DE1245152B - Anordnung zur digitalen Erfassung der Winkelstellung des Rotors des Gebers eines Drehmelderpaares - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

GOId

Deutsche Kl.: 42 d- 2/50

Nummer: i 245 152

Aktenzeichen: T 25119 IX b/42 d

Anmeldetag: 25. November 1963

Auslegetag: 20. Juli 1967

Die Erfindung geht von einem an sich bekannten Drehmelderpaar, also einem Geber und einem Empfänger, aus und stellt sich die Aufgabe, die Winkelstellung des Geberrotors in ein Digitalsignal umzuwandeln. Dabei soll aber nicht die Winkelstellung direkt als Ausgangsgröße dienen, sondern es soll von den elektrischen Größen ausgegangen werden, die an den drei Ausleitungen des Drehmeldergebers abzunehmen sind. Einer solchen Anordnung zur Analog-Digital-Wandlung bedarf es vor allem beim nachträglichen Hinzufügen einer digitalen Anzeigevorrichtung zu Geräten, deren Ausgangsgrößen bisher analog angezeigt wurden und gegebenenfalls auch weiterhin angezeigt werden sollen. Ein Beispiel hierfür sind Kreiselgeräte, deren Drehmeldergeber wie üblich im Gehäuse eingebaut ist und ohne erhebliche Änderung des Gesamtgerätes nicht durch einen direkt arbeitenden Digitalwinkelgeber ersetzt werden kann.

Es sind AD-Wandler bekannt, welche aus der zu erfassenden Winkelstellung Zeitintervalle herleiten, die durch je einen Anfangs- und einen Endimpuls begrenzt sind. Diese winkelabhängigen, mit gleichbleibendem zeitlichem Abstand aufeinanderfolgenden Zeitintervalle werden dann »ausgezählt«. Dazu ist bei den bekannten Anordnungen ein Zähler, ein Zählimpulsgenerator, der eine regelmäßige Impulskette liefert, und ein steuerbares Tor vorgesehen. Beim Anfangsimpuls öffnet das Tor und läßt die Zählimpulse zum Zähler durchlaufen, beim Endimpuls schließt das Tor und überträgt gegebenenfalls den Zählerstand auf einen Speicher.

Zur Erzeugung der Anfangs- und Endimpulse sind einerseits gleichförmig rotierende Abtasteinrichtungen bekannt, die beim Durchlaufen einer Bezugswinkelstellung und der Meßwinkelstellung diese Impulse direkt erzeugen, z. B. nach der USA.-Patentschrift 2 680 241 mit Magnetköpfen und einer magnetisierten Scheibe. Andererseits ist es bekannt, z. B. aus dem Aufsatz »The Synchro Resolver as a Shaft Position Transducer« von M. B. Wood, erschienen im Juni 1958 in der »Electronic Engineering«, zwei gleichfrequente Wechselspannungen vom Meßwinkel abhängig gegeneinander zu verschieben und bei jedem zweiten Nulldurchgang der einen Spannung den Anfangs- und der anderen Spannung den Endimpuls zu erzeugen.

Mit allen diesen Systemen läßt sich aber nicht die eingangs bezeichnete Aufgabe lösen. Die Erfindung macht nun von einer an sich bekannten Erscheinung Gebrauch, wonach beim Antreiben des Rotors eines Drehmelderempfängers von außen her in der Rotorwicklung eine gewissermaßen sinusförmig modulierte Anordnung zur digitalen Erfassung der
Winkelstellung des Rotors des Gebers eines
Drehmelderpaares

Anmelder:

TELDIX Luftfahrt-Ausrüstungs G. m. b. H.,

Heidelberg-Wieblingen, Grenzhöfer Weg 36

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Horst Brendes, Sandhausen;

Jörg Fuchs, Heidelberg

Spannung auftritt, deren Phase bei jedem Schwingungsknoten um 180° wechselt (vgl. Aufsatz »Drehmelder und ihre Anwendungen« von G. Claus, erschienen in der Funk-Technik, Nr. 23, 1958).

Die Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Drehantrieb, der mit dem Rotor des Drehmeldeempfängers gekuppelt ist, so wie durch eine Abtasteinrichtung, welche bei dem Durchlauf des Empfängerrotors durch eine Bezugswinkelstellung Anfangsimpulse abgibt, und durch eine Schaltanordnung, welche von Schwingungsknoten der sinusförmig modulierten Empfängerrotorspannung Endimpulse ableitet. Das Zeitintervall zwischen Anfangs- und Endimpuls wird dann auf übliche Weise ausgezählt.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Impulsfolgefrequenz der Zählimpulse von der Winkelgeschwindigkeit des Empfängerrotors abhängig ist. Dies kann man z. B. erreichen durch Abnehmen der Zählimpulse von einem mit dem Antriebsmotor starr gekuppelten Impulsgeber. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß eine eventuell auftretende Inkonstanz der Drehzahl oder der Winkelgeschwindigkeit des Antriebsmotors das Zählergebnis nicht verfälschen kann. Infolgedessen können einfachere, in dieser Hinsicht großzügiger tolerierte Antriebsmotoren Verwendung finden.

Ferner wird vorgeschlagen, daß die Zählimpulse untereinander verschiedene zeitliche Abstände haben, was an sich bei Digitalrechnern bekannt ist (z. B. aus der britischen Patentschrift 732 878). Dadurch erhält man als Zählergebnis unmittelbar einen von <x abhängigen Funktionswert, beispielsweise sin % wenn die Impulse sinusförmig über die Zeit verteilt sind.

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Das erspart eine Rechenoperation. Wünscht man genden Anfangsimpulse ET₄ genannt. Sie sind durch gleichzeitig verschiedene Funktionswerte von a, so geeignete Mittel aus der Drehung des Empfängerkann man mehrere Impulsquellen vorsehen, deren rotors oder seiner Antriebsmittel abgeleitet und erImpulse nach verschiedenen Funktionen zeitlich ge- scheinen jeweils beim Durchgang des Rotors durch streut sind und deren zugehörige Zähler von den 5 eine bestimmte Nullstellung. Die bei t_v t_t' usw. ausgleichen Anfangs- und Endimpulsen gesteuert wer- gesandten Impulse werden Endimpulse U_E genannt den. und durch die erfindungsgemäße Schaltung bei jedem

Für die Gegenstände der Unteransprüche wird nur zweiten Nulldurchgang der Umhüllenden 1 gewon-

in Verbindung mit dem vorliegenden Patentanspruch 1 nen.

Patentschutz begehrt. io Wenn nun die Umhüllende mit dem eingegebenen

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sei so- Winkel α wandert, so wandern auch die Endimpulse

gleich auf die Zeichnung Bezug genommen, deren mit. Die Zeitintervalle ^t₀, t^-t_Q' usw. zwischen den

Fig. 1 die erfindungsgemäße Zuordnung der An- Anfangs- und Endimpulsen sind also ein genaues

fangs- und Endimpulse zu der Rotorspannung Maß des Winkels α selbst,

zeigt; 15 Das Blockschaltbild nach Fi g. 2 gibt einen Über-

Fig. 2 ist ein Blockschaltschild der erfindungs- blick über eine erfindungsgemäße Anordnung. Mit 2 gemäßen Gesamtanordnung mit einem Drehmelder- ist darin der Drehmeldergeber und mit 3 der Drehpaar; melderempfänger bezeichnet. Der äußere Kreis sym-

Fig. 3a bis 3d stellen die Erzeugung der aus der bolisiert jeweils den Stator und der innere Kreis den

Rotorspannung abgeleiteten Endimpulse schrittweise 20 Rotor. Ausgezogene Verbindungen sind elektrischer,

in Schaubildern dar; gestrichelte mechanischer Art. In den Geberrotor

F i g. 4 a ist ein Ausschnitt aus F i g. 1 in größerem wird die Drehmelderspeisespannung t/_s und der Win-

Maßstab und enthält außerdem die sogenannte 90°- kel λ eingegeben. Zwischen den beiden Statoren be-

Grundwelle der Nullspannung; steht eine Drei- oder Vierleiterverbindung. Der Emp-

Fig. 4b bis 4e zeigen ähnlich Fig. 2 schrittweise 25 fängerrotor 3 ist an einen Motor 4 angekoppelt und

die Entstehung der Bezugsimpulse aus der Drehmel- gibt seine Spannung an eine Schaltanordnung oder,

derspeisespannung; wie im folgenden, Schaltung 5 ab, welche auf den bei

Fig. 5 ist ein als Ausführungsbeispiel geltendes jedem Schwingungsknoten der Rotorspannung aufSchaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung; tretenden Phasensprung anspricht. Die Steuerung

Fig. 6 endlich zeigt im Blockschaltbild eine Si- 30 dieser Schaltung erfolgt durch Bezugsimpulse, die multananlage, welche drei verschiedene Winkel mittels der Schaltgruppen 8, 9 und 10 aus der Speisegleichzeitig zu erfassen gestattet. spannung U_s etwa im Zeitpunkt des Maximums jeder

Gleichbedeutende Bauelemente oder -gruppen sind positiven Halbwelle gewonnen werden. 8 bezeichnet

in den Fig. 2 und 5 mit gleichen Bezugsziffern be- eine spannungsempfindliche Kippschaltung (Schmitt-

zeichnet. 35 Trigger), 9 ein Differenzierglied und 10 einen mono-

Es leuchtet ohne weiteres ein, daß die Ampli- stabilen Multivibrator (Mono-Flip-Flop). Die Schaltude der Spannung am festgebremsten Rotor eines rung 5 gibt über einen Schmitt-Trigger 6 und ein Drehmelderempfängers von der Rotorstellung des Differenzierglied 7 die Endimpulse U_E ab. Die mit Drehmeldergebers abhängt. Die Abhängigkeit ist sin- U_A bezeichneten Anfangsimpulse werden mittels einer förmig in der Weise, daß, beginnend von Null, die 40 beispielsweise fotoelektrischen Einrichtung 11 bei Amplitude bei der Winkelstellung 90° ihr Maximum jedem Durchgang des Empfängerrotors durch die erreicht und bei 180° wieder auf Null abfällt. Im Nullstellung gewonnen. Letzteres wird im Zusam-Winkelbereich von 180 bis 360° wiederholt sich die menhang mit der Beschreibung von Fig.5 näher Funktion, jedoch ist hier die Phasenlage der Schwin- erläutert. Anordnungen zur Erzeugung der Zählgung gegenüber dem vorher genannten Winkelbereich 45 impulse, Zähler oder ähnliche Einrichtungen zur um 180° versetzt. Die Abhängigkeit gilt ebenso um- Weiterverarbeitung der Zeitintervalle sind nicht dargekehrt bei stillstehendem Geber- und sich drehen- gestellt.

dem Empfängerrotor und jeder anderen Relativbewe- Die Endimpulse U_E werden, wie schon erwähnt, gung. Ausgehend von den Verhältnissen bei der aus der Rotorspannung U_R bei deren Phasensprung Erfindung, wo der Geberrotor nach vorhergehender 50 mittels der Schaltung 5 abgeleitet. Diese öffnet bei Einstellung stillsteht und der Empfängerrotor sich Anlegen einer Gleichspannung bestimmter Polarität dreht, kann man den Sachverhalt auch so ausdrucken, einen Stromweg in beiden Richtungen, beim Wechsel daß die Speisespannung U_s des Drehmelderpaares der Polarität der Gleichspannung hingegen schließt mit der Winkelfrequenz des Empfängerrotors modu- sie den Stromweg. Die Gleichspannungen bestimmter liert ist. In Fig. 1 ist dies aufgezeichnet. Die Rotor- 55 Polarität sind bei der Erfindung die Bezugsimpulse spannung selbst ist dort mit U_R und die der Rotor- U_B. Sie bewirken, daß die in 5 enthaltene Schaltwinkelfrequenz entsprechende Umhüllende mit 1 strecke in gleichmäßigen, der Periodendauer der Robezeichnet. Nach jeder Halbschwingung der Um- torspannung U_R entsprechenden Zeitabständen kurzhüllenden 1 tritt ein Phasensprung der Rotorspannung zeitig leitend wird. Während der Offenzeiten kommt U_R um 180° ein. Wichtig zum Verständnis des fol- 60 dann die Rotorspannung in Form von Impulsen genden ist vor allem, daß bei einer Verstellung des durch, und zwar unabhängig davon, ob sie gerade Geberrotors die Umhüllende 1 auf der Zeitachse positiv oder negativ ist. So entstehen die in F i g. 3 a wandert, bei einer vollen Umdrehung des Geber- gezeigten Impulse U₂, deren Höhe etwa der Umrotors, z. B. um die mit einem Pfeil bezeichnete volle hüllenden 1 entspricht, die jedoch infolge des Pha-Periodenlänge. 65 sensprungs der Rotorspannung bei jedem Nulldurch-

Unter der modulierten Schwingung sind in Fig. 1 gang der Umhüllenden ihre Polarität wechseln,

mit gleichem Zeitmaßstab Impulse eingetragen. Die Die von der Schaltung 5 gelieferte Spannung ü_s

bei i₀ und i₀' ausgesandten Impulse werden im fol- wird gemäß F i g. 2 auf dem Schmitt-Trigger 6 ge-

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geben. Die Abhängigkeit der Ausgangsspannung U._i mit ihrer negativen und in der rechten Hälfte mit dieses Schmitt-Triggers von seiner Eingangsspannung ihrer positiven Halbwelle durchkommt. Damit wäre U₂ ist im Schaubild Fig. 3b dargestellt. Wenn die also die phasenkritische Eigenschaft der Schaltung Eingangsspannung eine positive Schaltschwelle EZ₂₀ aufgehoben. Der Schmitt-Trigger würde dauernd hinüberschreitet, schaltet er von einer niederen Aus- 5 und herpendeln.

gangsspannung U_3n auf eine hohe Ausgangsspannung Es ist daher als eine besonders vorteilhafte Weiter-C/_3Ä um. Umgekehrt wird von der hohen auf die bildung der Erfindung anzusehen, wenn zur Unterniedrige Ausgangsspannung umgeschaltet, wenn die drückung des störenden Einflusses der 90°-Grund-Eingangsspannung eine negative Schaltschwelle U₂₂ welle der Nullspannung aus der Drehmelderspeiseüberschreitet. Im Schaubild F ig. 3 c ist die Ausgangs- io Spannung nur kurze Impulse gewonnen werden, die spannung U₃ des Schmitt-Triggers über der Zeit mit Nulldurchgängen der 90°-Grundwelle zeitlich aufgetragen. Wird diese Rechteckspannung nun noch übereinstimmen, und daß diese Impulse zur Steuerung mittels eines Differenziergliedes differenziert, so er- der Schaltung 5 dienen. Der störende Einfluß der geben sich die in F i g. 3 d dargestellten und mit U_E übrigen Oberwellen der Nullspannung kann durch bezeichneten positiven und negativen Nadelimpulse, 15 Ausfiltern dieser Oberwellen beseitigt werden,
von denen vorzugsweise die positiven verwendet wer- _ Die Drehmelderspeisespannung U_s ist in Fig. 4b den. Sie stellen die in F i g. 1 mit dem Zeitpunkt I₁ eingetragen. Es ist zu beachten, daß sie gegenüber und i/ bezeichneten Endimpulse dar. der Rotorspannung U_R ein wenig verschoben ist.

Anstatt erfindungsgemäß kurze Bezugsimpulse U_B Diese Phasenverschiebung tritt bei jeder Drehmelderzur Steuerung der phasenkritischen Schaltung zu be- 20 Übertragung auf und kann beispielsweise 10° benutzen, wäre es prinzipiell auch denkbar, als Steuer- tragen. Der abzuleitende Impuls darf daher nicht mit größe die unveränderte Drehmelderspeisespannung dem Maximum von U_s zusammenfallen, sondern U_s heranzuziehen. Im folgenden soll durch einen muß kurz davor-oder dahinterliegen.
Vergleich mit dieser Alternative aufgezeigt werden, Dies wird dadurch erreicht, daß die Drehmelderworin das Besondere der Impulssteuerung nach der 35 speisespannung U_s zunächst auf einen Schmitt-Trig-Erfindung besteht und weshalb man damit eine ger mit kleiner Hysterese gegeben wird. Dieser liefert höhere Genauigkeit in der Winkelerfassung erzielt. die in Fig. 4c wiedergegebene Rechteckspannung. Wichtig ist zunächst der Begriff der Nullspannung. Die Schaltschwellen sind so eingestellt, daß der Trig-Diese tritt an der Stelle in Erscheinung, an der Geber ger kurz vor Erreichen des positiven Maximums von und Empfänger die gleiche Stellung einnehmen. Sie 30 U_s auf niedrige Spannung umschaltbar und kurz setzt sich zusammen aus einem Spannungsanteil, der nach diesem Maximum wieder zurückfällt. Die von gleicher Frequenz wie die Drehmelderspeise- Rechteckspannung wird mit dem Differenzierglied 9 spannung, jedoch um 90° gegen diese phasenver- differenziert, wobei Impulse gemäß Fig.4d entsteschoben ist, und aus Spannungsanteilen verschiede- hen. Mit der Anstiegsflanke der positiven Impulse ner Oberwellen der Grundfrequenz. Das hat zur 35 wird endlich der monostabile Multivibrator IO anFolge, daß bei den Stellungen 0 und 180° des gesteuert, welcher schmale Rechteckimpulse gemäß Empfängers (»Nulk-Durchgänge der Umhüllenden) Fig.4e liefert. Durch die Einstellung der Schaltdie Rotorspannung eben nicht genau zu Null wird, schwellen des Schmitt-Triggers 8 lassen sich die Imsondern nur auf die Nullspannung absinkt. Bei guten pulse genau auf die Nulldurchgänge der 90°-Grund-Drehmeldern kann diese Nullspannung zwar sehr 40 welle einjustieren. In Fig.4a ist endlich noch darklein gehalten werden, es gelingt jedoch nicht, sie gestellt, wie die Schaltung 5 unter dem steuernden völlig zum Verschwinden zu bringen. Von der Null- Einfluß der Bezugsimpulse aus der Rotorspannung spannung interessiert im wesentlichen nur die 90°- schmale Impulse 12, 13, 14 und 15 herausschneidet. Grundwelle, die — wie die übrigen Oberwellen — Diese letzteren Impulse finden sich in kleinerem den Phasensprung der Rotorspannung nicht mit- 45 Maßstab auch in F i g. 3 a.
macht. F i g. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfin-

In Fig. 4 ist die Rotorspannung U_R an der Stelle dung mit weiteren schaltungstechnischen Einzelheides Phasensprungs in vergrößertem Maßstab bei- ten. Ein Drehmeldergeber 2 und ein Drehmelderspielsweise aufgezeichnet. Die Kurvenform an dieser empfänger 3 trägt wie die übrigen Schaltungsgruppen Stelle wechselt, wenn sich der Winkel« ändert. Die 5° dieser Figur dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 2. 90°-Grundwelle der Nullspannung ist mit U₀ be- Die beiden Statoren 17 und 18 dieser Drehmelder zeichnet. Die Erläuterung von Fig.3 läßt schon sind durch drei Leitungen miteinander verbunden, erkennen, daß es erstrebenswert ist, wenigstens eine Der Geberrotor 19 wird gemäß dem einzugebenden der Schaltschwellen des Schmitt-Triggers 7 sehr klein Winkel <* eingestellt. An seiner einseitig mit Masse einzustellen, um den gewünschten Endimpuls in die 55 verbundenen Wicklung liegt die Drehmelderspeiseerste oder wenigstens eine der ersten Perioden der spannung U_s, eine Wechselspannung mit einer Fre-Rotorspannung nach dem Phasensprung zu legen. quenz von etwa 4 kHz. Der Rotor 20 des Drehmelder-Dies ist — wie abschließend noch näher erläutert empfängers ist mit einem Antriebsmotor 4 gekuppelt wird — für die Genauigkeit der Winkelerfassung aus- und wird von diesem mit 60 Umdrehungen je Minute schlaggebend. In Fig. 4 ist die Schaltschwelle U_2z 60 angetrieben. An der Wicklung dieses Rotors, die ebenfalls eingezeichnet. Es sei immer noch voraus- einerseits ebenfalls mit Masse verbunden ist, ergesetzt, daß die Schaltung 5 während der beiden scheint die mit der Antriebsfrequenz modulierte positiven Halbwellen der Rotorspannung auf der Rotorspannung !7^.

linken Seite der Fi g. 4 und während der negativen Auch hier ist die auf die Phasensprünge der Rotor-Halbwellen auf der rechten Seite geöffnet ist. Man 65 spannung ansprechende Schaltung mit 5 bezeichnet sieht unter dieser Voraussetzung ohne weiteres, daß und besteht aus zwei Transistoren 23 und 24. Die bei der gezeichneten minimalen Bemessung von U₂₂ Basen dieser beiden Transistoren sind über zwei in die 90°-Grundwelle in der linken Hälfte der Fig. 4 Reihe geschaltete Widerständen 25 und 26 mit-

einander verbunden, während die Kollektoren direkt zusammengeschaltet sind. Zwischen die beiden Verbindungsleitungen dieser beiden Widerstände und die Verbindungsleitung der beiden Kollektoren ist die Sekundärwicklung eines Übertragers 27 eingeschaltet. An der Primärwicklung dieses Übertragers, die einerseits mit Masse verbunden ist, wird der bei jeder positiven Halbwelle der Spannung U_s einmal ausgesandte Bezugsimpuls U_B angelegt. Die eigentliche Schaltstrecke verläuft von der Empfängerrotorwicklung über den Emitter und den Kollektor des Transistors 23 zum Kollektor und endlich zum Emitter des Transistors 24. Ist die Schaltstrecke geöffnet, so fällt die Rotorspannung an einem Widerstand 28 ab. Hier können also die in F i g. 3 a dargestellten Impulse U₂ abgegriffen werden.

Von besonderer Bedeutung für die Schaltung 5 ist die Auswahl der Transistoren 23 und 24. Ihre Kollektor-Emitter-Restspannungen, die als Störspannungen innerhalb des Schaltkreises zum Vorschein ao kommen, müssen möglichst gleich groß sein, so daß sie sich gegenseitig restlos aufheben. Andernfalls kommen die dem Phasensprung direkt nachfolgenden sehr kleinen Impulse von U₂ nicht durch.

Bevor die Impulse U₂ nun dem Schmitt-Trigger 6 zugeführt werden, empfiehlt es sich, sie durch an sich bekannte Schaltungsmittel auf einen bestimmten Amplitudenwert zu begrenzen und nachfolgend zu verstärken. Man erzielt dadurch die gewünschte Verstärkung der ersten und kleinsten Impulse, auf die es letztlich ankommt, ohne die großen Impulse in ihrer gesamten Größe mit zu verstärken. Ein Begrenzer und Verstärker ist symbolisch dargestellt und mit 29 bezeichnet.

Endlich schließen sich der Schmitt-Trigger 6 und das Differenzierglied 7 an. Die Basis eines Transistors 32 bildet den Eingang des Triggers. Der Kollektor dieses Transistors ist über einen Widerstand 33 mit der Basis eines Transistors 34 verbunden, an dessen Kollektor die Ausgangsspannung U₃ (vgl. F i g. 3 c) abgenommen wird. Der Kollektor des Transistors 34 ist über einen Widerstand 35 und der Kollektor des Transistors 32 über einen Widerstand 36 am positiven Pol einer nicht dargestellten Gleichspannungsquelle angeschlossen. Die Emitter beider Transisto- ren sind verbunden und über einen Widerstand 37 an den negativen Pol einer anderen Gleichspannungsquelle gelegt. Beide Gleichspannungsquellen liegen mit den Gegenpolen an Masse. Auch alle anderen in dieser Figur mit Plus und Minus bezeichneten Leitungsenden sind mit diesen Spannungsquellen verbunden. Ein Widerstand 38 verbindet die Basis des Transistors 34 mit Minus.

Die Wirkungsweise des Triggers ist folgende: Im Ruhezustand (keine Eingangsspannung oder negative Impulse U₂) führt der Transistor 34 Strom. Damit ist die Ausgangsspannung U_s klein. Der Spannungsabfall am Widerstand 37 sperrt den ersten Transistor 32 vollständig. Kommt nun eine positive Spannung U₂, die die positive Schaltschwelle U_{2 a} überschreitet, so beginnt der Transistor 32 leitend zu werden. Der damit verbundene Spannungsabfall am Widerstand 36 wirkt über den Spannungsteiler, der von den Widerständen 33 und 38 gebildet wird, sperrend auf die Basis des Transistors 34. Somit fließt weniger Strom durch Widerstand 35, Transistor 34 und Widerstand 37. Die Basis des Transistors 32 wird damit noch positiver gegenüber seinem Emitter, was beschleunigend auf den Umkippvorgang wirkt. Da dieser Vorgang nur durch die sehr geringe Trägheit der Transistoren begrenzt wird, ist er nach sehr kurzer Zeit abgeschlossen. Das Zurückkippen beim Unterschreiten der negativen Schaltschwelle erfolgt entsprechend.

Das Differenzierglied 8 besteht aus der Reihenschaltung aus einer Kapazität 39 mit einem Widerstand 40, der an einem seiner Enden an Masse liegt. Während der Änderungen der Spannung U₃ fließen Ladeströme, die am Widerstand 40 einen Spannungsabfall hervorrufen. Dieser wird abgegriffen. Er hat über der Zeit aufgetragen die Form sehr spitzer, sogenannter Nadelimpulse abwechselnder Polarität. Die positiven oder die negativen Impulse stellen die erfindungsgemäßen Endimpulse U_E dar.

Ferner ist in F i g. 5 die Anordnung zur Erzeugung der Bezugsimpulse U_B dargestellt. Als Eingangsglied dient der Schmitt-Trigger 8, dem sich das Differenzierglied 9 und der Mono-Flip-Flop 10 anschließen. Schmitt-Trigger 8 entspricht im wesentlichen dem Schmitt-Trigger 6 und braucht daher in seinen Einzelheiten nicht näher erläutert zu werden. An seinem Eingang liegt die Drehmelderspeisespannung U_s. Am Ausgang erscheinen die Rechteckimpulse [Z₄, deren Breite von der Bemessung der Hysterese des Schmitt-Triggers 8 abhängt. Auch das Differenzierglied 9 ist wie 7 aufgebaut. Seine Ausgangsimpulse U₅ sind zwar sehr spitz. Infolge der asymptotischen Annäherung der Spannung an den Nullwert ist die Länge dieser Impulse indessen nicht genau definiert, so daß sie sich für die direkte Steuerung der Schaltung 5 nicht eignen.

Daher ist die Schaltung 10 vorgesehen. Ihre zentralen Bestandteile sind zwei Transistoren 44 und 45. Deren Emitter sind miteinander verbunden und übei die Parallelschaltung eines Widerstandes 46 und einer Kapazität 47 an Minus gelegt. Der Kollektor des Transistors 44 ist über eine Kapazität 48 mit der Basis des Transistors 45 verbunden. Diese Basis liegt unter Zwischenschaltung eines Widerstandes 49 an Plus. Ebenso der Kollektor dieses Transistors unter Zwischenschaltung eines Widerstandes 50 und der Kollektor des Transistors 44 unter Zwischenschaltung eines Widerstandes 51. Endlich ist zwischen dem Kollektor des Transistors 45 und der Basis des Transistors 44 ein Widerstand 52 eingeschaltet. Ein weiterer Widerstand 53 verbindet die Basis des Transistors 44, die gleichzeitig als Eingang dieser Schaltung dient, mit Minus.

Die Wirkungsweise ist folgende: Von den beiden Transistoren 44 und 45 ist immer einer gesperrt und einer stromdurchlässig. Im stabilen Zustand ist Transistor 45 stromdurchflossen, weil seine Basis über den Widerstand 49 an positivem Potential liegt. Am Widerstand 50 liegt fast die volle Batteriespannung, d. h., über Widerstand 52 gelangt an die Basis des Transistors 44 nahezu volles negatives Potential. Der Transistor 44 ist gesperrt.

Kommt nun an den Eingang des Mono-Flip-Flops ein positiver Impuls, so fließt kurzzeitig ein Strom über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 44. Der dadurch hervorgerufene Kollektorstrom verursacht einen Spannungsabfall am Widerstand 51. Diese kurzzeitige Potentialänderung wird über den Kondensator 48 an die Basis des Transistors 45 übertragen. Die Basis erhält negatives Potential — der Kollektorstrom sinkt. Dadurch wird der Span-

Claims (2)

nungsabfall am Widerstand 50 kleiner, und über Widerstand 52 gelangt positives Potential an die Basis des Transistors 44, so daß nun dieser leitet. Der Kondensator 48 liegt nun an entgegengesetzter Polarität, d. h., er wird über den Widerstand 49 in entgegengesetzter Richtung aufgeladen. Kurz nach dem Nulldurchgang der Spannung am Kondensator, wenn das Potential an der mit der Basis des Transistors 45 verbundenen Platte gering positiv wird, kippt der Multivibrator in den stabilen Zustand zurück. Wegen der kleinen positiven Spannung an der Basis des Transistors 45 fließt wieder ein Strom über Widerstand 50. Der Transistor 44 wird über den Widerstand 52 mit negativem Potential gesperrt. Der labile Zustand dauert also an, bis sich der Kondensator 48 über den Widerstand 49 entladen hat. Am Ausgang des Mono-Flip-Flops erscheinen somit Rechteckimpulse einer bestimmten Polarität und mit genau definierter Länge, die nur von Kondensator 48 und Widerstand 49 abhängt und z. B. 6 Mikrosekunden betragen kann. Diese Impulse sind mit Uß bezeichnet und dienen zur Steuerung der Schaltung 5. Es bleibt nun noch die Erzeugung der Anfangsimpulse nach dem in Fig.5 dargestellten Beispiel zu beschreiben. Der Antriebsmotor 4 ist zu diesem Zweck mit einer Scheibe 54 gekoppelt, auf der ein streifenförmiger schmaler Spiegel 55 aufgeklebt ist. Ein von einer nicht dargestellten Lichtquelle ausgehender Lichtstrahl wird bei jedem Vorbeigang dieses Spiegels so reflektiert, daß er einen Phototransistor 56 trifft. Ein durch zwei Widerstände 57 und 58 gebildeter Spannungsteiler vermittelt der Basis des Transistors 56 das notwendige Potential. Während der Dauer der Bestrahlung wird der Transistor 56 ausgesteuert, so daß an seinem Kollektor, der über einen Widerstand 59 mit Plus verbunden ist, ein Impuls, der sogenannte Anfangsimpuls UA erscheint. Die Genauigkeit der Winkelfassung nach der Erfindung ist im wesentlichen gegeben durch die Lage der Schaltschwellen des Schmitt-Triggers 6 und durch das Verhältnis der Antriebsfrequenz (Antriebsdrehzahl) zur Speisefrequenz. Je höher die Speisefrequenz in bezug auf die Antriebsfrequenz und je kleiner die Schaltschwelle ist, desto genauer arbeitet die Anordnung. Der Endimpuls wird zeitlich stets nach dem Phasensprung auftreten. Stellt man den Trigger beispielsweise so ein, daß der Impuls spätestens innerhalb zweier Perioden der Drehmelderspeisespannung nach dem Phasensprung auftritt, und wählt man die Speisefrequenz zu fs = 4 kHz und die Antriebsdrehzahl zu η = 1 Umdr./Sek., so errechnet sich die maximale Fehlerbreite F wie folgt: F = 360° · 2 · nlfs = 0,18° «; 0,2° . Verschiebt man nun noch die Anfangsimpulse um 0,1°, so wird der Fehler abgesehen von hier nicht untersuchten Einflüssen ±0,1°. Fast alle Baugruppen des beschriebenen Ausführungsbeispiels erlauben eine gewisse Variation oder Weiterbildung, die indessen den Grundgedanken der Erfindung nicht berühren. So ist es beispielsweise möglich, mil einem neuerdings bekanntgewordenen Schaltelement, gewissermaßen einem Doppeltransistor, die beiden Transistoren 23 und 24 der Schaltung 5 zu vereinen. Dieser vierpolige Halbleiter hat zwei Emitter-, einen Kollektor- und einen Basisanschluß und wirkt im Prinzip wie die beschriebene Schaltung. Bei einer bestimmten Polarität der Kollektor-Basis-Spannung wird die Schaltstrecke von einem Emitter zum anderen ohne jede Restspannung geöffnet und bei entgegengesetzter geschlossen. Auch bei der Methode zur Erzeugung des Anfangsimpulses sind Variationen denkbar, so z. B. eine andere Ablenkung oder die Abdeckung des steuernden Lichtstrahles oder die Verwendung beliebiger lichtempfindlicher Schaltelemente (Fotodioden). Darüber hinaus können aber auch andere nichtmechanische Methoden ohne Verwendung von Lichtstrahlen zur Anwendung kommen, beispielsweise das Abgreifen einer bestimmten Stellung des Empfängerrotors oder mit ihm gekoppelter drehbarer Teile mit Hilfe von induktiven oder kapazitiven Gebern. Durch alle diese Mittel wird ein Impuls erzeugt, der einem bestimmten Bezugswinkel fest und genau zugeordnet ist. Der besondere Vorteil, den die Erfindung in sich birgt, wenn es sich darum handelt, mehrere Winkelstellungen gleichzeitig zu erfassen, ist aus dem in Fig. 6 gezeigten Blockschaltbild zu ersehen. Darin sind drei Drehmelderpaare 60, 61 und 62 dargestellt, in deren Geber die Winkel α, β und γ eingespeist werden. Alle werden ferner mit der Speisespannung Z7S gespeist. Zum Antrieb der Empfängerrotoren genügt es jedoch, einen einzigen Antriebsmotor 4 vorzusehen, von dessen Winkelstellung mittels einer Einrichtung 64 gemeinsam die Anfangsimpulse für die Bestimmung der drei verschiedenen Zeitintervalle abgeleitet werden. Es sind zwar drei auf die Phasensprünge der Rotorspannungen ansprechende Schaltungen 65, 66 und 67 erforderlich, die Bezugsimpulse zu deren Steuerung werden jedoch einer gemeinsamen Schaltung 63 entnommen. Die mit den nachfolgenden Schaltgruppen als jeweils eine Einheit gezeichneten Schaltungen 65, 66 und 67 liefern dann die Endimpulse UEm UEjj und UEy, deren zeitlicher Abstand zum Anfangsimpuls UA ein Maß für die Winkel a, β und γ ist. Durch die mehrfache Verwendung des Motors 4 und der Schaltungen 63 und 64 wird somit eine beträchtliche Verringerung des schaltungstechnischen und apparativen Aufwandes erzielt. Patentansprüche:

1. Anordnung zur digitalen Erfassung der Winkelstellung des Rotors des Gebers eines Drehmelderpaares mit Mitteln zur Herleitung winkelabhängiger, durch Anfangs- und Endimpuls begrenzter Zeitintervalle, in welchen Zählimpulse in einen Zähler eingegeben werden, gekennzeichnet durch einen Drehantrieb (4), der mit dem Rotor (20) des Drehmeldeempfängers (3) gekuppelt ist, sowie durch eine Abtasteinrichtung (11), welche beim Durchlauf des Empfängerrotors (20) durch eine Bezugswinkelstellung Anfangsimpulse (JT₄) abgibt, und durch eine Schaltanordnung (5), welche von Schwingungsknoten der sinusförmig modulierten Empfängerrotorspannung (U_R) Endimpulse (U_E) ableitet.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalfanordnung (5) zwei Transistoren (23, 24) mit möglichst gleicher Kollektor-Emitter-Restspannung enthält, deren Emitter direkt und deren Basen über zwei in Reihe

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