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Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Ermitteln des Bewegungszustandes eines zu überwachenden Objekts mit Hilfe eines Signalgebers, insbesondere eines Inkrementalgebers.
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Signalgeber, wie zum Beispiel Inkrementalgeber werden nicht nur zur Lageregelung benutzt, sondern auch zur Ermittlung der Drehzahl rotierender Objekte oder zur Geschwindigkeitsmessung von sich linear bewegenden Objekten eingesetzt. Aufbau und Funktionsweise eines Inkrementalgebers sind hinlänglich bekannt. Zur Messung der Drehzahl oder Geschwindigkeit können elektronische Zähler eingesetzt werden, die die Frequenz oder die Periodendauer des oder der Ausgangssignale des Signalgebers messen können, indem Impulse des oder der Ausgangssignale bzw. eines Referenzsignals gezählt und entsprechend ausgewertet werden. In der Regel wird ein elektronischer Zähler zum Messen der Frequenz verwendet, wenn hohe Drehzahlen oder Geschwindigkeiten erfasst werden sollen. Hingegen wird der elektronische Zähler zur Periodendauermessung eingesetzt, wenn niedrigere Drehzahlen oder Geschwindigkeiten ermittelt werden. Um auch die Bewegungsrichtung eines Objekts ermitteln zu können, liefert ein Inkrementalgeber zwei um 90 Grad phasenverschobene Signale, die auch Encoderspur A und Encoderspur B genannt werden. Bei analogen Ausgangssignalen spricht man auch von Sinus-/Cosinussignalen. Der Signalgeber kann aber auch jeweils zwei um 90 Grad verschobene digitale, rechteckförmige Signale ausgeben. Das Referenzsignal liefert einen so genannten Nullimpuls, der notwendig ist, wenn die absolute Position eines Objekts bestimmt werden soll. In an sich bekannter Weise enthält ein Inkrementalgeber eine Maßverkörperung, die in regelmäßigen Abständen Markierungen, wie zum Beispiel Striche, aufweist. Sollen Drehbewegungen überwacht werden, wird als Maßverkörperung beispielsweise eine Strichscheibe verwendet, während bei der Überwachung einer translatorischen Bewegung als Maßverkörperung ein Impulsmaßstab verwendet werden kann. Beim Abtasten der Maßverkörperung durch entsprechend angeordnete Sensorsysteme werden die beiden um 90 Grad phasenverschobenen Ausgangssignale erzeugt. Um aus den beiden phasenverschobenen Ausgangssignalen die Bewegungsrichtung, Geschwindigkeit, Drehzahl und/oder Position eines Objektes ermitteln zu können, kann ein Quadraturdecoder die beiden Signale entsprechend auswerten. Aufbau und Funktionsweise eines solchen Quadraturdecoders in Verbindung mit einem Inkrementalgeber sind ebenfalls hinlänglich bekannt.
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Messungenauigkeiten können auftreten, wenn sich der zu messenden Bewegung mechanisch oder elektronisch bedingte Schwingungen überlagern. In diesem Fall führt der Inkrementalgeber in kurzen zeitlichen Abständen Richtungsänderungen durch, ohne jedoch seine Position dabei merklich zu verändern. Selbst bei langsamer Bewegung mit einer geringen Positionsänderung werden bei überlagerten Schwingungen hohe Frequenzen auf den Encoderspuren der Maßverkörperung gemessen. So kann unter Umständen selbst bei langsamen Bewegungen eine Überdrehzahl vom Inkrementalgeber erkannt werden. Messfehler können auch dadurch entstehen, dass zum Beispiel der Rotor eines Inkrementalgebers in der Nähe eines Flankenwechsels hinsichtlich eines der Ausgangssignale stehen bleibt. Geringe Erschütterungen können bei einem rechteckförmigen Signal bewirken, dass eine Encoderspur des Inkrementalgebers ein hochfrequentes Signal liefert, welches als eine hohe Drehzahl interpretiert wird. Hingegen selektiert der Inkrementalgeber auf der zweiten Encoderspur ein Ausgangssignal, welches einen Stillstand signalisiert.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Ermitteln des Bewegungszustandes eines zu überwachenden Objektes mit Hilfe eines Signalgebers zur Verfügung zu stellen, welche die oben bezeichneten Nachteile vermeiden.
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Ein Kerngedanke der Erfindung ist darin zu sehen, dass während eines vorbestimmten Zeitintervalls mehrmals die absolute Periodendauer gemessen und gleichzeitig die Positionsänderung des Signalgebers ermittelt wird. Anschließend wird der Quotient aus der Summe der gemessenen absoluten Periodendauern und der Positionsänderung ermittelt. Der Quotient stellt dann die relative Periodendauer dar. Aus der relativen Periodendauer kann der Bewegungszustand eines zu überwachenden Objekts, beispielsweise die Drehzahl, die Geschwindigkeit oder der Stillstand ermittelt werden. Auf diese Weise werden beispielsweise durch Schwingungen hervorgerufene Hin- und Herbewegungen des Signalgebers während des eigentlichen Berechnungsvorgangs kompensiert. Mit dieser Methode lassen sich insbesondere niederfrequente Signale auswerten.
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Das oben genannte technische Problem wird zum einen durch die Verfahrensschritte des Anspruchs 1 gelöst.
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Demgemäß wird ein Verfahren zum Ermitteln des Bewegungszustandes eines Objekts mittels eines Signalgebers, insbesondere eines Inkrementalgebers zur Verfügung gestellt. Der Signalgeber stellt zwei phasenverschobene Ausgangssignale bereit. In einer Auswerteeinrichtung wird eine Positionsänderung während eines ersten Zeitintervalls einstellbarer Länge basierend auf den beiden phasenverschobenen Ausgangssignalen ermittelt. Gleichzeitig werden in der Auswerteeinrichtung während des ersten Zeitintervalls n absolute Periodendauern basierend auf wenigstens einem der Ausgangssignale gemessen, wobei n größer oder gleich Null ist. Wenn während des ersten Zeitintervalls mindestens eine absolute Periodendauer ermittelt worden ist, wird die relative Periodendauer berechnet, welche durch den Quotienten aus der Summe der n ermittelten absoluten Periodendauern und der Positionsänderung definiert wird. Aus der relativen Periodendauer wird dann der Bewegungszustand des Objekts ermittelt.
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Angemerkt sei an dieser Stelle, dass die in der Auswerteeinrichtung verarbeiteten phasenverschobenen Ausgangssignale digitale Signale, vorzugsweise Rechtecksignale sind. Denkbar ist, dass der Signalgeber selbst bereits rechteckförmige Ausgangssignale liefert. Sollte der Signalgeber analoge Sinus- und Kosinussignale erzeugen, werden diese in Rechtecksignale umgewandelt und dann der Auswerteeinrichtung zugeführt.
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Um redundante Ergebnisse zu erhalten, aus denen gegebenenfalls Fehler des Signalgebers erkannt werden können, werden die Verfahrensschritte des Messens von n absoluten Periodendauern, des Berechnens der relativen Periodendauern und des Ermittelns des Bewegungszustandes aus der relativen Periodendauer auf jedes phasenverschobene Ausgangssignal angewandt. Stellt sich heraus, dass die für die beiden phasenverschobenen Ausgangssignale ermittelten relativen Periodendauer beispielsweise um einen vorbestimmten Betrag von einander abweichen, kann daraus auf einen Fehler des Signalgebers oder fehlerträchtige Ausgangssignale, denen zum Beispiel Schwingungen überlagert sind, geschlossen werden.
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Alternativ können die beiden phasenverschobenen Ausgangssignale zur Impulsvervielfachung auch verknüpft werden, wobei dann n absolute Periodendauern aus dem verknüpften Signal gemessen werden. Die beiden Ausgangssignale können antivalent, d. h. beispielsweise in einem XOR Gatter, miteinander verknüpft werden. Durch die Verknüpfung der beiden phasenverschobenen Ausgangssignale erfolgt eine Erhöhung der Frequenz bzw. eine Verkürzung der Periodendauer, welche in der Auswerteeinrichtung entsprechend berücksichtigt werden muss, um aus der berechneten relativen Periodendauer den tatsächlichen Bewegungszustand des Objekts zu ermitteln.
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Die Ermittlung der Positionsänderung des Signalsgebers und somit des zu überwachenden Objekts während eines Zeitintervalls wird von einem Quadraturdecoder ausgeführt. Derartige Quadraturdecoder sind hinlänglich bekannt.
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Die ermittelte relative Periodendauer kann zwischengespeichert werden.
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Zweckmäßiger Weise werden die absoluten Periodendauern mit Hilfe eines elektronischen Zählers gemessen, welcher durch eine erste Signalflanke eines der beiden phasenverschobene Ausgangssignale oder des verknüpften Signals gestartet und durch eine zweite, unmittelbar folgende Signalflanke des entsprechenden Ausgangssignals oder des verknüpften Signals angehalten und anschließend zurückgesetzt wird, wobei die gemessenen absoluten Periodendauern zur weiteren Verarbeitung gespeichert werden können.
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Um auch ein Abbremsen des Objekts, sogar bis zum Stillstand hin, präzise erfassen zu können, wird die im ersten Zeitintervall gebildete relative Periodendauer durch eine aktuelle Periodendauer ersetzt, deren zeitliche Länge der Länge des Zeitintervalls entspricht, wenn innerhalb des dem ersten Zeitintervalls folgenden zweiten Zeitintervalls keine absolute Periodendauer gemessen worden ist. Die relative Periodendauer kann dann durch die aktuelle Periodendauer überschrieben werden. Denkbar ist auch die aktuelle Periodendauer neben der relativen Periodendauer zu speichern.
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Um zum Beispiel auf eine abrupte und länger andauernde Abbremsung bis hin zum Stillstand reagieren zu können, kann eine regelmäßige Messwertnachführung durchgeführt werden. Hierzu wird nach jedem Zeitintervall, welches dem zweiten Zeitintervall folgt und innerhalb dessen keine absolute Periodendauer gemessen worden ist, die zuletzt gespeicherte aktuelle Periodendauer durch eine Periodendauer ersetzt, deren zeitliche Länge der (l + 1)-fachen Länge des Zeitintervalls entspricht, wobei l der Anzahl des dem zweiten Zeitintervalls folgenden Zeitintervalls entspricht.
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Alternativ kann die im ersten Zeitintervall gebildete relative Periodendauer durch eine aktuelle Periodendauer ersetzt werden, deren zeitliche Länge dem aktuellen Zählerstand entspricht, wenn innerhalb des dem ersten Zeitintervalls folgenden Zeitintervalls keine absolute Periodendauer gemessen worden ist und der Zähler zu einem späteren Zeitpunkt durch eine zweite Signalflanke angehalten wird. Die beiden Verfahren setzen voraus, dass der Zählerstand des Zählers zur Messung der Periodendauer vorteilhafter Weise kontinuierlich überwacht wird.
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Um rechtzeitig einen Stillstand erkennen zu können, kann die zuletzt gespeicherte, aktuelle Periodendauer auf den Wert Null gesetzt werden, wenn während weiterer auf das erste Zeitintervall folgender k Zeitintervalle keine absolute Periodendauer gemessen wurde, wobei k größer oder gleich 1 ist.
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Aus der relativen Periodendauer kann, als Bewegungszustand, die Drehzahl, die Geschwindigkeit und beispielsweise auch ein Stillstand des Objektes ermittelt werden.
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Das oben genannte technische Problem wird ebenfalls durch die Merkmale des Anspruchs 11 gelöst.
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Demgemäß ist eine Vorrichtung zum Ermitteln des Bewegungszustands eines Objekts mittels eines Signalgebers, insbesondere eines Inkrementalgebers vorgesehen. Die Vorrichtung weist einen, zwei phasenverschobene Ausgangssignale erzeugenden Signalgeber auf. Weiterhin ist mit dem Signalgeber eine Auswerteeinrichtung verbunden. Die Auswerteeinrichtung weist einen Quadraturdecoder auf, der unter Ansprechen auf die beiden phasenverschobenen Ausgangssignale eine Positionsänderung während eines Zeitintervalls einstellbarer Länge ermitteln kann. Weiterhin ist in der Auswerteeinrichtung eine Messeinrichtung vorgesehen, die unter Ansprechen auf wenigstens eines der Ausgangssignale n absolute Periodendauern während des jeweiligen Zeitintervalls messen kann. Die Anzahl von n absoluten Periodendauern ist größer oder gleich Null. Weiterhin weist die Auswerteeinrichtung eine Einrichtung zum Berechnen der relativen Periodendauer auf, wenn n größer als Null ist. Die relative Periodendauer ist durch den Quotienten aus der Summe der n ermittelten absoluten Periodendauern und der Positionsänderung definiert. Die Vorrichtung weist ferner eine Einrichtung zum Ermitteln des Bewegungszustands des zu überwachenden Objekts aus der relativen Periodendauer auf.
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Es sei angemerkt, dass die in der Auswerteeinrichtung verarbeiteten Ausgangssignale vorzugsweise Rechtecksignale sind. Für den Fall, dass der Signalgeber lediglich analoge Sinus- und Kosinussignale liefert ist, ein Pulsformer vorhanden, der die analogen Sinus- und Kosinussignale in entsprechende Rechtecksignale umformt und der Auswerteeinrichtung zuführt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 den prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung zum Messen des Bewegungszustands eines rotierenden Körpers,
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2 den zeitlichen Verlauf der vom Drehgeber erzeugten um 90 Grad phasenverschobenen Rechtecksignale, und
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3 das Blockschaltbild der in 1 gezeigten Auswerteelektronik, in der die Erfindung verwirklicht ist.
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1 zeigt beispielhaft den prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung zum Ermitteln von Bewegungszuständen eines rotierenden Körpers, wie zum Beispiel einer Welle (nicht dargestellt). Die Vorrichtung weist einen Signalgeber 10 auf, der als Inkrementalgeber ausgebildet sein kann. Im vorliegenden Beispiel ist der Signalgeber 10 ein inkrementaler Drehgeber. Bei Verwendung eines entsprechenden Inkrementalgebers kann die Vorrichtung auch zum Ermitteln von translatorischen Bewegungen eingesetzt werden. In an sich bekannter Weise enthält der Drehgeber 10 beispielsweise eine Strichscheibe als Maßverkörperung, die mit geeigneten Abtasteinrichtungen abgetastet wird, um zwei um 90 Grad phasenverschobene Signale zu erzeugen. Die beiden Signale können im analogen Fall Sinus/Kosinus-Signale und bei digitaler Ausführung zwei um 90 Grad phasenverschobene Rechtecksignale sein. Im vorliegenden Beispiel liefert der Drehgeber 10 zwei um 90 Grad phasenverschobene Rechtecksignale UA und UB, welche in 2 gezeigt sind. Die beiden Signale werden in der Fachliteratur auch mit Spur A und Spur B bezeichnet. Weiterhin kann der Drehgeber 10 ein Referenzsignal liefern, welches einen Nullimpuls pro Umdrehung liefert. Der Nullimpuls ist erforderlich, wenn nicht nur die relative, sondern auch die absolute Position des Drehgebers 10 und somit der Welle ermittelt werden soll. Die drei Signale werden über jeweils eine Leitung einer Auswerteelektronik 20 zugeführt.
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3 zeigt ein beispielhaftes Blockschaltbild der in 1 dargestellten Auswerteelektronik 20. Die Auswerteelektronik 20 weist einen elektronischen Zähler 50 auf, mit welchem zum Beispiel die absolute Periodendauer TA des Ausgangssignals UA des Drehgebers 10 gemessen werden kann. Hierzu kann das Ausgangssignal UA durch einen Pulsformer 51 geführt werden. Weiterhin ist ein Referenzoszillator 52 vorgesehen, der ein Referenzsignal mit definierter Frequenz liefert. Die mit der bekannten Frequenz auftretenden Impulse des Referenzoszillators 60 und das Ausgangssignal des Pulsformers 51 werden einem UND-Gatter 80 zugeführt. Das UND-Gatter 54 ist während der unbekannten halben Periodendauer TA geöffnet, so dass die vom Referenzoszillator 52 gelieferten Impulse während der Zeit TA/2 von einem nachgeschalteten Impulszähler 54 gezählt werden. Die zu messende absolute Periodendauer TA des Ausgangssignals UA ergibt sich dann in bekannter Weise durch die Gleichung TA = 2N/fR, wobei N der Zählerstand des Impulszählers 90 ist. Mit anderen Worten, wird der Impulszähler 54 zum Beispiel mit der ersten steigenden Flanke des Ausgangssignals UA gestartet und mit der unmittelbar folgenden fallenden Flanke wieder angehalten. Auf diese Weise kann mit jeder steigenden Flanke des Ausgangssignals UA eine Periodendauermessung gestartet und mit jeder fallenden Flanke die entsprechende Messung beendet werden.
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass ein zweiter elektronischer Zähler 50 vorgesehen sein kann, mit dem die absolute Periodendauer des Ausgangssignals UB gemessen werden kann. Alternativ ist auch denkbar, dass die beiden Ausgangssignale UA und UB zur Erhöhung der Auflösung gemäß einer XOR-Verknüpfung, auch Antivalents-Verknüpfung genannt, verknüpft werden können. Die Auflösung wird auf diese Weise durch eine Impulsvervielfachung erhöht. Das verknüpfte Signal wird dann dem UND-Gatter 53 zugeführt. Die Auswerteelektronik 20 ist in der Lage, aus dem verknüpften Signal wiederum die absolute Periodendauer zu ermitteln.
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Die Auswerteelektronik 20 weist weiterhin einen an sich bekannten Quadraturdecoder 60 auf, dem zumindest die beiden Ausgangssignale UA und UB des Drehgebers 10 zugeführt werden. Der Quadraturdecoder 60 ermittelt aus den beiden empfangenen Signalen die relative Positionsänderung des Drehgebers 10. Empfängt der Quadraturdecoder 60 auch den Nullimpuls des Referenzsignals, kann die absolute Position des Drehgebers 10 und damit der zu überwachenden Welle ermittelt werden. Der elektronische Zähler 50 weist einen Speicher 55 auf, in welchem beispielsweise die während eines definierten Zeitintervalls pro Periodendauermessung jeweils gezählten Impulse und/oder der unmittelbare Wert der jeweiligen absoluten Periodendauern gespeichert werden können. Der Speicher 55 und der Quadraturdecoder 60 sind mit einer Mittelwert-Berechnungseinrichtung 70 verbunden. Die Mittelwert-Berechnungseinrichtung 70 bildet für das jeweilige Zeitintervall die Summe der gemessenen absoluten Periodendauern und dividiert die Summe durch die vom Quadraturdecoder 60 ermittelte Positionsänderung. Das Ergebnis ist dann eine relative Periodendauer, aus der der Bewegungszustand des zu überwachenden Objekts ermittelt werden kann. Ferner ist eine Steuer- und Überwachungseinrichtung 80 vorgesehen, die den Funktionsablauf der Komponenten der Auswerteelektronik 20 steuert und überwacht. Wie nachfolgend noch detailliert beschrieben wird, sorgt die Steuer- und Überwachungseinrichtung 80 insbesondere dafür, dass während eines jeweiligen einstellbaren Zeitintervalls der elektronische Zähler 50 absolute Periodendauern messen und der Quadraturdecoder 60 die Positionsänderung des Signalgebers ermitteln kann.
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An dieser Stelle sei erwähnt, dass die Messung einer Periodendauer zur Ermittlung der Drehzahl oder der Geschwindigkeit eines zu überwachenden Objekts in der Regel dann anstelle einer Frequenzmessung angewendet wird, wenn sich das zu überwachende Objekt langsam bewegt und somit die Frequenzmessung nur während eines sehr langen Messintervalls möglich wäre.
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Nachfolgend wird die Funktionsweise der in 1 gezeigten Vorrichtung in Verbindung mit der 3 dargestellten Auswerteelektronik 20 näher beschrieben.
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Angenommen sei zunächst, dass zum Beispiel ein zeitliches Raster, das heißt ein Zeitintervall von beispielsweise 10 ms in der Steuer- und Überwachungseinrichtung 80 eingestellt worden ist. Ferner sei angenommen, dass der Zählerstand des Impulszählers 54 auf Null gesetzt und der Speicherinhalt des Speichers 55 leer ist.
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Um zum Beispiel die Drehzahl einer zu überwachenden Welle mit Hilfe des Drehgebers 10 ermitteln zu können, startet die Steuer- und Überwachungseinrichtung 80 ein erstes Zeitintervall. Darüber hinaus sorgt die Steuer- und Überwachungseinrichtung 80 dafür, dass während des ersten Zeitintervalls im vorliegenden Beispiel die Periodendauer des Ausgangssignals UA des Drehgebers 10 mit Hilfe des elektronischen Zählers 50 mehrmals ermittelt wird. Angenommen sei, dass zunächst die Rotationsgeschwindigkeit der Welle so hoch ist, dass tatsächlich während des ersten Zeitintervalls mehrere Periodendauern gemessen werden können. Die Periodendauer wird in der zuvor beschriebenen Weise mittels des elektronischen Zählers 50 mehrmals gemessen. Angenommen sei, dass während des ersten Zeitintervalls drei Periodendauern gemessen werden. Der Impulszähler 54 zählt in der zuvor beschriebenen Weise die während der Zeitdauer TA/2 vom Referenzoszillator gelieferten Impulse, aus denen dann entweder der Impulszähler 54 selbst oder die Steuer- und Überwachungseinrichtung 80 die dazugehörende Periodendauer TA berechnen kann. Im Speicher 55 kann entweder die zu einer Periodendauer gehörende Impulsanzahl oder die Periodendauer selbst gespeichert werden. Da während des ersten Zeitintervalls drei Periodendauern gemessen werden, werden im Speicher 55 entweder die dazugehörenden drei Zählerstände oder die entsprechenden drei Periodendauern gespeichert. Gleichzeitig ermittelt der Quadraturdecoder aus den beiden Ausgangssignalen UA und UB die Positionsänderung, die der Drehgeber 10 während des ersten Zeitintervalls ausgeführt hat. Die Positionsänderung bezüglich eines Zeitintervalls kann dadurch ermittelt werden, dass zu Beginn des Zeitintervalls die aktuelle Position des Drehgebers 10 und am Ende des Zeitintervalls wiederum die aktuelle Position des Drehgebers 10 ermittelt wird. Aus der Differenz der beiden aktuellen Positionen wird schließlich die Positionsänderung ermittelt, die durch die Anzahl von Inkrementen oder Dekrementen, die der Drehgeber 10 zurückgelegt hat, angegeben werden kann. Der Funktionsablauf des Quadraturdecoders 60 kann durch die Steuer- und Überwachungseinrichtung 80 gesteuert werden.
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Im vorliegenden Beispiel sei weiterhin angenommen, dass der Quadraturdecoder 60 festgestellt hat, dass der Drehgeber 10 sich während des ersten Zeitintervalls um drei Schritte im Uhrzeigersinn bewegt hat. Unter Steuerung der Steuer- und Überwachungseinrichtung 80 wird am Ende des ersten Zeitintervalls das Ergebnis des Speichers 55 und des Quadraturdecoders 60 zur Mittelwert-Berechnungseinrichtung 70 übertragen. Die Mittelwert-Berechnungseinrichtung 70 summiert im vorliegenden Beispiel die drei Periodendauern und dividiert die Summe durch die Zahl drei, die der Anzahl von Inkrementen des Drehgebers 10 entspricht. Das Ergebnis der Mittelwert-Berechnungseinrichtung 70 liefert dann die relative Periodendauer. In einer nicht dargestellten Berechnungseinrichtung kann in an sich bekannter Weise aus der ermittelten relativen Periodendauer der Bewegungszustand, im vorliegenden Beispiel die Drehzahl des Drehgebers 10 berechnet werden. Die entsprechende Funktion kann allerdings auch von der Steuer- und Überwachungseinrichtung 80 übernommen werden.
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Wie bereits erwähnt, können die beiden Ausgangssignale UA und UB des Drehgebers in einem XOR-Gatter (nicht dargestellt) miteinander verknüpft werden, um ein Signal mit einer höheren Auflösung, das heißt einer erhöhten Impulsanzahl, zu erzeugen. Die erzielte Impulsvervielfachung müsste dann bei der Berechnung des Bewegungszustands aus der relativen Periodendauer entsprechend berücksichtigt werden, um einen exakten Wert für die Drehzahl des Drehgebers 10 zu erhalten.
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Die im ersten Zeitintervall ermittelte relative Periodendauer wird vorzugsweise in einem Speicher abgelegt. Zum Beispiel kann die relative Periodendauer auch im Speicher 55 an einer adressierbaren Speicherstelle hinterlegt sein, die von der Steuer- und Überwachungseinrichtung 80 angesprochen werden kann.
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Nunmehr wird ein Szenario betrachtet, bei welchem die Rotationsgeschwindigkeit des Drehgebers 10 soweit abgebremst wird, dass die Periodendauer des Ausgangssignals UA größer als das Zeitintervall, also größer als 10 ms ist. Wiederum startet die Steuer- und Überwachungseinrichtung 80 einen Berechnungszyklus mit der Länge des festgelegten Zeitintervalls, also 10 ms. Die Messung der Periodendauer des Ausgangssignals UA beginnt, wie in 3 dargestellt, mit der ersten, im aktuellen Zeitintervall auftretenden steigenden Flanke des Ausgangssignals UA. Beendet wird eine Periodendauermessung mit der unmittelbar folgenden fallenden Flanke des Ausgangssignals UA. Da innerhalb des Zeitintervalls jedoch keine fallende Flanke erfasst wird, kann keine Periodendauer innerhalb des Zeitintervalls gemessen werden. In der Auswerteeinrichtung 20 bleibt daher die relative Periodendauer des ersten Zeitintervalls gespeichert. Demzufolge geht die Auswerteeinrichtung 20 weiterhin von einer hohen Drehgeschwindigkeit, die der gespeicherten relativen Periodendauer entspricht, aus, obwohl der Drehgeber 10 beziehungsweise die Welle mittlerweile abgebremst worden ist. Um eine solche Fehlinterpretation des tatsächlichen Bewegungszustands zu verhindern, kann zum Beispiel die Steuer- und Überwachungseinrichtung 80 derart ausgebildet sein, dass sie eine Messwertnachführung durchführen kann. Hierzu kann sie beispielsweise den gespeicherten Wert der relativen Periodendauer durch einen aktuellen Wert ersetzen, der der Länge des Zeitintervalls, im vorliegenden Fall sind das 10 ms, entspricht, wenn innerhalb des dem ersten Zeitintervall folgenden zweiten Zeitintervalls ebenfalls keine absolute Periodendauer gemessen wurde. Die Messwerte können regelmäßig nachgeführt werden, wenn auch in einem oder mehreren, dem zweiten Zeitintervall folgenden Zeitintervallen keine fallende Flanke auftritt und somit keine absolute Periodendauer gemessen werden konnte. In diesem Fall kann nach jedem Zeitintervall, welches dem zweiten Zeitintervall folgt und innerhalb dessen keine absolute Periodendauer gemessen worden ist, die zuletzt gespeicherte aktuelle Periodendauer durch eine Periodendauer ersetzt wird, deren zeitliche Länge der (l + 1)-fachen Länge des Zeitintervalls entspricht, wobei l der Anzahl des dem zweiten Zeitintervalls folgenden Zeitintervalls entspricht. Folgen dem zweiten Zeitintervall beispielsweise zwei weitere Zeitintervalle, innerhalb derer keine fallende Flanke detektiert wird, wird die zuletzt gespeicherte Periodendauer von 10 ms zunächst durch den Wert von 20 ms und im nächsten Zeitintervall durch den Wert von 30 ms ersetzt.
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Dies bedeutet, dass die zuvor gespeicherte relative Periodendauer durch einen immer größeren Wert ersetzt wird, welchem eine entsprechend niedrigere Drehgeschwindigkeit entspricht.
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Die Steuer- und Überwachungseinrichtung 80 überwacht während des gesamten Betriebs den Impulszähler 54 und/oder das UND-Gatter 53. Erkennt die Steuer- und Überwachungseinrichtung 80, dass auch während k weiterer Zeitintervalle keine fallende Flanke im Ausgangssignal UA aufgetreten ist, kann sie den zuletzt gespeicherten Wert für die Periodendauer des Ausgangssignals UA auf den Wert Null setzen und im Speicher 55 ablegen. Der Wert Null signalisiert, dass ein Stillstand vorliegt; das heißt der Drehgeber 10 und somit die Welle bewegen sich nicht mehr. Der Wert k für aufeinanderfolgende Zeitintervalle, innerhalb derer keine negative Flanke im Ausgangssignal UA erkannt wird, ist größer oder gleich 1.
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Bei einer alternativen Messwertnachführung kann die Steuer- und Überwachungseinrichtung 80 den elektronischen Zähler 50 daraufhin überwachen, ob und wann auf eine erste steigende Flanke eine unmittelbar folgende fallende Flanke im Ausgangssignal UA auftritt. Tritt beispielsweise in dem unmittelbar dem ersten Zeitintervall folgenden Zeitintervall eine fallende Flanke auf, so liest die Steuer- und Überwachungseinrichtung 80 den entsprechenden Zählerstand des Impulszählers 54 aus und berechnet daraus die aktuelle Periodendauer des Ausgangssignals UA. Anschließend wird die während des ersten Zeitintervalls berechnete relative Periodendauer durch den aktuellen Wert der neuen Periodendauer ersetzt.
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Wenn allerdings in dem Ausgangssignal UA eine fallende Flanke erst nach einigen weiteren Zeitintervallen auftritt, kann es zu einem Zählerüberlauf im Impulszähler 54 kommen. Dieser Zählerüberlauf wird von der Steuer- und Überwachungseinrichtung 80 erfasst und bei der Berechnung der aktuellen Periodendauer entsprechend berücksichtigt. Auch bei der alternativ beschriebenen Messwertnachführung kann die Steuer- und Überwachungseinrichtung 80 den im Speicher 55 hinterlegten Wert der relativen Periodendauer bezüglich des ersten Zeitintervalls durch den Wert Null ersetzen, wenn in k aufeinanderfolgenden Zeitintervallen keine fallende Flanke im Ausgangssignal UA erfasst wird.
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass mit Hilfe der in 3 gezeigten Auswerteeinrichtung 20 neben der Drehzahl auch die Drehrichtung des Drehgebers ermittelt werden kann. Ferner kann die Steuer- und Überwachungseinrichtung 80 oder eine separate Berechnungseinrichtung beispielsweise aus dem im Speicher 55 hinterlegten Periodendauerwert auch die dazugehörende Frequenz des Drehgebers 10 berechnen.
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Ebenfalls denkbar ist es, die in 3 gezeigte Auswerteeinrichtung 20 um einen weiteren elektronischen Zähler zu erweitern, der in an sich bekannter Weise die absolute Frequenz des Ausgangssignals UB messen kann. In diesem Fall könnte die Qualität des Drehgebers 10 geprüft werden, indem aus der berechneten relativen Periodendauer die dazugehörende Frequenz ausgerechnet und mit der absoluten Frequenz verglichen wird.
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Nunmehr wird ein weiteres Szenario betrachtet, bei dem während eines Zeitintervalls vom elektronischen Zähler 50 in der zuvor beschrieben Weise beispielsweise vier Periodendauermessungen durchgeführt werden, deren entsprechende Werte im Speicher 55 abgelegt werden. Allerdings sei angenommen, dass der Quadraturdecoder 60 unter Ansprechen auf die beiden Ausgangssignalen UA und UB festgestellt hat, dass sich der Drehgeber 10 absolut lediglich um zwei Schritte im Uhrzeigersinn gedreht hat. Denn der Drehgeber 10 hat sich während des aktuellen Zeitintervalls aufgrund von überlagerten Schwingungen drei Schritte oder Inkremente im Uhrzeigersinn und einen Schritt, also ein Dekrement gegen den Uhrzeigersinn bewegt. Die Mittelwert-Berechnungseinrichtung 70 liefert somit eine relative Periodendauer, die dem Quotienten aus der Summe der vier gemessenen Periodendauern und der Positionsänderung, also dem Wert 2, entspricht. Die ermittelte Periodendauer entspricht dann einer von Störungen und/oder Schwingungen „bereinigten” Periodendauer.
