DD248883A1

DD248883A1 - Anordnung zur beruehrungslosen drehzahl- und winkelgeschwindigkeitsmessung

Info

Publication number: DD248883A1
Application number: DD29007286A
Authority: DD
Inventors: Dietrich Schmitz
Original assignee: Hydraulik Seehausen Veb
Priority date: 1986-05-09
Filing date: 1986-05-09
Publication date: 1987-08-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur beruehrungslosen Drehzahl- und Winkelgeschwindigkeitsmessung nach dem Prinzip eines optoelektronischen Wandlersystems und wird in einer bevorzugten Anwendung zur Messung des Fluiddurchsatzes von Hydraulikmotoren eingesetzt. Das Ziel der Erfindung hinsichtlich einer einfach sowie robust aufgebauten Messanordnung hoher Genauigkeit soll insbesondere durch eine zwangsgefuehrte Lichtuebertragung zwischen Sender und Empfaenger erreicht werden. Nach der Erfindung wird der Strahlengang zwischen Sender und Empfaenger ueber Lichtleitkabel gefuehrt, die an der mit Hell-Dunkel-Zonen versehenen Kreisscheibe unterbrochen und mit ihren Enden um einen die Dicke der Kreisscheibe geringfuegig uebersteigenden Abstand gegenuebergestellt sind. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur berührungslosen Drehzahl- und Winkelgeschwindigkeitsmessung nach dem Prinzip eines optoelektronischen Wandlersystems, das die Rotation der Welle von Motoren oder dgl. über die Unterbrechung eines kontinuierlichen oder definiert modulierten Lichtstrahls in eine elektrische Impulsfolge umsetzt. Durch eine Verknüpfung der Motorkennlinie und der Zahl der Impulse je Umdrehung der Motorwelle kann mit dieser Anordnung der Massenstrom durch Hydraulikmotoren gemessen werden.

Darüber hinaus ergeben sich mit dieser Anordnung Einsatzmöglichkeiten für die Fälle, in denen Drehbewegungen in Impulsfolgen umzusetzen sind.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist ein inkrementaler rotatorischer Geber bekannt, der als Lichtquelle eine Glühlampe und als Lichtempfänger eine Fotodiode bzw. einen Fototransistor benutzt. Zur Lichtunterbrechung wird eine entsprechend strukturierte Glasplatte verwendet. Die Strahlungsführung erfolgt über ein Linsensystem, das den Glühfaden der Lampe punktförmig auf dem Fotoempfänger abbildet. Ungünstig ist in dieser Anordnung die geringe Flexibilität hinsichtlich der Sektorform der Unterbrecherscheibe. Anpassungen sind mit Strahlungsverlusten über Blenden verbunden.

Günstiger ist dagegen die Anordnung in der DE-PS 2416113, in der spezielle Lichtempfänger mit einem rechteckigen Querschnitt verwendet werden. Die Verfügbarkeit derartiger Lichtempfänger ist jedoch begrenzt und mit erheblichen Kosten verbunden.

Eine weitergehende Verbesserung ist in der DE-PS 2404081 gegeben, in der das Licht durch eine besondere Formgebung der Segmente der Unterbrecherscheibe mit einem Tastverhältnis der Hell-Dunkel-Zonen von 1 unterbrochen wird. Es fehlt jedoch eine entsprechende Anpassung der Form von Lichtsender und -empfänger, so daß das angestrebte Ziel der Gleichheit von HeII- und Dunkelzonen nur näherungsweise realisiert wird."

Lösungen, wie sie weiterhin in der DD-PS 151658 und der US-PS 41 72994 angegeben sind, haben den Nachteil eines hohen Aufwandes an optischen Bauteilen zu deren Justage.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in einer Anordnung zur berührungslosen Drehzahl- und Winkelgeschwindigkeitsmessung, die einfach sowie robust aufgebaut ist und darüber hinaus genaue Meßergebnisse ermöglicht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, durch eine zwangsgeführte Lichtübertragung zwischen Sender und Empfänger das optische System vom mechanischen System weitestgehend unabhängig zu gestalten und damit eine große Variationsbreite für die geometrische Ausbildung der Anordnung, die Kodierbarkeit der Unterbrecherscheibe sowie die Geometrie von Lichtsender und Empfänger zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß an der Welle des Sensors eine lichtdurchlässige kreisförmige Scheibe befestigt ist, die mit einem Raster von axial verlaufenden Streifen versehen ist. Zahl und Form dieser Streifen sind in weiten Grenzen variierbar und unabhängig von der Geometrie der Lichtsender und -empfänger wählbar. Gleichzeitig können auf einer Scheibe mehrere Segmentreihen angeordnet werden, die unabhängig voneinander angeordnet und abgetastet werden. Als Lichtquelle sind sowohl Halbleiterbauelemente als auch Glühlampen einsetzbar.

Die Lichtübertragung zwischen Senderund Empfänger wird mittels Lichtleitkabel vorgenommen, wobei für Anordnungen mit mehreren Segmentabschnitten auf einer Kreisscheibe nur eine Lichtquelle verwendet und durch Aufspaltung der Fasern des Lichtleitkabels jeder Segmentabschnitt gesondert ausgeleuchtet wird. Die Form der Segmente jedes Abschnittes ist unabhängig und frei wählbar.

Im Bereich der Kreisscheibe sind die Lichtleitkabel unterbrochen und mit ihren Enden um einen die Dicke der Kreisscheibe geringfügig übersteigenden Abstand gegenübergestellt, wobei die Eingänge der empfängerseitigen Zweige der Lichtleitkabel jeweils in eine der Segmentform auf der Kreisscheibe angepaßte Gestalt fixiert sind. Die verbleibenden Enden dieser Lichtleitkabel weisen die Form der einzelnen Lichtempfänger auf, bei Anordnungen mit mehreren Segmentabschnitten ist jedem derselben ein Empfänger zugeordnet.

Lichtquelle und -empfänger können räumlich beliebig angeordnet und hinsichtlich ihrer Bauform unangepaßt verwendet werden. Die Formanpassung sowohl auf der Empfänger- bzw. Senderseite als auch auf beiden Seiten der Unterbrecherscheibe wird durch eine entsprechende Formgebung des Lichtleitkabels realisiert. Eine völlige räumliche Trennung von Sender bzw. Empfänger von der Unterbrecherscheibe ist ebenfalls möglich.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung betreffen die zueinander versetzte Anordnung der verschiedenen Lichtübergänge in den einzelnen Hell-Dunkel-Zonen sowie die innere Ausbildung der Kreisscheibe, die in bevorzugter Ausführung aus zwei lichtdurchlässigen Einzelscheiben mit zwischengeklemmten Planfilm besteht.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: die Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung, ausgelegt für zwei Meßbereiche, Fig.2: einen Ausschnitt aus der Kreisscheibe mit drei verschiedenen Segmentgruppen und-formen sowie den zugehörigen

Impulsgruppen, Fig. 3: eine schematische Darstellung der Lichtfortleitung zwischen Senderund Empfänger, dargestellt für die Kreisscheibenposition A-A nach Fig.2.

Nach Fig. 1 ist die Antriebswelle 1 mit den Kugellagern 3 in dem als Spritzgußteil fertigbaren Gehäuseboden 2 gelagert. Die Verschlüsse 6 und 7 dienen der Kugellagerfixierung, dem mechanischen Schutz der optischen Anordnung und der Verhinderung des Eindringens von Staub und Flüssigkeiten in das Innere des Sensors. Die Verschlußkappe 7 trägt zusätzlich in diesem Beispiel zwei lichtdurchlässige Kreisscheiben 10, zwischen die ein fototechnischer Planfilm mitderSektorierung in Hell-Dunkel-Zonen geklemmt ist. Für den Fall des direkten Auftragens metallisierter Sektoren ist nur eine Kreisscheibe 10 notwendig. Das Licht wird im Sender 11 erzeugt und in den Lichtleitkabeln 12 weitergeleitet. Die Formanpassung an die Lichtunterbrechungsscheibe erfolgt in dem als Spritzgußteil fertigbaren Ring 8, der auch gleichzeitig der mechanischen Stabilität dient. Der Ring 5 erfüllt eine analoge Aufgabe auf der Lichtempfangsseite. Er enthält die Lichtleitkabel 13, die zusammen mit den lichtelektrischen Empfängern 14 im Ring 4 befestigt sind. Der Ring 4 dient der Formanpassung an die Empfänger 14 sowie der mechanischen Stabilisierung. Bei entsprechendem fertigungstechnischen Aufwand kann der Ring 4 auch entfallen, sofern Ring 5 den Notwendigkeiten entsprechend bearbeitet werden kann. Für diesen Fall muß im Ring 5 sowohl die Formung für die Lichtunterbrechungssektoren auf einer Seite erfolgen als auch die Anpassung und Halterung für die Lichtempfänger auf der Gegenseite. Der Sender 11 und die Lichtleitkabel 12 sind nur stilisiert angedeutet. Zusammen mit der Vorverstärker- und Impulsformelektronik sowie der Helligkeitsregelung der Lichtquelle bildet die oben beschriebene Anordnung einen kompakten Sensor, der von der Kappe 9 mechanisch und elektrisch geschützt wird.

Fig. 2 veranschaulicht, daß Form und Fläche der Hell-Dunkel-Zonen in weiten Grenzen variierbar sind. Realisiert ist diese Kreisscheibe 10 aus einem lichtdurchlässigen Material. Die Hell-Dunkel-Zonen werden durch einen fototechnischen Planfilm oder durch fotochemischen Metallauftrag bzw. -teilabbau realisiert. .

In Fig. 3 wird schließlich das Prinzip des Lichtwegesund der Verteilung der Strahlungsenergie hinsichtlich der Einzelabschnitte der Kreisscheibe 10 sowie die angedeutete Formanpassung mittels der Lichtleitkabel 12 und 13 verdeutlicht. Die vom Sender 11 ausgestrahlte Lichtenergie wird vom Lichtleitkanal 12 aufgenommen und nach dessen Aufspaltung in die Kabelstränge 12.1 bis 12.3 (allgemein 12.η mit η = 1 )-den Sektoren der Kreisscheibe 10 zugeleitet. Die Enden aller Kabelstränge 12.1 bis 12.3 sowie 13.1 bis 13.3 sind der Segmentform angepaßt. Unterbrochen wird der Lichtweg durch die Kreisscheibe 10, mit deren Hilfe eine Modulation des Lichtstrahls erreicht wird. Dieses modulierte Licht gelangt über die Lichtleitkabel 12 auf die fotoelektrischen Empfänger'14.

Ein Vorteil dieser Lösung ist die große optische Flexibilität und Einfachheit hinsichtlich der Form von Lichtsender und -empfänger sowie ihrer räumlichen Anordnung, da der optische Weg bis zur Segmentscheibe bzw. von dieser zum Lichtempfänger durch Lichtleitkabel realisiert ist. Weiterhin ist von Vorteil, daß die Segmentform frei wählbar ist und auch bei mehreren Segmentgruppen mit einer einzigen Lichtquelle, die über das Lichtleitkabel eine Energieaufspaltung erfährt, gearbeitet werden kann.

Claims

1. Anordnung zur berührungslosen Drehzahl- und Winkelgeschwindigkeitsmessung, bestehend aus einer lichtoptischen Anordnung, die lichtemittierende Sender und lichtempfindliche, mit einer Impulsauswerteeinrichtung verbundene Empfänger umfaßt sowie einer mit der Arbeitswelle oder dgl. umlaufenden, im Strahlengang befindlichen Kreisscheibe, die mehrere Bereiche kreisringförmig verteilte, den Strahlengang intermittierend freigebende Hell-Dunkel-Zonen aufweist, gekennzeichnet dadurch, daß der Strahlengang zwischen Sender (11) und Empfänger (14) über Lichtleitkabel (12; 13) geführt ist, die an der Kreisscheibe (10) unterbrochen und mit ihren Enden um einen die Dicke der Kreisscheibe (10) geringfügig übersteigenden Abstand gegenübergestellt sind, wobei für alle Bereiche von Hell-Dunkel-Zonen ein gemeinsamer Sender (11) vorgeshen und das Lichtleitkabel (12) der Anzahl der Bereiche entsprechend aufgezweigt ist.

2. Anordnung zur berührungslosen Drehzahl- und Winkelgeschwindigkeitsmessung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Enden der Lichtleiter (12; 13) an der Kreisscheibe (10) der Form der Hell-Dunkel-Zonen und am Sender (11) sowie Empfänger (14) jeweils deren lichtführender Fläche angeaßt sind.

3. Anordnung zur berührungslosen Drehzahl- und Winkelgeschwindigkeitsmessung nach den Punkten 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die gegenübergestellten Enden der Lichtleitkabel (12; 13) der einzelnen Heil-Dunkel-Zonen im Bereich der Kreisscheibe (10) radial und umfangbezogen versetzt angeordnet sind.

4. Anordnung zur berührungslosen Drehzahl- und Winkelgeschwindigkeitsmessung nach den Punkten 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Kreisscheibe (10) aus zwei lichtdurchlässigen Einzelscheiben besteht, zwischen die ein Planfilm mit fototechnisch aufgebrachten Hell-Dunkel-Zonen geklemmt ist.

5. Anordnung zur berührungslosen Drehzahl- und Winkelgeschwindigkeitsmessung nach den Punkten 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Kreisscheibe (10) aus einer lichtdurchlässigen Einzelscheibe besteht, deren eine Oberfläche metallisierte lichtundurchlässige Zonen enthält, die fotochemisch im Additiv- oder Subtraktivverfahren aufgebracht sind.

6. Anordnung zur berührungslosen Drehzahl- und Winkelgeschwindigkeitsmessung nach den Punkten 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Kreisscheibe (10) aus lichtundurchlässigem Material besteht, in das die lichtdurchlässigen Heil-Zonen fotochemisch eingebracht sind.