DE1498224A1

DE1498224A1 - Lichtelektrisches Messverfahren

Info

Publication number: DE1498224A1
Application number: DE19651498224
Authority: DE
Inventors: Genaehr Dipl-Phys Rudolf; Erich Schwab
Original assignee: Jos Schneider Optische Werke GmbH
Current assignee: Jos Schneider Optische Werke GmbH
Priority date: 1965-10-02
Filing date: 1965-10-02
Publication date: 1969-01-16
Also published as: AT268713B; US3461304A; GB1158282A

Description

Jos. Schneider & Co. Optische Werke, Bad Kreuznach

"lichtelektrisches Meßverfahr

In der Meß-, Hegel— und Steuertechnik, z.B» bei ProgrammSteuergeräten, Waagen und ähnlichen Geräten ist es bekannt, zur Messung von Winkeln Potentiometer, Drehmelder induktive oder kapazitive Drehwandler, inkrementale Winkelimpulsgeber oder Winkelcodierer ■zu verwenden. Man arbeitet nach analogen oder äigitalen Meßverfahren.

Es wurde nun gefunden, daß man in der genannten Technik die Winkelstellung eines Zeigers gegenüber einer Null-Stellung mit Vorteil in der Weise ermittelt, daß ein optisches Bauelement, das auf einer Welle eines mit konstanter Drehzahl laufenden Motors angeordnet ist, einerseits über ein die Meßstellung markierendes optisches Bauelement und andererseits über ein die Null-Stellung festlegendes optisches Bauelement Lichtimpulse erhält, die Zeitunterschiede zwischen diesen beiden Lichtimpulsen erfaßt und in photoBlektrischen Wandlern -in üblicher. Weise in elektrische Impulse, die die zu messende Größe anzeigen, umwandelt..

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Bs ist dabei ohne Bedeutung, nach welcher Richtung das die

Meßstellung markierende optische Bauelement abweicht. Das Verfahren gestattet es, laufend jeden Winkel,' den die beiden optischen Bauelemente miteinander bilden, über die Zeitmessung zu bestimmen. Dabei ist Voraussetzung, daß das die Meßstellung markie- * rende optische Bauelement sich langsamer bewegt als das impuls- ' empfangende optische Bauelement.

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Zur Leitung des Lichts, das in bekannter Weise durch Lichtquellen zugeführt wird, dienen mit Vorteil faseroptische Bauelemente, z.B. Lichtleitbündel aus dünnen Fasern, z»B . aus Glas oder aus Kunststoff»

Durch die Anwendung faseroptischer Bauelemente ist es möglich, Drehbewegungen über 360°, auch-bei hoher Drehzahl, bzw. andere Größen in drehenden Teilen schleifringlos zu messen»

Beispielsweise Ausführungsformen seien anhand der beigefügten Figuren erläutert.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist auf einer Zeigerscheibe 1 ein optisches Lichtbündel 2 aus Glasfasern angeordnet, das an der Eintrittsstelle 322 Licht von der Lichtquelle 7 erhält» Von der gleichen Lichtquelle wird über die Eingangsstelle S9 ein weiteres Glasfaser—Lichtleitbündel 9 gespeist, das zur Festlegung der Nullage dient»

Das von den Lichtleitbündeln 2 und 9 geleitete Licht trifft in dar Nullstellung über eine kleine Luftstrecke und über die Ausgänge A2 und· A9 sowie die Eingänge E5-, und E5p gleichzeitig auf ein Glasfaser«Lichtleitbtindel 5 auf der Scheibe 3, die mit einem sich ständig drehenden Synchronmotor 4 über dessen Welle fest verbunden ist. Das Lichtleitbündel 5 leitet das Licht über Ausgang A5 welter zu einem photoelektrischen Wandler 8, der die Lichtimpulse in elektrische Impulse wandelt, die in üblicher Weise, z.B. durch einen Miller-Integrator oder einen elektronischen Zähler ausgewertet werden. Sobald die beiden Lichtleitbündel 2 und 9 mitein ander einen Winkel bilden, erhält das sich ständig drehende Bündel

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5 vom Bündel 2 später Licht als vom Bündel 9. Diese Zeitdifferenz wird über den photoelektrischen Wandler 8 in der angegebenen Weise gemessen.

Während bei der Ausführungsform nach Pig. 1 die Lichtquelle 7 und der photoelektrische Wandler 8 zwischen den Scheiben 1 und 3 angeordnet sind, befinden sie sich bei der Ausführungsform nach Fig. 2 außerhalb dieser Scheiben. Die Lichtquelle 7 ist so angeordnet, daß sie Licht durch das Lichtleitbündel 13 und das durch die Welle des Motors 4 geführte und sich mit ihr drehende Lichtleitbündel 11 auf den Eingang E2 von Lichtleitbündel 2 schickt, von wo das Licht durch den Ausgang A2 und den Eingang E5·, zum Lichtleitbündel 5 gelangt. Dieses ist ebenfalls durch die Welle des Motors 4 geführt. Es ummantelt auf dieser Strecke das Lichtleitbündel 11 und dreht sich mit ihm und der Motorwelle·

Durch das Lichtleitbündel 5 wird das Licht über Ausgang A5 und Eingang E12 durch das Lichtleitbündel 12 zum photoelektrischen Wandler 8 geleitet. Das Lichtleitbündel 12 umgibt das Lichtleitbündel 13 bis zu der Stelle, wo Lichtleitbündel 12 zum Wandler 8 und Lichtleitbündel 13 zur Lichtquelle 7 auseinandergehen.

Das zur Kennzeichnung der Nullage dienende Lichtleitbündel 9 wird durch eine Lichtquelle 7a gespeist. Man kann auf diese Lichtquelle verzichten, wenn das Llohtleitbündel 9 zur Lichtquelle 7 geführt wird.

line weitere Ausfährungsform der Erfindung zeigt Pig. 3. In diesem falle werden zwei photoelektrische Wandler verwendet, wobei der Wandler 8 und die Lichtquelle 7 in ihrer Zuordnung zu den

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Lichtleitbündeln-12 und 13 gegenüber der Ausführung nach Fig. 2 , vertauscht sind und zusätzlich ein photoelektrischer Wandler 8a am Ausgang A9 des Lichtleitbündels 9 angeordnet ist. ^r

Der Lichtweg geht nun von der Quelle 7 über die Idchtleitbündel 12, 5, 2, 11 und 13 zum Wandler 8 bzw. über Lichtleitbündel 12, 5 und 9 zum Wandler 8a« Der den Nullpunkt markierende Impuls kommt so aus dem Wandler 8a, während der den zu messenden Winkel markierende Impuls aus dem Wandler 8 kommt.

Um zu vermeiden, daß bei den Ausfuhrungsformen nach Fig. 2 und 3 durch Reflexion an den Endflächen bei E12/A5 und A13/111 (Fig. 2) bzw. bei A12/B5 und E13/A11 (Fig. 3) Licht direkt vom Bündel 13 in Bündel 12 bzw. umgekehrt oder vom Bündel 5 in Bündel 11 bzw. umgekehrt gelangt, ist es zweckmäßig, auf der einen Seite, z.B. bei A13/KL1 (Fig. 2) bzw. B13/A11 (Fig. 3) das äußere Liohtbündel über das innere und auf der anderen Seite bei E12/A5 (Fig. 2) bzw· A12/E5 (Fig. 3) das innere über das äußere I&cht« bündel vorstehen zu lassen, wie es Fig. 4 entsprechend der Anordnung bei Fig. 3 zeigt.

Das Verfahren nach der Erfindung hat gegenüber den bisher verwendeten Arbeitsweisen eine Reihe von Vorteilen. Wegen der berührungslos en Abtastung hat der Harkierungs zeiger insbesondere, wenn leichte'fas eroptische Bauelemente verwendet werden, ein sehr kleines Trägheitsmoment, so daß die Heß st eile nur gering belastet wird«

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Die photo elektrischen Wandler können ohne Änderung der Apparatur analog.und digital verwendet werden. Bei digitaler Arbeitsweise ist nur ein einfacher elektrischer Vorwärtszähler erforderlich. Wenn die Lichtfühfung Über faseroptische Bauelemente erfolgt, ist das zu verwendende Gerät wenig empfindlich und das bei bekannten Vorrichtungen erforderliche Justieren und Nachju-.stieren nicht nötig« Nach den Ausführungsformen nach den Fig. 2 und 3 können auch Drehbewegungen Über 360° gemessen werden«

Claims

Patentansprüche s

Ι») lichtelektrisches Meßverfahren zur Bestimmung der Abweichung der Winkelstellung eines Zeigers gegenüber der Nullstellung, dadurch .gekennzeichnet, daß. ein optisches Bauelement, das auf einer Welle eines mit konstanter Drehzahl laufenden Motors angeordnet ist, einerseits über ein die Meßstellung markierendes optisches Bauelement und andererseits über ein die Nullstellung festlegendes optisches Bauelement Lichtimpulse erhält, die Zeitunterschiede zwischen diesen beiden / Lichtimpulsen erfaßt und in photoelektriechen Wandlern in übli-• eher Weise in elektrische Impulse, die die zu messende Größe

anzeigen, umwandelt«

2·) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn·* zeichnet , daß die optischen Bauelemente das Licht mittels Totalreflexion innerhalb des Mediums leiten·

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3«) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Lichtquellen durch faseroptische Bauelemente geleitet werden.

4··) Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß zwei Lichtquellen verwendet werden, von denen die eine das die zu messende Größe anzeigende optische Bauelement, die andere das die Nullage kennzeichnende optische Bauelement speiste

5») Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß zwei photoelektrische Wandler verwendet werden, von denen der eine über das die Nullage kennzeichnende optische Bauelement, der andere über das die zu messende Größe anzeigende optische Bauelement Lichtimpulse erhält»

6«) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3| gekennzeichnet du roh einen Syndhronmotor (4), eine mit der Welle des Motors fest verbundene Scheibe (3)ι auf der ein Lichtleitbündel (5) angeordnet ist, eine sich drehende Scheibe (l), auf der ein die Meßstellung markierendes Iiiohtleitbündel (2) angebracht ist, eine die Hullage kennzeichnendes feststehendes Lichtleitbündel (9), eine Lichtquelle, die die Lichtleitbündel (2 und 9) speist und einen üblichen photöelektiischen Wandler.

7·) Vorrichtung-nach Anspruch 6, zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet ,daß die Lichtq.ue3.le (7) so angeordnet ist, daß ihx Lioht duroh ein LiGhtleitbündel (13) und über eine kurze iuft-

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strecke durch ein weiteres Lichtleifbiindel (11) dem Lichtleitbündel (2) zugeleitet wird, das lichtleit "blind el (9) bis zu der gleichen lichtquelle verlängert ist, oder von einer zweiten lichtquelle ^7a) gespeist wird, wobei lichtbündel (ll) vom Lichtbündel (12) ummantelt, so durch die Welle des Motors (4) geführt ist, daß sich beide lichtleitbündel mit der Welle drehen und die lichtleitbündel zwischen dem Motor und der Lichtquelle (7) bzw. dem photoelektrischen Wandler (8) so angeordnet sind, daß das von der Lichtquelle kommende (13) von dem zum Wandler führenden (12) ummantelt ist«.

8.) Abänderung der Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Lichtquelle (7) und der photoelektrische Wandler (8) in ihrer Zuordnung zu den lichtleitbündeln (12 und 13) vertauscht sind und ein zusätzlicher photoelektrischer Wandler (8a) am Ausgang (A9) des die Nullage kennzeichnenden Lichtleitbündels (9) angeordnet ist.

9·) Vorrichtung nach Ansprächen 7 und 8, d a d u r o'h gekennzeichnet ,. daß zur Vermeidung einer Lichtreflexion an den Enden der Lichtleitbündel, von denen das eine das andere umgibt, am einen Ende das äußere Bündel über das innere und am gegenüberliegenden anderen Ende das innere Büniel über das äußere vorsteht·

10«) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Information schleifringlos durch licht in die drehende ¥elle übertragen oder von ihr heraus zu einem Auewerteteil geführt ist· *p

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