CS603790A3 - Measuring apparatus comprising two or a plurality of sensors - Google Patents

Description

- 2 I r vv^ 1 iv ' t*

Vynález se týká měřicího zařízení obsahujícíhodva nebo více senzorů pro jednu nebo několik měřenýchhodnot, připojených vstupními vodiči ke zdroji elektrickéenergie a vysílaj ících přes výstupní vodiče signály, kteréjsou funkcí měřené hodnoty, a dále obsahuj ících ústrojípro přenos a zpracování výstupních signálů senzorů.

Vynález je použitelný zejména v zařízení proindikaci absolutní úhlové polohy hřídele, které obsahujesenzory polohy s otočným členem, kde otočný člen prvníhosenzoru je mechanicky spojen s hřídelem a otočné členydalšího senzoru nebo dalších senzorů jsou spojeny postupněs otočným Členem prvního senzoru ozubenými koly, přičemžsenzory jsou uspořádány pro napájení sinusovým nebo pulsním .napětím a vysílají výstupní signály, které jsou funkcíúhlové polohy jejich otočného členu. V takových zařízeních musejí být senzory připo-jeny jednak k napájecímu zdroj i a jednak k zařízení prozpracování jejich výstupních signálů. V Případě induktiv-ních senzorů, například typu rozkládače, se tyto výstupnísignály objevují na svorkách dvou fází a následkem toho jetřeba až čtyř vedení pro každý senzor, aby bylo možno přenášetvýstupní signály k ústrojí pro jejich zpracování, umístěnémuobecně v jisté vzdálenosti od senzorů. Při použití k mě-ření úhlové polohy hřídele závisí počet potřebných senzorůna pracovním rozsahu zařízení, to znamená na maximárlnímpočtu otáček vstupního hřídele, který má zařízení indikovat,takže je často třeba veůkého počtu spojovacích vodičů, což jev praxi velká nevýhoda. i redukčním i· ''e;, sei-tzorťí nezbytných pro daný Ϊ K omezení počtu spojovacích vodičů, které jsouv tomto konkrétu.ί·:ι při-pádě nezbytné, lze mezi jednoíLi-vými senzory použít ozubených převodů s poměrem. aby se zmenšil počet í) pracovní rozsah Toto řešení však vyžaduje senzory a j í ozubená kola. s vysokow přesností, takže celkové nákladyna zařízení jsou poměrně vysoké. Účelem vynálezu je vytvořit zařízení uvedeného typutak, aby se značně snížil počet spoj ovacích vodičů mezisenzory, zařízením ke zpracování signálu a napájecímzdrojem, a aby se tedy snížila cena celého zařízení,která může být v některých případech značně vysoká.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že k senzorům je-připoj enfl ^napŽjLerí a multiplexorová j edno tka, spoj ená_i dále jednak se zařízením na zpracování signálů přenose- ’vými vodiči v počtu alespoň přibližně rovném počtu i výstupních vodičů jednotlivého senzoru, a jednak s regulač-ním ústrojím napájecí a multiplexorovací jednotky.

Počet spojovacích vodičů je tedy nezávislý napočtu senzorů. V uvedeném konkrétním případě zařízení proměření úhlové polohy hříd&le pomocí induktivních senzorůlze počet senzorů zvýšit například do té míry, aby bylo - j h, možné použít nižších redukčních poměrů nebo obecněji |

menáího počtu zubů a tedy podstatně levnějších ozubenýchkol. I

První senzor, který je přímo napojen na vstupníhřídel, jehož úhlová poloha se má měřit, je obecně jediný,který musí být velmi přesný, což zna}Ťien^r musí mít přenosí nezbytnou pro indikací úhlové polohy hřídele běhemiednč otáčky. zatímco ostatní senzorv slouží : indikacipočtu plných otáček hřídele mezi počáteční a konečnoupolohou a musejí mít tedy takovou přesnost- která stačík určení tohoto počtu otáček a postupně se snižuje s po-užitým redukčním poměrem. Lze vyrobit senzory s nízkoupořizovací cenou, například senzory založené na principuzměny vazby mezi primárním vinutím a sekundárními vinutímiv kvadratuře fáze, a senzory s pasivním pohyblivým členem,které mohou vysílat signály stejného formátu jako senzoryindukční typu rozkládače, jež jsou podstatně dražší.

Podle obzvláště výhodného provedení vynálezu seadresování jednotlivých senzorů multiplexním způsobem pro-vádí velice jednoduše pomocí kódování vzhledem k napáj ecímunapětí, což vyžaduje pouze dva napájecí vodičce pro přenosadresové informace.

Další výhody vynálezu vyplynou z následujícíhopopisu „v souvislosti s výkresy, kde značí obr. 1 blpkovéschéma zařízení podle vynálezu k měření úhlové polohy hřídele,obr. 2 schéma napájecí a multiplexorové jednotky, kteráje součástí zařízení z obr. I a obr. 3 schéma na^Pjecía multiplexorové jednotky v zařízení z obr. I.

Podle obr. I je vstupní hřídel l_, jehož absolutní ,úhlová poloha, tedy poloha vzhledem k počáteční polozevčetně počtu plných otáček mezi těmito dvěma polohami semá indhkavat, mechanicky spojen s prvním senzorem Cipolohy, což je v tomto případě rozkládač. Tento senzor Ci 5 ΐ i je napájen prouděn přes dva vstupní vodiče MCi a vysílávýstupní signály přes čtyři výstupní vodiče sCi.

Obr. I dále ukazuje v příkladném provedení, na které vynález není omezen,tři další senzory Cz, Cj, C4, jj což mohou být rovněž rozkládače, jsou však s výhodou tvořený 4) induktivními senzory s pasivním pohyblivým členem, vysílají-cí výstupní signály stejného formátu jako rozkládač,jež tedy mohou být zpracovány tímtéž převodníkem,Otočné,členy senzorů C+ a C4, uložené na příslušných hřídelích < 2--3-4--5-—jsou—zapoj-eny-do-série-—tedy-každý -s-pohyli:-——^vým členem předchozího senzoru, pomocí ozubených kol . \ například redukčních ozubených kol jako jsou. kola 6, γ ίmezi senzorem Ci a £2, kola 8, p mezi senzorem Cz a C3 a Ίζοΐα^ΙΧΓ, ll, mezi senzorem Č3 a £4.Redukční poměr muže Γ « *být napři klad ló;l, což umožňuje vyrobit tato „ozubená .. ikola velice, levně ve srovnání s převody s poměrem lOO:l, jakých se normálně používá v tahovém zařízení. V případě vazby wsrnierového typu mezi senzory je výhod-né analogicky užít nižšího počtu zubů než mají obvyklázařízení tohoto druhu, například verniěrového poměru ló:ly, X senzorům Cz až C4 vedou vstupní vodiče ΐ·Ά£ζ, .......-— - -.....· ---- — < - ’ - Ý MC3, IÁC4 a jejich výstupní svorky jsou spojeny s nappje- vcí a multiplexorovou jednotkou lz výstupními vodiči SCz, ISC3, SC4, analogicky k prvnímu senzoru Cl ,. 1

Napájecí a multiplexorová jednotka lz^ je umístěnav blízkosti sensorů Cl až £4, například na stroji jako í

je průmyslový robot, a je připojena jednak k základní I -j„e dn o-t-ce - -pr-o- - zpr-a-c ován-í—s-i-gn-ái-ů-—-na-znače né—srdce ma-tvo h v "------- jako bloky lg, I4. a jednak k regulačnímu ústrojí,naznač enémibloky I5, ló, I7. jak ukazuje obr. 1, jetoto spojení realizováno jednak čtyřmi přenosovými vodičSi,S2,S3:S4 a jednak dvěma přívodními vodiči Ml, řita,tedy celkem šesti vodiči. Signály na přenosových vodi-čích Si až S4 jsou nejprve zpracovány v bloku £3,který ve znázorněném provedení sestává hlavně z analogo-vě číslicového převodníku Rft, který slouží k přeměněanalogových signálů z formátu rozkládače na Číslicovésignály,. které se pak dále zpracovávají v základníjednotce Ϊ4 s cílem určení úhlové polohy, vstupnéhohřídele^ a/nebo rychlosti otáčení tohoto hřídele_1,

Senzory Cl až C4 a napájecí a multiplexorovájednotka ls jsou napájeny z napájecího zdroje ls, kterýpřivádí přes napájecí vodiče .»Ri, Ra sinusové nebo pulsní napětí do kódovacího obvodu ló, jenž je připoj^enk napájecí a multiplexorové jednotce ls přívodnímivodiči ‘ Mi, Ma.

Volba senzorů Cl až C4'pro přenos přísluš-ných výstupních signálů do bloku I3 multiplexnímzpůsobem se provádí pomocí adresovacích signálů, kterévysílá, regulační ústrojí I7, připojené k základníjednotce I4. přes adresovací vedení A1, As, A3, A4,jak ukazuje schematicky obr, l.

Gbr- 2 ukazuje schematicky příklad kódova-cího obvodu lé, který umožňuje superponovat na napájecínapětí mezi napájecími vodiči Ri a Rc různá posouvací napětí, definovaná úrovní stejnosměrných napětí, přivá-děných selektivně na adresovací vodiče Ai až A4.Superponovaná stejnosměrná napětí, daná například volbouodporů π až ró z obr. 2, mají s výhodou podstatněnižší hodnotu než napájecí napětí, musejí být ovšem do-statečně vysoká, aby umožňovala snadnou diskriminaci. Poznamenává se. že napětí na přívodních vodičích Lil a říojsou nevy jádřená,

Obr. .3 je zjednodušené schéma napájecí amu-l-t-i-pi-e-xorové·-j-edno t-k-y—l2-r—použ-i-té~-v-.~zařízení-ů?- -obr—1-,-Napětí přiváděné přívodními vodiči Mi a M2 do napájecía multiplexorové. jednotky I2 se jednak usměrňuje a fil-truje obvody IS až . zly aby se získalo stejnosměrné na-páječ í~nnapš'tí~Vccz zejména^prO^napájení-^analogových- multiplexorů,. znázorněných jako blok 22.Mimoto se napětí na přívodních vodičích Mi, Ms, přiváděné k jed-notlivým senzorům Cl až C4 vstupními vodiči MCi až MC4;filtruje horní propustí 23 k odstranění stejnosměrnésložky, přičemž tento filtr může být umístěn v pří-kladě podle vynálezu za přívodem do prvního senzoru C1.Mimoto se napětí na přívodních vodičích Ml, M2 filtrujedolní propustí 24, aby se stejnosměrné posouvací napětí [.mohlo zavádět do diskriminátoru úrovně 25, naznačenéhoschematicky na obr, 3, Diskriminátor úrovně 25 vysílá 1 na adresovací vstupy Ai", As' A4' adresovací signál, , který způsobí, že* se výstupní signály příslušného senzornj*Ci až C4 dostanou na přenosové vodiče Si až S4. | v V případě, že jsou senzory napájeny pwÍsnífn proudem, provádí se detekce stejnosměrného posouvacího napětí s výhodou v intervalu mezi dvěma po sobě následují- cími impulsy. 1

Obecně je třeba konstatovat, že mult iplexo-váni podle vynálezu nijak nekomplikuje celkovou konstrukcizařízení, protože umožňuje použití jediného analogově číslicového převodníku nebo podobného zařízení ke zpra- o cování impulsu. Použití minimá-.lního počtu spojovacíchvodičů a zejména v případě popsaného příkladu možnostpoužití senzorů jednoduché a úsporné konstrukce a ozubenýchkol s poměrně malým počtem zubů představuje rozhodujícítechnické a ekonomické výhody.

Claims (7)

1. PATENTOVÉ NÁROKY i I ' . I I. Měřiči zařízení obsahující dva nebo více sen- vzorů pro jednu nebo několik měřených hodnot, připoje- j ných ke zdroji elektrické energie a vysílajících přes ’ i výstupní vodiče signály, které jsou funkcí měřené hodno-cí ty. a dále obsahují/ústrojí pro přenos a zpracovánívýstupních signálů senzorů, vyznačeně tím, že k senzorům(C1 ,Cz,Cg,C4} je připoj.ena napájecí a multiplexorová ' ___^ί.β.άηαί^α^3.3.).,_5ρ.ο^.θίίά_άά1β_^_βάηα<ζ._5β_ζα·τί_ζ_β2ΐ.ίιιι_Π^_, l^J_ na zpracování signálů přenosovými vodiči (S1.S2.S5.. ^4)v počtu alespoň přibližně rovném počtu, výstupních » vodičů (SCi... } jednotlivého senzoru [Cl.], a jednak * s- regulačním ústroj ím ( ls,——I7-J-.
2. 2. Měřicí zařízeni podle bodu· 1, vyznačené ‘ tím,.'.že regulační ,ústrojí (I5, ló, I7) napájecí a í multiplexorové jednotky (I2) obsahuje prostředky k super-ponování regulačního signálu multiplexoru na napájecínapětí senzorů (C1 až C4) nebo k modulaci napájecíhonapětí tímto signálem, a napájecí a multiplexorovájednotka (I2) obsahuje prostředky pro diskriminaci i reguláčního'signál*. ' ' .......
3. 3. Měřicí zařízeni podle bodu 1, pro indikaci |absolutné úhlové polohy hřídele, které obsahuje senzorypolohy s rotujícím dílem, kde rotující díl prvního { senzoru je mechanicky spojen s hřídelem rotující dílydalšího senzoru nebo dalších sgwzo^w jsou postupně ' vázány s rotujícím dílem pivnice:senzoru mechanickou.· S - x- i ·. í: > i1 n < c l t v- - i c. X 10 - vazbou s daným převodovým poměrem a tyto senzory dostávají periodické, symetrické nebo pulsní vstupní napětí a vysílají výstupní signály, které jsou funkcí úhlové polohy jejich rotujících dílů, vyznačené tím, že regulační ústrojí napájecí a multiplexorové jednotí# (I2) fj· obsahuje prostředky k superponování na napájecí napětívedené do senzorů (Ci až C4) stejnosměrného posouvacíhonapětí, zvoleného alespo^n z tolika posouvacích napě.tíodlišné hodnoty a/nebo polarity, kolik má zařízenísenzorů vedle prvního senzoru, přičemž každé z těchtoposouvacích napětí odpovídá urči ternu senzoru nebo *·» části určitého senzoru,, a napájecí a multiplexorovájednotka (,lz) obsahuje rozlišovací ústrojí k určeníhodnoty a/nebo polarity přivedeného posouvacího napětía ústrojí k adresování senzoru nebo .. příslušnéčásti senzoru pro umožnění přenosu výstupních signálůz tohoto senzoru nebo této části senzoru do zařízení(13, 14) na zpracování signálů.
4. 4. Zařízení podle bodu 3 se senzory napájenýmipulsním proudem, vyznačené tím, že napájecí·a mwlti-plexorová jednotka (Iz) obsahuje rozlišovací ústrojípro určení hodnoty a/nebp polarity posouvacího napětív okamžiku napáj ecího cyklu ležícím v intervalu mezidvěma po sobě následujícími pulsy.
5. 5. Zařízení podle bodu 3, vyznačené tím, že první senzor (c1) je senzor s podstatně větší přesností další . než ostatně senzory (Cz,c3.f c4)· ů.
6. Zařízení podle bodu f", vyznačeno tí?;i: že první senzor (Cz) sestává z vozkládače a ostatní senzory (Cz,C3,C4) jsou induktivního typu s pasivním otočným dílem, uzpůsobená k vysílání výstupních signálů stejného formátu jako rozkládač.
7. 7. Zařízení podle jednoho z bodů 1 až 6,vyznačené tím, že mechanická vazba mezi jednotlivýmisenzory (Ci až C4) je tvořena ozubenými koly (6 až 11).

   1