Gravimeterbestandteil 52 befestigt sind. Die Befestigungspunkte 76, 77 bzw.
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78, 79 der Bänder bzw. Fäden sind justierbar und lassen eine Justierung
der Pendel 25 und 26 zu. Die Justiermittel sind im Falle der Befestigungspunkte
78, 79 durch eine Schraube 80 angedeutet, die die axiale Verschiebung des Trägers
81 der Befestigungsmittel 78, 79 für die Bänder 25", 26" zuläßt.
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Die Pendelkörper 25 und 26 bestehen aus zwei Prismen, die auf den
Fassungen 82 bzw. 83 gelagert sind.
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Die Fassungen dienen gleichzeitig der Befestigung der Aufhängefäden.
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An den Fassungen 82 bzw. 83 sind noch Laufgewichte 29 bzw. 30 befestigt,
die auf den Führungen 86 und 87 in Längsrichtung beweglich angeordnet sind. Die
Verschiebung der Laufgewichte bewirkt eine Verlagerung des Schwerpunktes der Pendel
und läßt somit die Einjustierung der erwünschten Empfindlichkeit der Meßanordnung
zu. Um die Indikatorpendel 25, 26 zu dämpfen, sind an den Führungen 86 bzw. 87 Mittel
88 bzw. 89 zur Luftdämpfung der Pendelbewegungen vorgesehen. Die Dämpfungskammern
der Luftdämpfungseinrichtung sind auf der Platte 90 angeordnet, die mit dem Bauteil
52 fest in Verbindung steht. Die Platte 90 ist bei 91 durchbohrt, so daß die Rückholfeder
32 an der Platte 56 befestigt werden kann. tYber die Reflektoren 25 und 26 sind
- wie bereits nach dem Hauptpatent - zwei Lichtzeiger 100 und 101 geführt. Die Abbildungsstrahlengänge
beider .Lichtzeiger sind symmetrisch, sie weichen jedoch von der Lichtzeigerführung
des Hauptpatents ab. Der Lichtzeiger 100 wird an dem Prisma 102 reflektiert
und gelangt
über den Reflektor 103 auf das Gravimeterpendel 26, wird dort abermals reflektiert
und läuft über das andere Gravimeterpendel 25 zu einem Gegenspiegel 104, der über
eine Halterung an dem Gehäuseteil 52 ortsfest befestigt ist. Die Schrauben 106 dienen
der Justierung des Reflektors 104 und lassen die Kippung dieses Spiegels nach drei
Richtungen zu. An dem Spiegel 104 wird der Lichtzeiger 100 abermals reflektiert
und gelangt über die Reflektoren 25, 26, 103 und 102 in das Gesichtsfeld der Ableseeinrichtung
31, wo er über einer Skala spielt. Entsprechend liegen die Verhältnisse beim Zeiger
101, der über entsprechende ortsfeste Umlenkelemente ebenfalls über die Gravimeterpendel
25, 26 geführt ist und an einem Gegenspiegel 108 reflektiert wird und zurück in
das Gesichtsfeld der Ablesevorrichtung 31 gelangt.
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Dort bewegt sich der Lichtzeiger 101 ebenfalls an der dort vorgesehenen
Skala entlang.
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Die Funktion des beschriebenen Gravimeters ist die folgende: Bei
Ortsverlagerungen der Gravimetermasse 53 neigen sich die Reflektoren 25, 26 und
damit die beiden Lichtzeiger 100, 101 gegen ihre ursprüngliche Lage, wodurch die
beiden im Gesichtsfeld des Ablesemikroskops 31 beobachtbaren Lichtzeiger aus ihrer
Normallage bewegt werden und sich gegenläufig bewegend voneinander entfernen.
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Treten jetzt zusätzlich zur translatorischen Bewegung von 53 Neigungen
des Gesamtinstrumentes ein, so heben sich infolge der gleichen Empfindlichkeit beider
Pendel die aus den Neigungen resultierenden Versetzungen der beiden Lichtzeiger
auf, so daß also die Lichtzeiger im Gesichtsfeld der Ablesevorrichtung 31 ihre augenblickliche
durch die Lage der Gravimetermasse bestimmte Position beibehalten.
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Die Fig. 2 zeigt zur Verdeutlichung in einer Draufsicht die Gravimetermasse
53, die Reflektoren 25 bzw.
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26, die dazugehörigen Aufhängemittel 72, 73 bzw. 74, 75 sowie gestrichelt
die beiden Reflektoren 108 und 104. Die Größe der beiden Reflektoren25, 26 ist so
bemessen, daß beide Lichtzeiger bequem über den gleichen Reflektor geführt werden
können.
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Die Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung. Es bezeichnet 53 wieder die ringförmige Gravimetermasse, an der die beiden
Reflektoren 114 bzw. 115 an Fäden wie im Gravimeter nach der Fig. 1 aufgehängt sind.
Zur Stabilisierung des Lichtzeigerstrahlenganges gegenüber Neigungen dient hier
jedoch ein gesondert im Abbildungsstrahlengang beider Lichtzeiger vorgesehener Reflektor
116, der an den Fäden 117 bzw. 118 ortsfest am Gravimeter angeordnet ist. Im übrigen
entsprechen die Bezifferungen dieser Figur den Bezifferungen der entsprechenden
Elemente der Fig. 1.
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Die Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Es bezeichnet 120 die an der Feder 121 aufgehängte Gravimetermasse; 122 bzw. 123
kennzeichnen die Gravimeterpendel. Die beiden Lichtzeiger 101 bzw. 100, die über
die beiden pendelnd gelagerten Reflektoren geführt sind, werden bezüglich der Neigungsabhängigkeit
dieser Reflektoren gesondert durch je ein eigenes Stabilisierungspendel 124 bzw.
125 stabilisiert. Die beiden Pendel 124, 125 sind hier wieder ortsfest durch Fäden
am Gravimeter befestigt. 126, 127 bezeichnen zwei umlenkende Reflektoren, die fest
am Gravimeter befestigt sind, und 128, 129 die zur Autokollimationsbeobachtung des
Lichtzeigers dienenden Gegenspiegel, die ebenfalls ortsfest befestigt sind.
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Die Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Es bezeichnet 120 wieder die Gravimetermasse,
123 das Gravimeterpendel,
126 ein optisches Umlenkelement und 130 ein Kompensationspendel. Der Lichtzeiger
131, derldurch ein eine Lichtquelle 134 enthaltendes Proj ektionssystem 135 erzeugt
wird, läuft über den Reflektor 123 und das Kompensationspendel 130 und wird von
dort direkt beispielsweise auf eine Mattscheibe 136 projiziert, wobei die Mattscheibe
eine Skala enthält. Ist die Empfindlichkeit des Pendels 130 der Empfindlichkeit
des Gravimeterpendels 123 angepaßt, so arbeitet die Anordnung nach Fig. 10 statisch
und dynamisch neigungsunabhängig.
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Unabhängig von den gezeigten Ausführungen sind ,elbstverständlich
andere Formen der Neigungskompensation möglich. Ein Gravimeter gemäß dem Ausführungsbeispiel
der Fig. 1 hat den Vorzug, daß man mit einem Minimum an Pendeln, seien es nun gravimetrisch
wirksame oder neigungskompensierende Pendel, auskommt. Darüber hinaus vereinigt
diese Ausbildung des Gravimeters eine hohe Neigungsunabhängigkeit mit einer hohen
gravimetrischen Meßlempfindlichkeit, die nicht nur durch die besondere Bemessung
der Pendelaufhängemittel selbst, sondern auch durch die besondere Lichtzeigerführung
gegeben ist.