CH677033A5

CH677033A5 -

Info

Publication number: CH677033A5
Application number: CH2189A
Authority: CH
Inventors: Friedrich Ernst Wagner
Original assignee: Landis & Gyr Betriebs Ag
Priority date: 1989-01-04
Filing date: 1989-01-04
Publication date: 1991-03-28
Also published as: DE3903579A1

Description

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Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Erkennen von Drehgeschwindigkeitsänderungen eines rotierenden Körpers, insbesondere der Zahlenrollen oder der Rotorscheibe eines Elektrizitätszählers, mit feststehenden optoelektronischen Mitteln nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Einrichtung zum Erkennen von Drehge-SGhwindigkeitsänderungen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art ist aus der US-PS 4 766 370 bekannt. Bei dieser Zählerprüfeinrichtung wird die Rotorscheibe eines Elektrizitätszählers durch ein optisches System abgetastet. Dazu sind auf der Rotorscheibe Marken in gleichmässigem Abstand aufgetragen. Diese Marken werden von einer Lichtquelle beleuchtet und mit Hilfe eines optischen Systemes auf einem Lichtempfänger abgebildet. Beim Durchgang des Abbildes einer Marke über den Lichtempfänger wird ein Impuls erzeugt. Die entstehende Impulsfolge, die proportional der Drehzahl des Rotors ist, wird als Istwert an eine Auswerteeinrichtung weitergeleitet. Der Sollwert stammt von einem Präzisionszähler, der parallel zum Prüfling an der gleichen Last angeschlossen ist und eine gleichartige Impulsfolge erzeugt. In der Auswerteeinrichtung werden die Frequenzen der beiden Impulsfolgen verglichen. Abweichungen zwischen Ist- und Sollwert werden erkannt und an einer Anzeigeeinheit angezeigt.

Mechanische Beschädigungen oder Verschmutzungen auf der Oberfläche der Rotorscheibe können bei dieser Einrichtung als Marken interpretiert werden. Sie werden registriert und verfälschen die Messung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Erkennen von Drehgeschwindigkeitsänderungen zu schaffen, bei der das von der Marke stammende Signal beim Durchgang über den Lichtempfänger ein besseres örtliches Auflösungsvermögen besitzt und der Einfluss von Verschmutzung und Beschädigung der Oberfläche des rotierenden Körpers auf die Auswertung des Signals minimal ist.

Die Erfindung besteht in den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen;

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zum Erkennen von Drehgeschwindigkeitsänderungen,

Fig. 2 einen Signalverlauf bei der beschriebenen Einrichtung und

Fig. 3 eine Variante der Einrichtung nach der Fig.

1.

In der Fig. 1 bedeutet 1 eine Einrichtung zum Erkennen von Drehgeschwindigkeitsänderungen und 2 einen rotierenden Körper, der beispielsweise eine Zahlenrolle des Rollenzählwerkes eines Elektrizitätszählers sein kann. Der rotierende Körper 2 trägt auf einer seiner Stirnseiten gleichmässig verteilte Marken 3, die sich von der übrigen Oberfläche des Körpers 2 optisch unterscheiden.

In der Einrichtung 1 befindet sich eine Lichtquelle 4. Die Lichtquelle 4 kann eine Leuchtdiode, eine Glühlampe oder eine andere möglichst punktförmige Lichtquelle sein. Das von der Lichtquelle 4 kegeiförmig ausgestrahlte Licht wird von einer Linse 5 parallel gerichtet und über einen halbdurchlässigen Spiegel 6 und ein Fenster 7 auf den rotierenden Körper 2 geworfen. Ein Teil dieses Lichtes wird vom rotierenden Körper 2 reflektiert und gelangt über das Fenster 7 und den Spiegel 6 auf eine Sammellinse 8. Die Sammellinse 8 bündelt das Licht und konzentriert es in die Ebene eines Lichtempfängers 9. Es kann natürlich auch jede andere optische Einrichtung verwendet werden, die ein Bild der auf dem rotierenden Körper 2 befindlichen Marken 3 auf den Lichtempfänger 9 wirft.

Grundsätzlich sind der Einrichtung 1 vergleichbare Anordnungen auch anwendbar, wenn sich die Marken 3 nicht auf der Stirnseite, sondern auf dem Umfang des rotierenden Körpers 2 befinden. Auch können die Marken 3 lichtdurchlässige Öffnungen in der Oberfläche des rotierenden Körpers 2 sein, im letzteren Fall muss dann ein entsprechender Teil der optischen Einrichtung auf derjenigen Seite des rotierenden Teiles 2 angeordnet sein, die der Lichtquelle 4 gegenüberliegt.

Der Lichtempfänger 9 besteht aus zwei Photodetektoren 10 und 10' mit gleichen oder zumindest ähnlichen Kennlinien für die Intensität und die spektrale Zusammensetzung des verwendeten Uchtes. Die beiden Photodetektoren 10 und 10' liegen in Richtung des Durchlaufes des Markenbildes dicht aneinander. Die beiden Ausgänge der Photodetektoren 10, 10' sind in Differenz geschaltet, so dass ein Signal «Null» entsteht, wenn beide Photodetektoren 10 und 10' mit identischem Licht und identischer Lichtstärke beleuchtet werden. Die Photodetektoren 10 und 10' bilden also zusammen einen Photodifferenzdetektor.

Das Ausgangsignal V des Lichtempfängers 9 wird über eine Signalverarbeitungseinheit 11 als Istwert einem Regler 12 zugeleitet. Ober einen zweiten Eingang wird dem Regler 12 eine Führungsgrösse F als Sollwert vorgegeben. Der Ausgang des Reglers 12 ist an einen Steuereingang eines Rechteckgenerators 13 angeschlossen, der eine Frequenz f erzeugt und z.B. ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) sein kann. Eine Leitung 14 verbindet den Ausgang des Rechteckgenerators 13 einerseits mit der Lichtquelle 4 und andererseits mit einer Auswerteeinrichtung 15, die wiederum mit einer Anzeigeeinrichtung 16 verbunden ist. Der Lichtempfänger 9, die Signalverarbeitungseinheit 11, der Regier 12, der Rechteckgenerator 13 und die Lichtquelle 4 bilden zusammen einen Regelkreis.

In der Fig. 2 ist der Verlauf des Ausgangssignales V des Lichtempfängers 9 während des Durchganges eines Markenbildes dargestellt. Für den gezeichneten Fall wurde angenommem, dass die Breite B des Abbildes einer Marke 3 und der Abstand L des Abbildes zwischen zwei Marken 3 gleich ist und

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dass B und L der Breite b eines Photodetektors 10, 10' entsprechen. Unter dem Diagramm des Ausgangssignales V ist jeweils die Abdeckung des Lichtempfängers 9 durch das Abbild der Marke 3 dargestellt. Die Stellungen, an denen die beiden Hälften des Lichtempfängers 9 von gleichen Flächen des Markenbildes bedeckt sind, sind mit 0 bezeichnet. Ausgehend vom Wert 0, wenn beide Photodetektoren 10, 10' beleuchtet sind, steigt das Ausgangssignal V linear an. Der Wert +1 wird erreicht, wenn der Photodetektor 10 ganz durch das Markenbild der Marke 3 abgedeckt ist. Nachher sinkt das Ausgangssignal V linear ab bis zum Wert 0, der erreicht wird, wenn beide Photodetektoren 10, 10' durch das Markenbild abgedeckt sind. Das Ausgangssignal V sinkt anschliessend weiter ab. Der Wert -1 wird erreicht, wenn der Photodetektor 10 beleuchtet und der Photodetektor 10' abgedeckt ist. Vom Wert -1 steigt das Ausgangssignal V wieder auf den Ursprungswert 0 an. Durch die Variation der Breite B einer Marke 3 und des Abstandes L zwischen zwei Marken 3 kann der Verlauf des Ausgangssignales V variiert werden. Für die richtige Arbeitsweise der Einrichtung ist es wichtig, dass das Ausgangssignal V eindeutige Nulldurchgänge aufweist.

Der rotierende Körper 2 in der Schaltung nach der Fig. 1 ist nun nicht dauernd, sondern intermittierend beleuchtet. Dementsprechend ist das Ausgangssignal V des Lichtempfängers 9 nicht kontinuierlich, wie in der Fig. 2 dargestellt, sondern zerhackt. Das zerhackte Ausgangsignal V wird nun in der Signalverarbeitungseinheit 11 mit einem Wech-seispannungsverstärker verstärkt und anschliessend gleichgerichtet. Das verstärkte und gleichgerichtete Ausgangsignai V wird dem Regler 12 als Signal Vf zugeleitet. Der Regler 12 vergleicht das Signal Vt mit der Führungsgrösse F, die zu Null gewählt ist. Am Eingang des Reglers 12 wird also fortwährend ein Vergleich zwischen dem Signal Vi als Istwert und der Führungsgrösse F als Sollwert mittels Differenzbildung vorgenommen.

Falls die Differenz zwischen Istwert und Sollwert ungleich Null ist, greift der Regler 12 über das durch den Rechteckgenerator 13 und die Lichtquelle 4 gebildete Stellglied in den Regelkreis ein und verändert die Frequenz f des die Lichtquelle 4 speisenden Rechteckgenerators 13 so lange, bis ein stillstehendes Abbild der Marken 3 oder des Abstandes zwischen zwei Marken auf dem Lichtempfänger 9 erzeugt wird, so dass deren Ausgangsignal V gleich Null wird. Dem Regler 12 kann durch entsprechende Beschattung zusätzlich integrierendes oder differenzierendes Verhalten gegeben werden, um einerseits Regelabweichungen vollständig zu beseitigen und andererseits das dynamische Verhalten des Regelkreises zu verbessern.

Die Auswerteeinrichtung 15 misst die Frequenz f in festen zeitlichen Abständen und speichert die gemessenen Werte ab. Der aktuelle Wert der Frequenz f wird dabei fortlaufend mit dem zuletzt gemessenen Wert verglichen. Die Differenz der Frequenzen f zwischen zwei Messungen wird als Drehzahländerung in der Anzeigeeinheit 16 zur Anzeige gebracht.

Als weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann in der Signalverarbeitungseinheit 11 zusätzlich ein mit der Frequenz f betätigter Umschalter angeordnet sein. Der Umschalter leitet bei beleuchteten Marken 3 das verstärkte und gleichgerichtete Ausgangssignal V dem Regler 12 als Signal Vt zu. Bei nicht beleuchteten Marken 3 wird der Sollwert als Signal Vi dem Regler 12 zugeführt. Der Regelkreis wird dadurch blind für die Zustände, bei denen die Marken 3 nicht beleuchtet sind. Werden ausserdem die Regelabweichungen derart abgespeichert, dass der Regler 12 auch bei nicht beleuchteten Marken 3 tätig ist, so wird aus dem Frequenzregelkreis ein Analogregelkreis.

Die beschriebene Einrichtung 1 bietet in bezug auf die Messung von Drehgeschwindigkeitsänderungen von rotierenden Körpern 2 einige Vorteile.

- Der Sollwert ist ein fester Wert, der zu Null gewählt und damit auf einfachste Art gewonnen werden kann.

- Der Arbeitspunkt des Lichtempfängers 9 liegt auf dem Nullpunkt der Empfangskennlinie. Dadurch wird die Messung unabhängig von Kennlinienänderungen der Photodetektoren 10,10'.

- Beschädigung oder Verschmutzung des rotierenden Körpers 2, ebenso Toleranzen in der Breite und im Abstand der Marken 3 werden ausgemittelt.

- Durch entsprechende Verstärkung der Abweichungen des Ausgangssignales V vom Sollwert kann eine hohe Auflösung der Messung erreicht werden.

- Das Messverfahren ist unabhängig von der Intensität der Lichtquelle 4.

Die Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Einrichtung 1. Zwischen dem Lichtempfänger 9 und der Signalverarbeitungseinheit 11 ist bei dieser Ausführung ein Unterbrecher 17 eingefügt. Der Ausgang des Rechteckgenerators 13 ist über die Leitung 14 einerseits mit dem Unterbrecher 17 und andererseits mit der Auswerteeinrichtung 15 (Fig. 1) verbunden. Der Unterbrecher 17, die Signalverarbeitungseinheit 11, der Regler 12 und der Rechteckgenerator 13 bilden zusammen einen Regelkreis.

Der rotierende Körper 2 ist bei dieser Ausführung dauernd beleuchtet Das Ausgangssignal V des Lichtempfängers 9 ist dementsprechend stetig und entspricht dem in der Fig. 2 gezeichneten Verlauf. Der mit dem Ausgang des Rechteckgenerators 13 verbundene Unterbrecher 17 unterbricht das Ausgangssignal V des Lichtempfängers 9 mit der Frequenz f derart, dass die Amplitude des Signales Vi konstant, beispielsweise Null ist. Die Auswertung des Signales Vi ist gleich wie bei der Ausführung nach der Fig. 1.

Bei der Ausführung nach Fig. 3 kann die Lichtquelle 4 ausserhalb der Einrichtung 1 angeordnet sein. Der Aufbau der Einrichtung 1 wird dadurch entsprechend vereinfacht.

Die Einrichtung 1 eignet sich speziell zur Messung der Reibung an Rollenzählwerken für Elektrizitätszähler. Rollenzählwerke stellen eine mechanische Belastung des Elektrizitätszählers dar. Falls die Belastung gleichförmig ist, kann sie bei der Eichung des Elektrizitätszählers berücksichtigt werden. Trotz sorgfältiger Fertigung können bei einzel-

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nen Rollenzählwerken ungleichförmige Belastungen auftreten, beispielsweise durch die Beschädigung der Fortschalteinrichtung einer Rolle oder durch das Klemmen eines Rollenpaketes im Zählwerkrahmen, Solche Rolienzählwerke sollten vor dem Einbau in den Elektrizitätszähler ausgeschieden werden. Durch den Antrieb eines solchen Zählwerkes mit einem konstanten Drehmoment, beispielsweise mît einem Luftstrahl, der mit konstantem Druck auf das Antriebszahnrad des Rollenzählwerkes wirkt, und die Messung der reibungsbedingten Drehgeschwindigkeitsänderung der ersten Zahlenrolle kann auf die zu erwartende Belastung des Elektrizitätszählers geschlossen werden. Nach entsprechender Kalibrierung kann statt der Drehgeschwindigkeitsänderung die Reibungsänderung in der Anzeigeeinheit 16 zur Anzeige gebracht werden. Die Einrichtung 1 eignet sich somit zur Qualitätsüberwachung der Fertigung von Rollenzählwerken und ermöglicht eine Stückprüfung von Zählwerken mit vertretbarem Aufwand.

Der Einsatz von solchen Einrichtungen 1 ist natürlich nicht nur zur Messung der Drehgeschwindigkeitsänderungen bei Rollenzählwerken für Elektrizitätszähler möglich, sondern überall, wo Drehzahlen, Drehzahländerungen oder Drehgeschwindigkeitsänderungen gemessen werden müssen.

Claims

Patentansprüche

1. Einrichtung zum Erkennen von Drehgeschwindigkeitsänderungen eines rotierenden Körpers (2), insbesondere der Zahlenrollen oder der Rotorscheibe eines Elektrizitätszählers, mit auf dem rotierenden Körper (2) gleichmässig verteilten Marken (3), die sich von der übrigen Oberfläche des Körpers (2) optisch unterscheiden, wobei die Marken (3) mit feststehenden optoelektronischen Mitteln abgetastet werden, mit mindestens einer Lichtquelle (4), welche den Körper (2) mit den darauf vorbeigeführten Marken (3) beleuchtet, mit einer optischen Einrichtung zur Abbildung der Marken (3) auf einem Lrchtempfänger (9), einem Sollwertgeber, einer Auswerteeinrichtung (15) und einer Anzeigeeinheit (16), dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastung intermittierend erfolgt, dass der Lichtempfänger (9) aus mindestens zwei nebeneinander angeordneten Photodetektoren (10; 10') besteht und dass ein Regler (12) angeordnet ist, der die Frequenz (f) der Abtastung derart nachführt, dass ein scheinbar stillstehendes Abbild der Marken (3) auf den Photodetektoren (10; 10') entsteht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Reglers (12) an einen Steuereingang eines Rechteckgenerators (13) angeschlossen ist, der die Frequenz (f) erzeugt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Rechteckgenerators (13) mit der Lichtquelle (4) verbunden ist und die Lichtquelle (4) mit der Frequenz (f) derart gezündet wird, dass ein stillstehendes Abbild der Marken (3) auf dem Lichtempfänger (9) entsteht.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Rechteckgenerators (13) mit einem Unterbrecher (17) verbunden ist und der Unterbrecher (17) mit der Frequenz (f) das Ausgangssignal (V) des Lichtempfängers (9) derart unterbricht, dass die Amplitude des Ausgangssignales (V) konstant ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (15) die Frequenz (f) in festen zeitlichen Abständen misst und abspeichert.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (15) die Differenz der Messfrequenz (f) zwischen zwei Messungen bildet und als Drehgeschwindigkeitsoder Reibungsänderung in der Anzeigeeinheit (16) zur Anzeige bringt.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Marken (3) auf dem rotierenden Körper (2) derart angeordnet sind, dass das Ausgangsignal (V) des Lichtempfängers (9) eindeutige Nulldurchgänge aufweist, und dass eine Signalverarbeitungseinheit (11) zur Auswertung der Nulldurchgänge des periodischen Ausgangsignales (V) des Lichtempfängers (9) vorhanden ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinheit (11 ) zwischen den Lichtempfänger (9) und den Regler (12) geschaltet ist und aus einem Wechselspannungsverstärker und einem Gleichrichter besteht und dass der Regler (12) die Messfrequenz (f) so lange ändert, bis das Ausgangssignal (V) des Licht-empfängers (9) minimal ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Photodetektoren (10; 10') zusammen einen Photodifferenzdetektor bilden.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Marken (3) lichtdurchlässige Öffnungen in der Oberfläche des rotierenden Körpers (2) sind.

11. Verwendung der Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Qualitätsüberwachung der Fertigung von Rollenzählwerken für Elektrizitätszähler.

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