DE1523233C1

DE1523233C1 - Circuit arrangement for determining speed from the center of gravity frequency of a radar echo signal

Info

Publication number: DE1523233C1
Application number: DE1523233A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl-Ing Honold
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-05-14
Filing date: 1965-05-14
Publication date: 1977-09-15

Description

1 523 2311 523 231

3 43 4

einem Maximum, wenn der Blende 145 ein heller hellen Abschnitt 44 a und 48 a der beiden Platten 44 Abschnitt 12 α gegenüberliegt, und einen Minimum, und 48, bis er auf die Fotozellen 45 und 49 auftrifft, wenn der Blende 14 ί ein dunkler Abschnitt 12 b ge- Durch das Einschieben des Strahlteilers 47 in dena maximum when the aperture 145 is a lighter bright section 44 a and 48 a of the two plates 44 section 12 α opposite, and a minimum, and 48 until it strikes the photocells 45 and 49 when the aperture 14 ί a dark section 12 b by pushing the beam splitter 47 into the

genüberliegt. Die Ausgangsspannung der Fotozelle Lichtweg läßt sich damit ein einziger durch die rotie-15 ist wellenförmig. Die Frequenz dieser Spannung 5 rende Strichscheibe 40 durchtretender Lichtstrahl hängt von der Drehzahl der Welle 11 ab. Innerhalb zum Erzeugen von sowohl der Sinuswelle als auch der des Winkelabstandes zwischen einem dunklen Ab- Kosinuswelle verwenden. Auf diese Weise haben schnitt und einem hellen Abschnitt 12 b und 12 α Taumelbewegungen der bedruckten Seite der Scheibe hängt die Phase des von der Fotozelle 15 erzeugten 40, Ungenauigkeiten in der Glasoberfläche und eine Ausgangssignals von der Winkelstellung der Welle io Exzentrizität der Scheibenhalterung keinerlei Einfluß .11 ab. Die Wellenform dieses Ausgangssignals liegt auf das Phasenverhältnis zwischen den beiden Ausim Bereich zwischen einem abgerundeten Sägezahn gangssignalen. Nach einer erstmaligen Einstellung und einer guten Sinuswelle. Dies hängt von der ReIa- der Strichplatten 44 und 48, die das gewünschte Phativlage und dem Abstand zwischen Blende, Scheibe senverhältnis zwischen den von den Fotozellen 45 und Fotozelle ab. Die folgende Beschreibung geht 15 und 49 abgegebenen Signalen sicherstellt, wird dieses davon aus, daß die Sinuswellen einen nur geringen gewünschte Phasenverhältnis unabhängig von sämtli-Oberwellengehalt haben. chen Mangeln der Scheibe 40 konstant beibehalten.opposite. The output voltage of the photocell light path can thus be a single one through the rotie-15 is wave-shaped. The frequency of this voltage 5 generating reticle 40 light beam passing through depends on the speed of the shaft 11. Use inside to generate both the sine wave and the angular distance between a dark ab cosine wave. In this way, cut and a light section 12 b and 12 α tumbling movements of the printed side of the disc depends on the phase of the 40 generated by the photocell 15, inaccuracies in the glass surface and an output signal from the angular position of the shaft io eccentricity of the disc holder no influence. 11 from. The waveform of this output signal is based on the phase relationship between the two outputs in the range between a rounded sawtooth output signals. After an initial setting and a good sine wave. This depends on the range of the reticle 44 and 48, the desired phative position and the distance between the diaphragm, the disc ratio between the photocells 45 and the photocell. The following description assures 15 and 49 output signals, this assumes that the sine waves have only a low desired phase relationship regardless of all harmonic content. Chen mangles of the disc 40 maintained constant.

Die in F i g. 2 gezeigte optische Anzeigevorrich- Infolge der Tiefenschärfe der Linse 46 bleibt dasThe in F i g. 2 shown optical display device- Due to the depth of field of the lens 46 remains that

tung arbeitet praktisch genauso wie die Vorrichtung Ausgangssignal, falls es anfangs auf eine reine Sinusnach Fig. 1. Eine ortsfeste Strichplatte oder Bahn 24 20 form eingestellt wurde, frei von Verzerrungen, die aus abwechselnd hellen Abschnitten 24 a und dunk- durch Taumelbewegungen der Scheibe hervorgerufen len Abschnitten 24 & wird statt der Platte 14 ver- werden könnten. Die Linse 46 dient somit einem wandt. Auf diese Weise erhält man eine Vielfach- zweifachen Zweck. Einmal läßt sich der Abstand blende, und die Menge des auf die Fotozelle 25 auf- zum Strahlteiler 47 vergrößern, und zum anderen wird treffenden Lichtes wird erhöht, so daß auch das end- 25 eine reine Sinusform beibehalten. Jedoch ist es der gültig erzielte sinusförmige Ausgangssignal eine grö- Strahlteiler 47, der das konstante Phasenverhältnis ßere Amplitude als bei Fig. 1 hat. sicherstellt. Dies ist der Hauptzweck der vorliegen-The device works practically the same way as the device output signal, if it is initially based on a pure sine Fig. 1. A stationary reticle or web 24 20 shape has been set, free of distortions that from alternating light sections 24 a and dark caused by tumbling movements of the disk len sections 24 & will be used instead of plate 14. The lens 46 thus serves one turns. In this way one obtains a multiple- dual purpose. Once the distance can be aperture, and the amount of the photo cell 25 to increase to the beam splitter 47, and on the other hand incident light is increased so that the final 25 also retain a pure sinusoidal shape. However, it is that validly achieved sinusoidal output signal a larger beam splitter 47, which the constant phase relationship ßer amplitude than in Fig. 1 has. ensures. This is the main purpose of the present-

Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten, die den Erfindung.To overcome these difficulties the invention.

durch den engen Abstand zwischen der ortsfesten Der Abstand auf beiden Seiten der Linse 46 istThe distance on both sides of the lens 46 is due to the close distance between the stationary

Platte oder Bahn und der rotierenden Bahn hervor- 30 gleich der doppelten Brennweite. Man wählt diesen gerufen werden, hat man die in F i g. 3 gezeigte Aus- Abstand so, damit die Platte 42 ohne Vergrößerung führung verwandt, bei der eine Linse 36 zwischen oder Verkleinerung auf die beiden ortsfesten Strich-Scheibe 30 und Strichplatte 34 eingesetzt ist. platten 44 und 48 projiziert wird. Infolge des Mate-Plate or track and the rotating track equal to twice the focal length. One chooses this one are called, one has the in F i g. 3 from the distance shown so that the plate 42 without enlargement related management, in which a lens 36 between or reduction on the two stationary line disk 30 and reticle 34 is inserted. Plates 44 and 48 is projected. As a result of the mate

Mit den vorstehenden beschriebenen drei Anzeige- rials, aus dem der Strahlteiler 47 gefertigt ist, ist die systemen kann man zwei um 90° gegeneinander ver- 35 Länge der Lichtbahn auf der rechten Seite der Linse schobene Ausgangssignale, d. h. ein Kosinussignal 46 größer als auf deren linker Seite,
und ein Sinussignal, erzielen. Man verwendet dazu Die Erfindung wurde in erster Linie im Zusam-With the three indicators described above, from which the beam splitter 47 is made, two output signals can be shifted by 90 ° to one another, ie a cosine signal 46 is greater than on its length of the light path on the right side of the lens left side,
and a sinusoidal signal. It is used for this purpose. The invention was primarily developed in connection with

eine ortsfeste Strichplatte, eine Lichtquelle und eine menhang mit der Erzeugung von zwei um 90° verFotozelle, die sämtlich in einer Linie mit einem be- setzten Signalen beschrieben. Selbstverständlich kann sonderen Abschnitt der rotierenden Bahn der Strich- 40 man jede der beiden ortsfesten Strichplatten 44 oder scheibe liegen. Die Lage der ortsfesten Strichplatte 48 auch so einstellen, daß die von den Fotozellen 45 wird dann so eingestellt, daß sich an der zweiten Fo- und 49 erzeugten Ausgangssignale jedes beliebige tozelle ein Ausgangssignal einstellt, das jedes belie- Phasenverhältnis erhalten.a stationary graticule, a light source and a menu with the generation of two 90 ° photocells, which are all described in one line with an occupied signal. Of course you can special section of the rotating path of the lines 40 one each of the two stationary line plates 44 or disk lie. Adjust the position of the stationary reticle 48 so that the photocells 45 is then set so that the output signals generated at the second Fo and 49 are any tozelle sets an output signal that preserves any desired phase relationship.

bige Phasenverhältnis zu dem Signal der ersten Foto- Die Projektionslinse 46 wird verwandt, um zwi-bige phase relationship to the signal of the first photo- The projection lens 46 is used to switch between

zelle hat. Die Beschränkungen dieser Systeme liegen 45 sehen der rotierenden Strichscheibe 40 und den beidarin, daß die Exzentrizität der Halterung der den ortsfesten Platten 44 und 48 genügend Raum zu Scheibe, Taumelbewegungen der Scheibe, Unge- erzielen, damit man den Strahlteiler 47 einsetzen nauigkeiten in der Beschichtung der rotierenden kann. Außerdem ergeben sich durch die Linse 46 Scheibe und Oberflächenfehler im Glas bewirken, auch noch die anderen vorstehend genannten Vordaß der Phasenwinkel zwischen den von den beiden 50 teile. Es ist jedoch denkbar, daß der Abstand zwi-Fotozellen erzeugten Signalen bei jeder Drehung der sehen der rotierenden Strichscheibe 40 und den orts-Welle um 360° schwankt. festen Platten bei Anwendung einer groben Untertei-cell has. The limitations of these systems lie 45 see the rotating reticle 40 and the two in it, that the eccentricity of the holder of the stationary plates 44 and 48 enough space Disk, wobbling movements of the disk, inaccuracies so that the beam splitter 47 can be used inaccuracies in the coating of the rotating can. In addition, the lens 46 results The pane and surface defects in the glass also have the effect of the other above-mentioned Vordaß the phase angle between the two 50 parts. However, it is conceivable that the distance between photocells generated signals with each rotation of the seeing the rotating reticle 40 and the orts-shaft fluctuates by 360 °. solid panels when using a coarse subdivision

F i g. 4 zeigt eine optische Meßvorrichtung, die lung (bei Hochgeschwindigkeits-Tachometern) genüzwei Ausgangssignale liefert, die ständig und genau gend groß wird, so daß man den Strahlteiler 47 auch um jeden beliebigen Phasenwinkel auseinanderliegen. 55 ohne die Verwendung einer Projektionslinse 46 zwi-Bei den meisten Anwendungen liegen die beiden sehen der rotierenden Strichscheibe 40 und den bei-Ausgangssignale um 90° auseinander. F i g. 4 ver- den ortsfesten Platten 44 und 48 einsetzen kann,
wendet einen Strahlteiler 47, der einen Teil des Die beiden feststehenden Platten können natürlichF i g. 4 shows an optical measuring device which supplies two output signals (in the case of high-speed tachometers) which are constantly and precisely so large that the beam splitter 47 is also separated by any desired phase angle. 55 without the use of a projection lens 46 between two-In most applications, the two see the rotating reticle 40 and the with output signals are 90 ° apart. F i g. 4 can use the stationary plates 44 and 48,
applies a beam splitter 47, which is part of the The two fixed plates can of course

durch die rotierende Bahn 42 einer Strichscheibe 40 zum Erzielen des gewünschten Phasenverhältnisses durchtretenden Lichtes auf eine erste ortsfeste Bahn 60 verstellbar sein. Der in der Beschreibung und in den oder Strichplatte 44 lenkt und einen weiteren Teil noch folgenden Ansprüchen verwandte Ausdruck des Lichtes auf eine zweite ortsfeste Bahn oder »Fotozelle« Schließt jede Vorrichtung ein, die man Strichplatte 48 wirft. Auf diese Weise tritt ein einzi- zum Erzeugen eines elektrischen Signals aus einem ger von der Lichtquelle 43 abgegebener Lichtstrahl Lichtsignal verwenden kann.through the rotating path 42 of a reticle 40 to achieve the desired phase relationship light passing through it to be adjustable on a first stationary track 60. The one in the description and in the or reticle 44 directs and another part still following claims related expression of light on a second fixed path or "photocell" Includes every device that one Reticle 48 throws. In this way, a single occurs to generate an electrical signal from one ger emitted by the light source 43 light beam can use light signal.

durch die hellen Abschnitte 42 a der rotierenden 65 Der Strahlteiler wird hier als ein Mittel beschrie-Strichscheibe 40 durch, wird von der Linse 46 durch ben, mit dem man aus einem Hauptlichtsignal zwei den Strahlteiler 47 auf die beiden ortsfesten Strich- getrennte Hilfslichtsignale erzielt. Das beste Mittel plattten 44 und 48 projiziert und durchläuft dann die zum Erzeugen von zwei solchen Hilfslichtsignalen istthrough the bright sections 42 a of the rotating 65 The beam splitter is described here as a means-reticle 40 through, is through the lens 46 through ben, with which one out of a main light signal two the beam splitter 47 achieves auxiliary light signals separated by the two stationary lines. The best means plates 44 and 48 are projected and then passes through the process to generate two such auxiliary light signals

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ein Strahlteiler. Statt des Strahlteilers kann jedoch auch ein Zeit-Unterteilungsmechanismus verwandt werden, z.B. ein rotierender Spiegel, mit dem der Hauptlichtstrahl in zwei Hilfslichtstrahlen aufgeteilt ■wird. Eine solche Maßnahme ist nicht die bevorzugte Ausführung.a beam splitter. Instead of the beam splitter, however, a time division mechanism can also be used e.g. a rotating mirror with which the main light beam is split into two auxiliary light beams ■ will. Such a measure is not the preferred embodiment.

Bei Anwendung geeigneter Linsen und geeigneter Abstände kann man die Hilfslichtstrahlen auch noch in weitere Strahlen unterteilen, so daß man mehr als zwei Ausgangssignale erhält. Eine solche Konstruktion ist lediglich ein wiederholtes Aneinandersetzen des erfindungsgemäßen Grundprinzips.With the use of suitable lenses and suitable spacing, the auxiliary light beams can also be used divide into further beams so that more than two output signals are obtained. Such a construction is only a repeated application of the basic principle according to the invention.

Der Ausdruck »ortsfeste Bahn« (Strichplatte) ist hier im Gegensatz zu der in F i g. 1 gezeigten Blendenanordnung verwandt worden. Es ist jedoch darauf hingewiesen, daß eine solche Bahn lediglich ein Nebeneinandersetzen von mehreren Blenden ist. Der Ausdruck »Bahn« soll somit auch eine Bahn einschließen, die nur einen einzigen Abschnitt enthält und somit eine einfache Blende ist. Aus den obengenannten Gründen wird jedoch eine Bahn gegenüber ίο einer Blende bevorzugt, da das endgültige Ausgangssignal eine größere Amplitude hat. Sonst ist die Arbeitsweise von Bahn und Blende praktisch identisch.The expression "stationary track" (reticle) is used here in contrast to that in FIG. 1 aperture arrangement shown been used. It should be noted, however, that such a path is only a Juxtaposition of several apertures is. The expression "path" should therefore also include a path which contains only a single section and is therefore a simple aperture. From the above For reasons, however, a track is preferred over a diaphragm, as the final output signal has a larger amplitude. Otherwise the way of working of the web and aperture is practically identical.

Hierzu I Blatt ZeichnungenFor this purpose I sheet drawings

Claims

1 523 231 1 2 reticle lets through and another part of the claims: deflects light onto a second reticle, which is in the light path of the deflected light and behind

1. Measuring device for the speed and wind which a second photocell is arranged, and kelposition of a shaft using a 5 that the two plates are so destructible that the reticle placed on the shaft, a desired phase relationship between the Ausden Lines of light source opposite, output variables of the photocell is generated.

one in the light path on the other side of the The use of a beam splitter and the

Reticle arranged lens, a in the light turn of photoelectric devices is known as a reticle lying behind the lens and io before already from US Pat. No. 2,142,378, a reticle in the light path still behind this plate , characterized gekennzeich- the USA.-Patent 2142378 a movable Lichtnet that in the light path between lens (46) and source, a movable light beam on the plate (44) is a beam splitter (47) which hits a beam splitter. It is in this known part of the light to the reticle (44) transmits 15 device intended to extinguish normal changes and another part of the light to a second ambient light, so that the operation of the reticle (48, 48 a, 48 b) deflects the In the light of the device, such influences do not lie behind the deflected light and are influenced in some way. According to the present inventor, a second photocell is arranged, and the underlying different task that the two plates (44, 48) can be adjusted in such a way has already been pointed out above
are that the desired phase relationship between- The present invention can be used as part of an op-

between the output variables of the 'photocells (45, table tachometer. Furthermore, enable 49) is generated (Fig. 4). light it is the invention, the required accuracy

2. Apparatus according to claim 1, characterized in achieving control systems that include a motor indicates that the beam splitter (47) by as very low speeds or at the speed two lying on top of each other © and have to control a reflection zero.

layer-forming prisms is formed. According to a preferred embodiment

3. Apparatus according to claim 1, characterized in the invention, the beam splitter consists of two prism marks that the beam splitter (47) by men. With a further embodiment a rotating mirror is formed. 30 the beam splitter is formed by a rotating mirror.

The invention will now be based on the drawing

described; shows in the drawing

^:; ■ · '■■■ Fig. 1 is a schematic representation of a

35 known display device,

F i g. 2 is a schematic representation of something

The invention relates to a measuring device complicated known device,
direction for the speed and the angular position of a F i g. 3 shows a schematic representation of an AbWelle using a conversion of the device according to FIG. 2 onto the shaft,
set reticle, one opposite the lines, a schematic representation of the light source according to the invention, one in the light path on the optical measuring device according to the invention, the lens arranged on its side of the reticle, improvement according to the invention for achieving one in the light path behind the lens Line lying down two signals shifted by 90 ° in the case of the device shown in plate and one in the light path behind this FIG. 3.
Photocell lying on the plate. 45 Fig. 1 shows a pane of glass 10, which is on a

The use of a rotating reticle shaft 11 is attached, whose angular position and, together with a reticle, a light source speed are to be measured. The shaft 11 lie- and a photocell for generating a sequence of fert thus the input value for the optical display electrical signals is already known, and it is device. A circular path 12 with alternately bright sections 12 α and dark sections, for example in German patent 709 029, pointed. In this patent a device 12 b is already described for the formation of a reticle close to Umdescribed, which uses these elements to generate the disk 11 on one side of the disk on a sequence of electrical signals, which prints a light source 13, a plate 14 with a none through an incompletely precise shape of the diaphragm 14 a and a photocell 15 are arranged in a disk irregularities onwei- 55 line in such a way that the sen from the light source. In order to achieve such an interference-free light emitted through the diaphragm 14 α and the pulse train, the German patent 709 029 provides that circular path 12 passes and then two or more impulses summed up 15 hit the photocell at the same time, so that these become an electrical output , which forms signals at various points on the disc. The dimensions of the aperture 14 s are to be formed. In contrast, the present 60 relates to the dimensions of the dark and the light invention, the task of a device of the one-sections 12 b and 12 a matched. If a dunkgang-mentioned type is to be designed in such a way that two ler section 12 b of the diaphragm 14, y is opposite, output signals with constant phase difference and a minimum of light hits the photocell 15; high accuracy can be generated. if a lighter section 12 α of the aperture 14 s ge ι

To solve this problem, the invention looks at 65 opposite, practically hits the whole through the j

a device of the type mentioned before, aperture 14 s passing light on the photocell 15 j

that in the light path between lens and plate on. When the shaft 11 rotates, this fluctuates;

Beam splitter is located, the part of the light to the light occurring on the photocell 15 between