DE1762684A1

DE1762684A1 - Analog-Digital-Wandler

Info

Publication number: DE1762684A1
Application number: DE19681762684
Authority: DE
Inventors: Akira Kaida
Original assignee: Sakura Sokki KK
Current assignee: Sakura Sokki KK
Priority date: 1967-09-07
Filing date: 1968-08-03
Publication date: 1970-07-02
Also published as: US3618075A; DE1762684B2; GB1212285A; FR1581249A

Description

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SAKURA SOKKZ KABUSHIKIKAISHA, Tokyo, Japan

SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSBSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS

Analog-Digital-Wandler

Die Erfindung beisteht sieh auf einen Analog-Digital-Wandler,

re einen neuartigen; bürstenloeen Analog-Digital-Wandler mit einem rotierenden Magnetfeld.

bekannten Analog-Digital-Wandler, die eine Analoginformation» beiepielsweise einen mechanischen Drehwinkel, in Digitalform umsetzen, lassen sieh in zwei Gruppen unterteilen: Wandler mit Kodesystem sowie Wandler mit einem ImpulsKahler. Beide Gruppen lassen sieh ferner in zwei Untergruppen unterteilen, nämlich Wandler mit Bürsten und bürstenloee Wandler.

Bai den bekannten Analog-Digital-Wandlern mit Bürsten tritt unvermeidlich zwischen der Bürste und einer Kodeplatte Reibung auf, was das Betriebsdrehmoment vergrößert. Der ständige Kontakt der BOrste mit der Kodeplatte hat ferner einen VersehleiÄ but Folge, der die Haltbarkeit der Kodeplatte beeinträchtigt und nach einer gewissen Betriebsteit zn einem verschlechterten Kontakt führt. Hieraus ergeben sieh weitere Maohteile, wie allgemeine Beeinträchtigung

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der Wandlereigenschaften, insbesondere das Auftreten von Meßfehlern.

Bei den bürstenlosen Analog-Digital-Wandlern werden die Signale im allgemeinen mittels eines photoelektrisehen Elementes, eines Permanentmagneten oder einer Schwingspule aufgenommen. Derartige Wandler werfen Jedoch andere Probleme auf, beispielsweise Änderungen der von einer verwendeten Lampe ausgestrahlten Lichtmenge, Leitungsbrüche bei Verwendung eines photoelektrisehen Elementes, Verringerung der Magnetkraft eines benutzten Permanentmagnetes usw.

Diese bekannten Wandler benutzen ferner sur Abtastung einen Synchronmotor. Infolge der mit solchen mechanischen Einrichtungen verbundenen Massenträgheit ergibt sich eine beträchtliche Einschränkung in der angestrebten Verküreung der für den Abtastvorgang benötigten Zelt; derartige Ausführungen ermöglichen daher keine besonders rasche Analog-Digital-Umformung.

Die Benutsung solcher beweglicher Teile wirft ferner Probiene hinsiehtlioh der Haltbarkeit auf, führt iu einer Verringerung der Genauigkeit infolge der Reibung, der der bewegliche Teil ausgesetst 1st, und bringt sohließlioh vergrößerte Herstellungskosten alt sloh.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Analog-Digital-Wandler EU entwickeln, der die oben dargelegten Mängel der bekannten Ausführungen vermeldet und der eine Analoginformation ohne Verwendung einer Bürste, eines Synchronmotors oder eines ähnlichen Elementes in Digitalform umwandelt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß I im wesentlichen dadurch gelöst, daß auf einem Magnetkern mehrere Wicklungen vorgesehen sind, ( die mit Mehrphasen-Wechselstrom derart gespeist werden, daß im Magnetkern ein rotierendes Magnetfeld entsteht, daß weiterhin dem Umfang des Magnetkernes mit Abstand gegenüberliegend ein sich entsprechend der Analoginformation drehender Magnetkreisteil vorgesehen ist, daß weiterhin ein Detektor vorhanden ist, der einen Impuls erzeut, wenn das rotierende Magnetfeld den Magnetkreistei * passiert, und daß ferner eine Einrichtung zur Erzeugung eines Ff zugsimpulses sowie eine Einrichtung zur Ermittlung der Zelt "»arme zwischen dem oben erwähnten Impuls und dem Bezugsimpuls zwecke Umformung der Analoginformation in Digitalform vorgesehen sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigen

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Analog-Digital-Wandlere;

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Flg. 2 eine perspektivische Ansieht (im auselnandergeeogenen Zustand) eines Teiles des in Flg. 1 dargestellten Wandlers;

Flg. 3 eine Bchematlsche Stirnansicht eines Teiles des Wandlers Eur Erläuterung seiner Wirkungsweiee;

Flg. 4 ein Diagramm eur Erläuterung der Wirkungsweise;

Flg. 5 ein elektrisches Sehaltbild, der sum Wandler gehörenden Elemente.

In Fig. 1 ist ein Ausführungebeispiel des erflndungsgemäften Analog-Digital-Wandlers veranschaulicht, der sur Anzeige einer dreistelligen Zahl dient und demgegemfiß eine Anzeigeeinrichtung mit drei ZIffernanzeigegetrieben I₀, I₁ und I₂ enthält. Jedes der Ziffernanzcigegetriebe 1_Q, I₁ und I₂ enthält ein Oetriebe J₀, 3^ bew. 3₂ und einen mit dem Oetriebe verbundenen, eur Zlffernanseige dienenden zylindrischen Teil 5₀, 5j bzw. 5₂· Der Analog-Digital-Wandler ist so ausgebildet, daß eine von den Anseigegetrieben 1_Q, I₁ und I₂ angezeigte Zahl beispielsweise an einer entfernten Stelle gelesen werden kann, wobei ein RItsei 2, das sich entsprechend der Analoginformation dreht, in Eingriff mit dem Getriebe 3₀ des Anzeigegetriebes I₀ 1st, das eine Ziffer der ler-Dekade anzeigt. Ein

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Schneckengetriebe 4_Q treibt das Getriebe 3^ des Anseigegetriebes I₁ an, das eine Ziffer der lOer-Dekade anseigt. Wie ohne weiteres verständlich 1st, wird bei einer vollen Umdrehung dee Getriebes 3q, wenn sich also dessen Anselgewert von 9 auf 0 ändert, das Getriebe 3j um eine Ziffernteilung weitergedreht. Ein entsprechendes Untersetzungsgetriebe ^₁ 1st «wischen den Getrieben I₁ und 3₂ vorgesehen. Die von den Getrieben 3_Q, ^₁, 3₂, *q ¹^¹⁰ ^i sebildete Anordnung 1st Im übrigen bekannt und bedarf daher keiner weiteren Erläuterung.

Die zylindrischen Teile 5_Q, 5j und S₂» ^dle seitlich neben den Getrieben 3_Q, 3_λ und 3₂ befestigt sind, bestehen aus niehtmagnetiochem Material, beispielsweise Bakelit. Die Ziffern sind am Umfang dieser syllndrlschen Teile 5 vorgesehen. Auf einer feststehenden Achse 6 sind drehbar die Anseigegetriebe Iq, I₁ und I₂ gelagert. Die Achse 6 ist zwischen swei fest alt einer Grundplatte B verbundenen Halterungen 7a und 7b vorgesehen. Auf der Achse 6 sind Lager 11 für die Anseigegetriebe vorgesehen. Weiterhin 1st »wischen den Halterungen 7a und 7b eine feststehende Achse 8 angebracht, auf der die Schneckengetriebe 4_Q und I₁ gelagert sind. Zu jedem der Anselgegetriebe Iq, I₁ und I₂ gehört ein erfinderungsgemäAer Analog-Digital-Wandler. Im folgenden wird der sum Anseigegetriebe I₁ gehörende Wandler näher erläutert.

Die feststehende Achse 6 besteht aus nlohtmagnetlsohem Material. Sie trägt einen scheibenförmigen Magnetkern 9 tu· magnetischem

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Material, beispielsweise aus Siliciumstahl. Auf den Magnetkern 9 sind mehrere, beispielsweise drei, Spulen 10a, 10b, 1Oe gewiekelt. Die Wicklungen sind - wie Fig. 2 zeigt - etwa gleichmäßig aber den Umfang verteilt. Die so gebildete dreiphasige Wicklung wird mit entsprechendem Mehrphasen-Wechselstrom gespeist (eine Dreiphasenwloklung also mit Drehstrom, vgl. Flg. 5). Der Magnetkern 9 ist beim dargestellten Aueführungsbeispiel mit Abstand innerhalb des zylindrischen Teiles 5 angeordnet. Dem Magnetkern 9 gegenüberliegend sind etwa L-fOrmlge Joche 12, 12* aus magnetischem Material, beispielsweise ferromagnetische!!» Material, angeordnet. Das eine L-förmlge Joch 12 ist mit dem Getriebe 3 und dem zylindrischen Teil 5 so verbunden, daß der eine Arm 12a des Joches etwa parallel zur Achse 6 innerhalb des zylindrischen Teiles 5 liegt, wahrend der andere Arm 12b an der Innenseite des Getriebes central verläuft. Das andere L-förmige Joch 12* 1st mit der Innenseite des zylindrischen Teiles 5 verbunden, wobei der Arm 12a· etwa parallel sur Achse 6 innerhalb des zyldinrisohen Teiles 5 liegt und der andere Arm 12b¹ die Achse 6 kreuzt. Die Joohe 12 und 12* sind so angeordnet, da* die Arme 12b und 12b* aufeinander ausgerichtet sind, Jedoch voneinander einen Abstand aufweisen. Bin Abstand ist ferner auoh mischen dem Arm 12b* und dem Magnetkern 9 Vorhand·«. Der Umfang des Magnetkernes 9 besltst ferner einen kleinen Abstand von den Armen 12a und 12a¹, so dal ein magnetischer Heg mit dem Magnetkern 9 und den Jochen 12 und 12' gebildet wird.

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An der Achse 6 1st Innerhalb des zylindrischen Teiles 5 ein Detektor 13 befestigt, der als ein magnetisch empfindliches Element oder als Spule ausgebildet ist. Bei einer Umkehr des den Magnetkreis durchsetzenden Magnetflusses ergibt sich eine Impedanzänderung, die zu einem Ausgangsimpuls des Detektors 13 fuhrt. Der Detektor 13 ist auf der Achse 6 zwischen den Armen 12b und 12b* der Joche 12 bzw. 12* mit Abstand von diesen Armen angeordnet.

Die aus den Spulen 10a, 10b und 10c bestehende, erwähnte Dreiphasenwlcklung wird mit Drehstrom (vgl. die Kurven I¹Ia, l4b, l4c in Fig. 4) gespeist. Die Spannungen Bind um 120° gegeneinander phasenverschoben, so daß ein rotierendes Magnetfeld 15 erzeugt wird, das sich relativ zum Magnetkern 9 um die feste Achse 6 dreht. Der Detektor 13 erzeugt einen Impuls P» (vgl. Pig. H) jedesmal dann, wenn das rotierende Magnetfeld 15 auf die Joche 12 und 12' ausgericht t ist. Ein Impuls wird ferner in bekannter Weise von der Speise Spannungsquelle zu einem Zeitpunkt abgenommen, in dem einer dar Ströme, beispielsweise der Strom l4a, die Abszisse in Fig. * kreuzt, d.h. bei Nullpotential bzw. bei-der Änderung der Polarität des Stromes vom Negativen ins Positive. Dieser aufgenommene Impuls wird im folgenden als Besugsimpuls P₁ bezeichnet (vgl· Fig. 4). Die. i

Gewinnung dieses Besugsiapulses P₁ kann mit Hilfe einer weiteren Anordnung erfolgen, dl· gleichfalle einen zylindrischen Teil enthält, mit des Joch· wie in den Fig. 1 und 2 verbunden sind, wobei ferner sit der Achse 6 ein Magnetkern verbunden 1st, der eine wlok-

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lung trägt, wie sie aus den Flg. 2 und 3 hervorgeht. Hierbei 1st ferner mit der Achse in gleicher Weine wie in den Figuren dargestellt, ein magnetisch empfindliches Element (Detektor) verbunden. In diesem Falle wird der Impuls P₁ von dem Detektor aufgenommen, wenn das im Magnetkern erzeugte, rotierende Magnetfeld auf die Joche ausgerichtet ist. Der Bezugairopule P₁ kann selbstverständlich in gleicher Weise auch durch Verwendung einer Spule als Detektor anstelle eine magnetisch empfindlichen Elementes erzeugt werden. Es ist weiterhin auch möglich, anstelle der erwähnten Joche und des durch ein magnetisch empfindliches Element oder eine Spule gebildeten Detektors einen Magnetkern zu benutzen. In diesem Falle wird der Kopf gegenüber dem Kern 9 angeordnet, so daß er das rotierende Magnetfeld feststellt und einen als Bezugsimpuls P₁ dienenden Impuls erzeugt. Die Perlode des rotierenden Magnetfeldes 15, d.h. die für eine Umdrehung erforderliche Zelt, kann beliebig gewählt werden, beispielsweise mit 1/5 β.

Wie aus Fig. 5 hervorgeht, 1st ein Signalgenerator, beispielsweise ein Frequenzgenerator 16, vorgesehen, der in bestimmten Intervallen wiederholt ein Signal, beispielsweise einen Impuls P₂ (vgl. Fig. >i erzeugt. Weiterhin 1st ein Torkreis 17 vorhanden sowie ein Zähler 18, der die vom Frequenzgenerator 16 ausgesandten und durch den Torkreis 17 hindurchgelassenen Impulse P₂ zählt. Der Torkreis wird durch den Bessugslmpule P₁ geöffnet odor geschlossen. Ist das rotierende Magnetfeld 15 auf die Joche 12 und 12* ausgerichtet, so

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nimmt der Detektor 13 den Impuls P, auf. Hierdurch wird der Tor» kreis 17 wieder geschlossen bzw. geöffnet. Die Zahl der vom Frequenzgenerator 16 ausgesandten und durch den Torkreis 17 hindurchgelassenen Impulse Pg wird vom Zähler 18 gezählt· Auf diese Welse wird der Drehwinkel des Getriebes 1 einschließlich der Magnetkreis» teile 12 und 12* relativ zur Bezugslage, d.h. die Drehwinkelstellung des Anzeigegetriebes ermittelt. In !Fig. 5 sind gleiche Bauelemente mit denselben Bezugszeiehen wie in den Fig. 1 und 2 bezeichnet. Die Schaltung gemäß Flg. 5 enthält noch einen die Wellenform beeinflussenden Verstärker 19, einen Trlggerkreis 20 und eine Dreiphasen-Wechaelstromquelle. Wird das vom Detektor 13 abgegebene Signal an einer entfernten Stelle gezählt, so ist ein Flip-Flop-Kreis mit der auf den Verstärker 19 folgenden Stufe verbunden. Das Ausgangssignal dienen* Flip-Flop-Krelses wird zu der entfernten Stelle übertragen und dort von einem Flip-Flop-Kreis aufgenommen, dessen Ausgangssignal dem erwähnten Torkreis 17 zugeführt wird.

Wenn bei einer solchen Anordnung das in Fig. 3 angedeutete rotierende Magnetfeld 15 auf die Joche 12 und 12» des Zlffernanzeigegetriebes ausgerichtet ist, wird in den Jochen 12 und 12* ein Magnetfluß erzeugt, der vom Detektor 13 festgestellt wird, was den Impuls P-, ssur Folge hat. Der Drehwinkel des Getriebes von der Bezugslage (in der der Impuls P₁ erzeugt wird) bis zu der Lage, in der der Impuls P, erzeugt wird, ist proportional der Zahl der Impulse P₂, die vom Frequenzgenerator 16 ausgesandt werden und in der Zelt-

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spanne zwischen den Impulsen P₁ und P* den Torkreis 17 passieren können. Der erwähnte Drehwinkel des Getriebes kann also durch die Zahl der Impulse P₂ gemessen werden, die im Zeitintervall zwischen den Impulsen P^ und P* den Torkreis 17 passieren_o Die in Analogform vorliegenden Drehwinkel der ZiffernanseigegetriebG werden also in DJLgltalform umgewandelt.

Die ©rfindungsgemäße Vorrichtung verwendet keine Bürste und ist damit frei von den hiermit verbundenen, bei den bekannten Ausführungen vorhandenen Nachteile. Die Verwendung eines rotierenden Magnetfeldes macht ferner die Verwendung von photoelektrischen Elementen, von Permanentmagneten und dergleichen entbehrlich, so uaB auch di© hiermit verbundenen Nachtelle vermieden t/erden. Der c>£'fiftciunggg@3nfiß® Analog-Digital-Wandler zeichnet sich damit durch ©Ina hohö Genauigkeit und Empfindlichkeit, einen kompakten Aufbau und ni@drig@ Herstellungskosten aus.

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Claims

Patentansprüche

1.) Analog-Digital-Wandler, dadurch gekennzeichnet . daß auf einem Magnetkern mehrere Wicklungen v©rg@o©h@n slndg üiM mit Mehrphaeen-Wechselstrom derart gespeiet werden, daß im Magnetkern ein rotierendes Hagnetfeld entsteht, daß weiterhin dem Umfang des M&gnetkernes mit Abstand gegenüberliegend ein giefo ei4'-sprechend der Analoginformation drehesider ' Magnetkr@i#t@il vorgesehen ist, daß weiterhin ein Detektor vorhanden ist, der einen Impuls erzeugt, wenn das rotierende Magnetfeld den Magnetkreisteil passiert, und daß ferner eine Einrichtung gur Erzeugung eines Bezugsimpulses sowie eine Einrichtung eur Ermittlung der Zeitspanne swisehen dem oben erwähnten Impuls und dem B^gugslmpuXs zwecks Umformung der Analoginformation in Digitalff©m vorgesehen sind.

2c) Analog-Digital Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekenmseieh» n@t, daß der Detektor durch eine magnetisch empfindlicht Diode gebildet

3-) An&l@g-Digital"Wandler nech Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet,, daß der Detektor als Spule auegebildet ist»

4c) Analog-Digital-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net , daß der Detektor durch einen Magnetkopf gebildet wird.

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5.) Analog-Digital-Handler nach Anspruch 1, dadurch gekenneeichnet„ daß eine Vorrichtung vorgesehen 1st, die Alarm auslöst, wenn die zwischen dem Besugsimpuls und dem vom Detektor erzeugten Impuls li@g@nd@ Zeitspanne einen vorgegebenen Wert überschreitet»

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