DE2014454A1 - Relat ivb ewe gungs fühler - Google Patents

Description

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Relativbewegungsfuhler

Die Erfindung betrifft einen Fühler zur Messung des Betrages und des Vorzeichens von Relativbewegungen oder -verschiebungen zwischen zwei beweglichen Anordnungen, wo

liß-L ui*i "CIpUlUi φι· V;iir»eirLia.iii,üm'' und, (U.o ^»Gliwlnsii.fi-ktU.c, bei die Große der Verschiebung und die Geschwindigkeit irmeirSiCtUr är?li?· ^x}Qi\^r l's%r%ifi,i;<ß 1ίοΐΐ§η ktirmtn*· innerhalb sehr großer Bereiche liegen können.

de bereits bekannten verschiedenen Potentiometer-

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Verschiebungen einsetzbar, die im ■güris'tigsxeh "Fäll 'ii'Öcn*- s'feftftiä 10 em i^;4ö tr^tmn ki.ninisti,,- und-, für ^ije^Lysh ipifir§ stens 10 cm betragen können, und fur ziemlich begr<

elativgeschwindigkeiten.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Fühler zur essung von Relativverschiebungen zu schaffen, deren

praktisch nicht mehr beschränkt ist, also einige Meter

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tragen känn| und deren Reiätivgesfchifihdigkeit sehr groß sein kann; Ein derartiger Fühler Soll irtimer dann eihsetzbar seih* MeWn mäh Betrag und Vorzeichen, einör beweglichen Anordnung relativ zu einer ortsfesten Anordnung öder SsU einer änderen beweglichen Anordnung zu imeiseh hat*

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Fig. 2 das Schaltbild einer Stromversorgung von Magnetwiderständen des Fühlers von Fig. 1;

Fig. 3 das Blockschaltbild eines zum erfindungsge-

■HOen FUhler gehörenden elektronischen Geräts;

Fig. k den zeitlichen Verlauf der vom FUhler für eine Verscxiebungsrlchtung abgegebenen Signale;

Fig. 5 den zeitlichen Verlauf der gleichen Signale für die andere Verschiebungsrichtung;

Fig. 6 - 8 abgewandelte Ausf Uhrungsbeispiele des erfindungsgemäßen Fühlers; und

Fig. 9 ein Beispiel für die Anwendung des erfindungsgenäßen Fühlers.

In Fig. 1 1st ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungegemaOen Fühlers abgebildet, der zur Messung der Relatiwerschiebung zwischen zwei beweglichen Anordnungen dient.

Dieser ,Fühler hat in der Hauptsache einen Induktor 1 und einen Anker 2, die an einer ersten bzw. zweiten Anordnung (nicht abgebildet) befestigt sind, die gegeneinander beweglich sind und deren Relatlwerschlebungen gemessen werden sollen.

Der Induktor 1 und der Anker 2 können an einer beweglichen oder einer ortsfesten Anordnung befestigt sein. Die beiden Anordnungen können auch gleichzeitig, jedoch mit

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unterschiedlichen Geschwindigkeiten beweglich sein.

Der Induktor 1, der aus einem Magnetwerkstoff besteht, hat die Form eines starren Stabs_t der aufeinander folgend Bunde 3 und Ringnuten k trägt, die äquidietant zueinander angeordnet sind, wobei der Abstand zwischen zwei Bunden oder zwei Ringnuten gleich ρ ist. (Die gleiche Funktion würde auch mit einem Gewindestab der Ganghöhe ρ erreicht werden). Die Größe des Abstande ρ hängt von der zu erreichenden Meßgenauigkeit ab. Sie kann etwa 1 - 2 mm betragen, wenn eine große Genauigkeit notwendig ist, sie kann jedoch auch einen wesentlich größeren ¥ert für sehr große Verschiebungen ausmachen, die weniger genaue Messungen benötigen.

Der Stab 1 ist in einer Aussparung 5 des Ankere 2 hin- und herschiebbar. Im Anker 2 ist ein Magnet 6 eingebettet, dessen Kraftlinien senkrecht zum Induktor 1 verlaufen, und auf dem Magnet 6 .sind zwei Magnetwiderstände 7 und 8 angeklebt, deren Abstand, gemessen in Richtung ihrer Achsen, entlang der Relativverechiebungerichtung gleich 3 p/k ist. (Allgemein ausgedrückt, der Abstand zwischen den beiden Magnetwiderständen kann gleich einem beliebigen ungeradzahligen Vielfachen des vierten Teils des Abstande sein).

Es ist ersichtlich, daß die Magnetwideretände einem variablen Magnetfeld entsprechend der Relativstellung ausgesetzt sind, die sie gegenüber dem Induktor 1 einnehmen· Einer der Magnetwiderstände befindet sich in einem maximalen Magnetfeld, wenn seine Achse mit der Mitte eines der Bunde 3 zusammenfällt, und in einem minimalen Magnetfeld, wenn seine Achse mit der Mitte einer der Ringnuten k au-

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sammenfällt. Nun weiß man ferner, daß der (ohitinoho) derstandswert von Megnetwiderständen von dem abhängt, in dem sie sich befinden. Wenn man al_no parallel die beiden Magnetwiderstände durch eine Gleich« j_;rom ,, versorgt, entsteht an den Anschlüssen der beirton Magnetwiderstände eine Potentialdifferenz, die von d«_r Lage des Stabs 1 im Anker 2 abhängt.

Zu diesem Zweck sind, wie Fig. 2 zeigt, d:i« Magnetwiderstände 7 und 8 in Serie mit Widerständen ι ο bzw 11 geschaltet und parallel durch eine Gleichstromquelle q versorgt.

Wenn der Stab 1 im Innern des Ankers 2 wird, werden die beiden Magnetwiderstände um 90° phasenverschobenen Schwankungen des Magnetfelds unterworfen und die Spannungen an den Anschlüssen s , s„ der Magnetwiderstände variieren ebenfalls um 90 phasenverschoben mit einer Periode entsprechend dem Abstand p. J«;_M frenüe-t jetzt, diese Spannungen in ein angeschlossenes t».I ekironisches Gerät einzuspeisen und sie geeignet zu voj<arbei ten, um die Relativgeschwindigkeit hinsichtlich Betrag und Vorzeichen zwischen den beiden gegeneinander beweglichen Anordnungen zu bestimmen.

Ein Ausführungsbeispiel des elektronischen Geräts ist in Fig. 3 abgebildet.

Das Gerät hat zwei identische Kanäle, die «_n ^₆ Ausgangsanschlüsse S₁, s_ des Fühlers angeschlossen ni_nd und jeweils einen Regenerationsverstärker A bzw. A, und eine bistabile Schaltung B bzw. B mit zwei Eingängen haben. Der Ausgang des Verstärkers A ist direkt an einen Eingang

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der Schaltung B angeschlossen, während der Ausgang dee Verstärkers Ap direkt mit einem Eingang der bistabilen Schaltung B verbunden ist. Differentiationsschaltungen C₁ bzw. C sind zwischen die Ausgänge der Schaltungen A₁ bzw. A„ und die anderen Eingänge der bistabilen Schaltungen B_ bzw. B₁ geschaltet.

Die Ausgänge der bistabilen Schaltungen B₁ und B_ sind an die Eingänge eines Mischdiskriminators D angeschlossen, dessen Ausgang S mit den Anschlüssen eines Registriergalvanometers G verbunden ist.

Die zeitliche Entwicklung der Signale im elektronischen Gerät entsprechend der Verschiebungsrichtung ist in Fig. h bzw. 5 zu sehen.

Signale a₁ und a„, die im wesentlichen sinusförmig sind, werden von den Magnetwiderständen 7 und 8 abgegeben und durchlaufen zuerst die beiden parallelen Kanäle, wo sie von den Regenerationsverstärkern A₁, Ap verstärkt und dann regeneriert werden, um in Rechtecksignale O^1 bzw. 0C2 umgesetzt zu werden.

Die Signale Oi und q£ werden durch die Differentiationsschaltungen C₁ und C_ in Signale 0^₁ ¹ und G^₂' umgesetzt, wonach die Signale Oi₁, 0^₂* einerseits und 0^₃, O^ · andererseits die beiden bistabilen Schaltungen B und Bp ansteuern^ die so geschaltet sind, daß für eine Verschiebungsrichtung nur eine der bistabilen Schaltungen, z. B. die Schaltung B , ein Signal b am Ausgang abgibt, während für die andere Verschiebungsrichtung allein die andere bistabile Schaltung, z. B. die Schaltung B , am Ausgang ein Signal b abgibt.

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Dae Signal b^ oder t>₂ wird dann in den Mischdiskriminator 0 eingespeist, der die Erzeugung von Impulsen S₁ bzw. S₂ entsprechend der Verschiebungsrichtung gestattet« Die so erzeugten Impulse unterscheiden eich in ihrer Amplitude und können direkt das Registriergerät G ansteuern.

In Fig. 6 ist eine Abwandlung des Aueführungebeispiels gezeigt, bei der der Induktor durch ein flexibles Band 12 aus Stahl gebildet 1st, das einen Bereich von Löchern 13 aufweist, die gleichmäßig um einen Abstand ρ getrennt sind.

Das Band 12 durchläuft einen Anker lk über eine Öffnung 15, wobei sich im Innern gegenüber der Reihe von Löchern 13 zwei Magnetwideretände 16 und 17 befinden, die auf Magneten 18 und 19 aufgeklebt sind. ,

Die Achsen der Nagnetwiderstände sind wie beim vorhergehenden Beispiel tue eine ungerade Anzahl von einem Viertel de« Abstände ρ getrennt, z. B. (2k +1) p/k.

Die Magnetwiderstttmle 16 und 17 werden in gleicher Weise wie die Magnetwiderstände 7 und 8 des Fühlers von Flg. ■it StroB versorgt.

In Fig. 7 ist ein anderes Ausführungsbeispiel des Bandftthlers abgebildet. In diesem Fall bezeichnet 20 zwei Loehrelhen 21 und 22, wobei die Löcher jeder Reihe um eine ti Abstand ρ voneinander getrennt sind· Außerdemist ein Loch 21 gegen ein Loch 22 um eine ungerade Zahl von einem Viertel des Abstände versetzt. Die Magnetwiderstnde 23 und Zk befinden sich also auf der gleichen Querlinie, auf der sie wirksam Schwankungen des Magnetfelds ua 90° phasenverschoben ausgesetzt sind.

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In Fig. 8 ist ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fühlers gezeigt, wobei der Induktor durch eine Scheibe 25 gebildet ist, die gleichmäßig auf einen Winkel r getrennte Einschnitte 26 hat. Die Scheibe dreht sich vor einem Anker 27, der mit zwei Magnetwiderständen 28 und 29 versehen ist, die"an Magneten JO bzw. 31 befestigt sind, deren Achsen durch die Mitte der Scheibe 25 laufen und zwischen sich einen Winkel von bilden.

Der zuletzt beschriebene Fühler kann unabhängig zur Messung einer Winkelverschiebung oder einer geradlinigen Verschiebung dienen. Es versteht sich, daß die Einschnitte durch eine Reihe von gleichmäßig getrennten Löchern auf dem gleichen Umfang der Scheibe ersetzt werden können, wobei die Magnetwiderstände eich jetzt senkrecht zur Scheibe befinden, also gegenüber den Löchern.

Für alle Ausführungsbeispiele des Fühlers ist das elektronische Gerät zur Verarbeitung der Signale das gleiche wie das für das erste AusfUhrungsbeispiel beschriebene·

In Fig. 9 ist ein Anwendungebeispiel des erfindungegemäßen Fühlers gezeigt. Es handelt sich dabei um einen Schleudere toßver.such eines Kraftfahrzeuge. Ein derartiger Versuch dient dazu, das Verhalten eines Kraftfahrzeuge _: und seiner Insassen während eines Unfälle zu untereuchen. Zu diesem Zweck ist eine Testpuppe P am Platz dee Fahrzeuglenkers in einem Fahrzeug V angebracht, das durch irgendeine bekannte Einrichtung gegen ein festes Hindernis geschleudert wird.

Ee let nun notwendig, sehr genau einerseits die Ge-

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schwindigkeit des Fahrzeugs bei Anzeige des Zeitpunkts der Richtungsumkehr nach dem Aufprall und andererseits die Relativverschiebungen gewisser Abschnitte der Testpuppe relativ zum Fahrzeug oder bestimmter Punkte des Fahrzeugs relativ zu den anderen zu kennen.

Zu diesem Zweck benutzt man mehrere Fühler.

Ein Fühler 32 wird zur Messung der Verschiebung des ganzen Fahrzeugs verwendet. In diesem Fall ist das Band am Erdboden befestigt, während der Anker am Fahrzeug be- ■-. festigt ist. Ein Fühler 33 dient dazu, die Verschiebungen des Kopfes der Testpuppe relativ zum Fahrzeug zu messen; ein Fühler "}k mißt die Verschiebungen des Brustkorbs relativ zum Armaturenbrett; und ein Fühler 35 mißt das Eindringen der Lenksäule.

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Claims (10)

1. - ίο - 201U54

   Patentansprüche

   !./Fühler für die Relativbewegung zwischen zwei beweglichen Anordnungen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Induktor (1) und ein Anker (2) an den beiden Anordnungen befestigt sind, daß der Induktor (1) durch ein Bauteil aus Magnetwerkstoff gebildet ist, das abwechselnd in gleichem Abstand ρ zueinander angeordnete Vorsprünge und Vertiefungen hat, und daß der Anker (2) zwei Magnetwiderstände (7, 8) aufweist, die mindestens auf einem Magnet (6) montiert und so angeordnet sind, daß sie Änderungen des Magnetfelds mit einer räumlichen ^periode von + p/k in Richtung der Relativbewegung der beiden Anordnungen ausgesetzt sind (Fig. 1).
2. 2. Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetwiderstände (7, 8) parallel an die Anschlüsse einer Gleichstromquelle (9) und an den Eingang eines elektronischen Geräte (Fig. 3) angeschlossen sind, das die von den Magnetwiderständen abgegebenen Signale (a.^ , a_£) in Taktsignale (S₁, S₃) mit in Abhängigkeit von der ReIativbewegungsrichtung unterschiedlicher Amplitude und mit einem gegenseitigen Abstand umwandelt, der indirekt proportional zur Relativgeschwindigkeit ist (Fig. 1-5).
3. 3. Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor (1) durch einen Stab mit Bunden (3) und Ringnuten (4) gebildet ist, und daß der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bunden oder Ringnuten gleich ρ ist

   (Fig. 1).
4. 4. Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

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   der Induktor (i) ein Gewindeβtab mit der Steigung ρ ist.
5. 5. Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor ein flexibles Band (12) ist, das mit einer Seihe von Löchern (13) versehen ist, wobei der Abstand Ewischen zwei aufeinanderfolgenden Löchern gleich ρ ist (Fig. 6).
6. 6· Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor (20) ein flexibles Band ist, das zwei Reihen Löcher (21, 22) hat, daß aufeinanderfolgende Löcher der selben Reihe den Abstand ρ voneinander haben, und daß je zwei benachbarte Löcher der beiden verschiedenen Reihen um (2k + i) p/k versetzt sind (Fig. 7).
7. 7» Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor eine Drehscheibe (25) ist, die an ihrem Umfang gleichmäßig getrennte Einschnitte (26) hat (Fig. 8),
8. 8· Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor eine Drehscheibe ist, die eine Reihe von Löchern aufweist, die gleichmäßig auf einem Kreis getrennt •ind, dessen Mitte alt der Achse der Drehscheibe zusammenfällt.
9. 9. Fühler nach einem der Ansprüche 3-5, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Magnetwiderstände (7, 8| 16, 17t 28, 29) aufeiner Linie in Richtung der Relativbewegung voneinander um ein ungeradzahliges Vielfach·· «in·· Viertels des Abstände ρ getrennt angeordnet •ind (Fig. ti 6j 8),
10. 10. Fühler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

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    die beiden Magnetwiderstände (23, Zk) auf der gleichen Linie senkrecht zur Richtung der Relativbewegung und jeweils auf eine Reihe von Löchern (21, 22) des Induktors (20) zeigend angeordnet sind (Fig. 7)·

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