CH627868A5 - Schaltungsanordnung fuer elektronische ge-schwindigkeitsmessung. - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanord- 50 nung für elektronische Geschwindigkeitsmessung einer bewegten Vorrichtung. Sie ist beispielsweise als Tachometer für den Zugriffsmechanismus eines Plattenspeichergerätes verwendbar.

In der amerikanischen Patentschrift Nr. 3 820 712 mit dem Titel «Electronic Tachometer» ist eine elektronische Tachome- 55 terschaltung beschrieben, die am Ausgang ein Geschwindigkeitssignal erzeugt, das aus der Kombination eines unstetigen Lagesignals und eines stetigen Beschleunigungssignals besteht. Die das Lagesignal verarbeitenden Schaltkreise umfassen Differenziermittel in der Form konventioneller RC-Glieder sowie 60 Tiefpassfilter.

In bekannten Tachometereinrichtungen für Zugriffsmechanismen, beispielsweise mit Linearmotor für ein Plattenspeicher-gerät ausgerüstet, ist es üblich, mit einem Lagesignal und einem Geschwindigkeits- oder Beschleunigungssignal zu arbeiten. Im 65 Fall eines solchen Gerätes geben diese Signale Aufschluss über die Lage sowie die radiale Bewegung von Schreib/Leseköpfen, die den Zugriff ausführen, mit Bezug auf Datenspuren auf einer

Plattenoberfläche. Mit zunehmender Spurendichte und abnehmendem Spurenabstand wird die Forderung nach Präzision zum Abfühlen und Erzeugen dieser anzeigenden Signale immer dringender gestellt.

Beim Betrieb eines Plattenspeichergerätes, in welchem ein elektronischer Tachometer Verwendung findet, tritt neuerdings ein besonderes Problem auf. Es besteht darin, dass während einer Suchoperation, wenn der Zugriffmechanismus in seiner Bewegung von Datenspur zu Datenspur jeweils beschleunigt und abgebremst wird, sich die Frequenz der abgefühlten Lage-und Geschwindigkeitssignale relativ rasch ändert und gleichzeitig hochfrequentes Rauschen eingeführt wird. Ausserdem können Phasenverschiebung, Amplitudenabfall und Nichtlinearität des Tachometersignals auftreten, insbesondere nahe der Grenzfrequenz einer Differenziereinrichtung. Diese Probleme beeinflussen den Betrieb eines Generators, der die während einer Suchoperation zu beachtende Beschleunigungs- und Bremskurve steuert. In der Folge kann der Zugriffsmechanismus die ausgewählte Datenspur über- oder unterschiessen. Es kann deswegen aber auch fehlerhafte Ausrichtung des abfühlenden Schreib/Lesekopfes auf die gewählte Spur vorkommen.

Die vorliegende Erfindung verfolgt den Zweck, die vorgenannten Probleme zu lösen oder die Schwierigkeiten zu vermeiden. Dieser Zweck wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale erreicht. Dies geschieht vor allem durch Verbesserungen im Konzept bisher bekannter Anordnungen, sowie durch Vorkehrungen, die zum Betrieb mit weitgehend konstantem Rauschabstand führen, indem die Signalamplitude angehoben und hochfrequentes Rauschen unterdrückt wird. Die benötigte Bandbreite bei der Signalverarbeitung wird dabei selbsttätig geregelt. Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben und anhand der Zeichnung erläutert:

In der Zeichnung zeigt:

Figur 1 ein Blockschema zur Darstellung des erfinderischen Konzeptes für die Schaltungsanordnung für einen elektronischen Geschwindigkeitsmesser, und

Figur 2 eine Blockschaltung eines Ausführungsbeispieles für einen elektronischen Geschwindigkeitsmesser.

Die Figur 1 stellt ein Differenzierglied mit variabler Bandbreite dar, das beispielsweise in einem elektronischen Geschwindigkeitsmesser verwendet werden kann und ein Subtrahierglied 10 umfasst. Letzteres erhält eine Eingangsspannung Ve, welche von der Bewegung eines Zugriffsmechanismus abhängig ist und dann erzeugt wird, wenn der Mechanismus nach technisch bekanntem Verfahren die auf einer Plattenoberfläche voraufgezeichneten Servospuren überstreicht. Datenspuren werden auf den Oberflächen anderer Platten aufgezeichnet oder ausgelesen, die mit der Servoplatte auf derselben Drehachse sitzen. Diese Datenspuren sind kreisrund und entsprechen genau der Form der Servospuren.

Das Ausgangssignal des Subtrahiergliedes wird an einen Verstärker 12 mit regelbarer Verstärkung weitergeleitet, dem gleichzeitig eine Regelspannung Vc zugeführt wird. Die Erzeugung der Regelspannung Vc erfolgt proportional dem Geschwindigkeitssignal, das im elektronischen Geschwindigkeitsmesser verarbeitet wird. Das Ausgangssignal Va des Regelverstärkers 12 wird über eine geschlossene Rückkopplungsschleife mit einem integrierenden RC-Netzwerk 14 geführt und gelangt dann in integrierter Form an einen weiteren Eingang des Subtrahiergliedes 10. Dank dieser Schaltung kann zwecks Änderung der Grenzfrequenz die Verstärkung geregelt werden, so dass die Linearität der Signalübertragung für hohe Eingangsfrequenz verbessert und hochfrequentes Rauschen bei niedriger Eingangsfrequenz nicht verstärkt wird. Als Resultat kann ein konstanter Rauschabstand erzielt werden.

Eine Ausführung der Schaltung des elektronischen Geschwindigkeitsmessers, einschliesslich Differenzierglied mit va-

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riabler Bandbreite gemäss Figur 1, ist in der Figur 2 mit weite- de 104 und die höhere Spannung VR liegt dann am betreffenden ren Einzelheiten abgebildet. Die Schaltung basiert auf jener der Eingang des Multiplikators 33. Ist jedoch Vc grösser als die amerikanischen Patentschrift 3 820 712 und es ist zu beachten, Bezugsspannung VR, so leitet die Diode 102 und die Regelspan-dass zwei darin enthaltene Differenzierglieder, welche gleichzei- nung Vc wird dem Multiplikator 33 zugeführt. Die Dioden-tig auch als Hochpassfilter wirken und daher unerwünschte Pha- 5 Schaltung verhindert, dass die Grenzfrequenz des Signalweges senverschiebungen und Amplitudenänderungen verursachen, auf Null zustrebt.

durch eine Anordnung mit einem Regelverstärker ersetzt wor- Die Signalspannung Vc des Signalprozessors 40 bewirkt ei-den sind. Der Regelverstärker kann ein Zweiquadrantenmulti- nen Stromfluss im Widerstand 105, der die Bandbreite in der plikator sein, der mit einem Integrierglied in einer geschlosse- Differenzierschaltung steuert. Der Multiplikator verarbeitet nen Rückkopplungsschleife ausgerüstet ist, wie in der Folge 10 diesen Signalstrom, der nur positive Polarität hat, und liefert als dargelegt wird. Ausgangssignal das Produkt dieses positiven Signalstromes im In der Figur 2 wird eine Eingangsspannung Ve, die ein von Widerstand 105 und des Signalstromes im Widerstand 31. Das der Bewegung abhängiges, unstetiges Signal darstellt, an einen Ausgangssignal Va des Multiplikators 33 gelangt über den Eingangsanschluss 30 geführt. Es gelangt über einen Wider- Schalter 78, wenn dieser geschlossen ist, an eine Summierschalstand 31 an den regelbaren Verstärker, beispielsweise an einen 15 tung 85. Das Signal Va ist eine Rechteckwelle, deren Amplitude Zweiquadrantenmultiplikator 33. Die genannte Eingangsspan- von der Frequenz des Eingangssignales Ve abhängig ist. Es stellt nung Ve kann im Bereich von + 5 bis — 5 Volt liegen und wird also analog die Geschwindigkeit des Zugriffsmechanismus dar. aus der Bewegung eines Zugriffsmechanismus abgeleitet, der Das Ausgangssignal des Summiergliedes 85 dient der Erzeu-sich radial über die Oberfläche einer Speicherplatte mit einer gung eines Geschwindigkeitssignales zur Ansteuerung eines Li-grossen Zahl von konzentrischen, aufgezeichneten Servospuren 20 nearmotors oder eines Zugriffsmechanismus.

bewegt. Die Signalspannung Ve ist proportional der Relativbe- Wenn das Ausgangssignal des ODER-Gliedes 63 auf ho-wegung zwischen den Servospuren und dem Zugriffsmechanis- hem Pegel liegt, dann wird über einen Eingang das Summiermus, der bei einem Plattenspeichergerät eine Magnetkopfan- glied 85 durch den Schalter 83 an Erde gelegt. Ein Ausgangssiordnung einschliesst. gnal des selbsthaltenden Schalters 57 wird dem ODER-Glied Das Ausgangssignal Va des Zweiquadrantenmultiplikators 25 71 zugeführt und gelangt nach Inversion in Inverter 75 an die 33 am Knotenpunkt 88 wird einem Schalter 78 zugeleitet, der Magnetspule 82, welche den Schalter 81 betätigt. Ist dieser durch eine Magnetspule 77 betätigt wird. Gleichzeitig wird das Schalter geschlossen, dann wird dem Summierglied 85 das inSignal Va in einem Inverter 90 um 180° in der Phase verschoben vertierte Geschwindigkeitssignal Va des Multiplikators 33 zuge-und einem Schalter 81 zugeführt, der mittels einer Magnetspule leitet.

82 betätigt wird. 30 An den Signalprozessor 40 gelangt also das Signal über den Im oberen Teil der Figur 2 ist eine Zeitgeberschaltung abge- Weg mit dem Filter 59, dem Komparator 61, ODER-Glied 63 bildet, welche zwei Tiefpassfilter 51 und 59 umfasst, die der und Inverter 87. Gleichzeitig wird dem Prozessor auch ein Si-Rauschunterdrückung dienen. Das Eingangssignal Ve gelangt gnal IM zugeführt, das dem Erregerstrom in der Spule des Line-vom Eingangsanschluss 30 direkt an das Filter 51 und über armotors proportional ist. Ein anderer Weg zum Signalprozes-einen Inverter 32 in invertierter Form an das Filter 59. Die 35 sor 40 schliesst den Multiplikator 33 und die Summierschaltung daran anschliessenden Komparatoren 53 bzw. 61 bewirken die 85 ein. Der Prozessor 40 erzeugt nun die Regelspannung Vc, die Begrenzung der in den Tiefpässen 51 bzw. 59 gefilterten Signale dann über das Diodennetzwerk wieder dem Multiplikator 33 zwecks Bildung eines Rechtecksignals. Der Ausgang der Kom- zugeleitet wird. Somit arbeiten der Prozessor und der Multipli-paratoren 53 und 61 liegt jeweils auf hohem Potential, jedesmal kator gemeinsam in einer geschlossenen Rückkopplungswenn das jeweilige Eingangssignal negativer ist als ein vorgege- 40 schleife.

benes Bezugssignal von beispielsweise — 2,5 Volt. Die Aus- Das Ausgangssignal Va des Multiplikators 33 am Knotengangssignale der Komparatoren werden je an den Rückstell- punkt 88 wird an eine integrierende RC-Schaltung, bestehend bzw. Einstelleingang (R bzw. S) eines selbsthaltenden Schalters aus Widerstand 70, Kapazität 72 und Operationsverstärker 73 57 sowie an die Eingänge eines ODER-Gliedes 63 gelegt. geführt, wobei letzterer mit seinem einen Eingang an die Ver-

Das Ausgangssignal des ODER-Gliedes 63 wird über die 45 bindung 92 zwischen dem Widerstand und der Kapazität des weiteren ODER-Glieder 69 und 71 an eine Magnetspule 84 zur integrierenden RC-Gliedes geschlossen ist. Der andere Eingang

Betätigung eines Schalters 83 geführt. Das Ausgangssignal des des Operationsverstärkers ist über einen Widerstand mit Erd-

ODER-Gliedes 63 gelangt aber auch an einen Inverter 87 und potential verbunden. Der Ausgang des genannten Verstärkers wird in invertierter Form einem Signalprozessor 40 zugeleitet. 73 führt an den zweiten Anschluss der Kapazität 72 sowie über

Dasselbe Ausgangssignal des ODER-Gliedes 63 dient gleich- so einen Widerstand 94 und liefert so einen Strom an den einen zeitig der Bildung eines Zeitgebersignals, das für die Auslösung Eingang des Multiplikators 33, wodurch eine zweite geschlosse-

eines unstetigen Endsignals im Signalprozessor 40 gebraucht ne Rückkopplungsschleife gebildet wird.

wird. Dieses Endsignal wird mit Regelspannung Vc bezeichnet Einem linearen Verstärker mit regelbarer Verstärkung wird und beeinflusst die Bandbreite des Signalweges, der durch den also eine veränderliche Regelspannung zugeführt. Diese Regel-Multiplikator 33 hindurchführt. 55 Spannung ändert sich aber proportional der Ausgangsspannung Diese Regelspannung Vc gelangt an den Zweiquadranten- des regelbaren Verstärkers. Ausserdem umfasst die Anordnung multiplikator 33 über ein Diodennetzwerk mit den beiden Dio- eine aktive Differenzierschaltung, die eine Rückkopplungs-den 102 und 104. Wenn das Signal Vc am Ausgang des Signal- schleife mit Integrierglied einschliesst. Dank diesen Vorkehrun-prozessors 40 Null ist, was stets bei Beginn eines Zugriffsvor- gen wird automatisch die Bandbreite des Kanals für das zu verganges der Fall ist, dann ist die Diode 102 in Sperrichtung vor- 60 arbeitende Signal in Abhängigkeit von dessen Frequenz und gespannt. Eine konstante Bezugsspannung VR aus einem stabili- unabhängig vom Übertragungsmass gesteuert. Dadurch ist das sierten Versorgungsgerät gelangt unter diesen Umständen über Verhältnis der Geschwindigkeit bzw. der Signalfrequenz zur die Diode 104 an den Eingang des Multiplikators 33. Ist Vc Bandbreite in einem Bereich von Geschwindigkeiten konstant, kleiner als die konstante Bezugsspannung VR, so leitet die Dio-

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1. 627 868

   PATENTANSPRÜCHE

   1. Schaltungsanordnung für elektronische Geschwindigkeitsmessung einer bewegten Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass ein in seiner Verstärkung regelbarer Verstärker (33) vorhanden und mit einem Anschluss (30) für ein lageab- 5 hängiges, periodisches Eingangssignal (Ve) verbunden ist, dass eine erste Rückkopplungsschleife den genannten regelbaren Verstärker (33) und wenigstens ein Integrierglied (70,72) um-fasst, welch letzteres an den Ausgang (88) des regelbaren Verstärkers angeschlossen ist, an welchem ein der Geschwindigkeit 10 der Vorrichtung proportionales Ausgangssignal (Va) erscheint, und dass eine zweite Rückkopplungsschleife wieder denselben regelbaren Verstärker (33) und Schaltmittel (85,40,102,105) zur Erzeugung eines dem genannten Ausgangssignal (Va) proportionalen Regelsignales (Vc) einschliesst. 15
2. 2. Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte regelbare Verstärker (33) ein Zweiquadrantenmultiplikator ist.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Integrierglied (70,72) in der 20 ersten Rückkopplungsschleife ein RC-Glied ist.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Schaltmittel zur Erzeugung des Regelsignals (Vc) wenigstens eine Summierschaltung (85) und einen mit dem Ausgang der letzteren verbundenen Signal- 25 Prozessor (40) umfassen.
5. 5. Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Anschluss (30) für ein Eingangssignal (Ve) zwei Signalwege (51,53,57,69 bzw. 32,59,61,63, 71) verbunden sind, von denen jeder wenigstens ein Tiefpassfil- 30 ter (51 bzw. 59) enthält, und dass Schalter (77/78,81/82) vorgesehen sind, welche je auf die Signale auf dem einen bzw. dem anderen Signalweg ansprechen, wobei die entsprechend zu schaltenden Kontakte (78 bzw. 81) in Signalzuleitungen zur genannten Summierschaltung (85) gelegt sind. 35
6. 6. Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bezugsspannungsanschluss für eine Bezugsspannung (VR) vorgesehen und mit dem regelbaren Verstärker (33) verbunden ist.
7. 7. Schaltungsanordnung nach den Patentansprüchen 4 und 4" 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Diodennetzwerk (102,

   104) mit dem Ausgang des genannten Signalprozessors (40) und dem Bezugsspannungsanschluss einerseits und einem Eingang des regelbaren Verstärkers (33) anderseits zwecks vorgegebener Bemessung der die Verstärkung des Verstärkers regelnden 45 Spannung verbunden ist.