DE2017188A1

DE2017188A1 - Kapazitive Abtasteinrichtung

Info

Publication number: DE2017188A1
Application number: DE19702017188
Authority: DE
Inventors: Gunter χ 4700 Sangerhausen Deutschmann
Original assignee: Zentronik VEB
Current assignee: Zentronik VEB
Priority date: 1970-02-04
Filing date: 1970-04-10
Publication date: 1971-08-19
Also published as: SU499843A3; BG18771A1; FR2080292A5; CS148109B2

Description

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15. 1. 1970

Erfinder: Dipl.-Ing· Günter Deutschmann 47 Sangerhausen

Zustellungsbevollmäohtigter:

Abt. Gewerblicher Rechtsschutz im VEB Kombinat Zentronik 523 SÖmmerda
Weißenseer Str. 52

Kapazitive Abtasteinrichtung

Die Erfindung betrifft eine kapazitive Abtastein-, richtung, insbesondere als inkrementaler Drehwinkelgeber zur Erzeugung einer !-/O-Schrittfolge, bei- ■ . spielsweise zur Anwendung bei datenverarbeitenden Maschinen oder Automaten.

Bekannt ist eine induktive Abtasteinrichtung, die auf dem Prinzip eines HF-Generators beruht, dessen Schwingkreisspule durch vorbeigeführte leitende Taktfläohen infolge Wirbelstrombildung mehr oder weniger gedämpft wird, wodurch sich eine der Codierung·entsprechende Schwankung der Oszillatoramplitude ergibt, die weiter über eine Gleichrichtung und Schwellwertstufe zu einem logischen Signal verarbeitet wird.

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ORIGINAL INSPECTED

Nachteilig wirkt si ell bei dieser bekannten Abtasteinrichtung aus, daö die OsZillatoramplitude eine Abhängigkeit vom Abstand der Spule von der rotierenden Soheibe aufweist, .wodurch sich ein mechanischer Schlag der Soheibe als zusätzliche Amplitudenschwankung auswirkt· Deshalb läßt sieh bei höheren Anforderungen an die Auflösung nur, eine begrenzte Genauigkeit der Impulse erzielenj im ungünstigsten Pail ist die 1-/O-Erkennung nicht mehr gesichert· Die Auflösung wird ebenfalls duroh die mechanische Abmessung der Spule begrenzt. Ein weiterer Nachteil ist die relativ aufwendige Technologie zur Herstellung der Scheiben,

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Es wurde bereits eine kapazitive Abtasteinrichtung vorgeschlagen, bei der die eigentliche Abtasteinrichtung einen Teil einer von zwei gegenphasigen Spannungen gespeisten BrUckenschaltung ist·j von deren Ausgangsspannung nicht die Amplitude, sondern die Phase weiterverarbeitet wird* wodurch sich eine weitgehende Unabhängigkeit der Impulse von der Amplitude und damit von mechanischem Schlag der Scheibe ergibt· Nachteilig wirkt sich bei dieser Einrichtung aus, daß ein zusätzlicher HF-Generator zur Speisung der Brücke notwendig ist.

Der Zweck der Erfindung besteht darin, einerseits die funktioneilen Nachteile der einen und andererseits den elektronischen Mehraufwand für den HF-Generator der zweiten genannten Einrichtung zu vermeiden.

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BAD

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kapazitive Abtasteinrichtung zu schaffen, die !-/O-Schrittfolgen weitgehend unabhängig von Schwankungen der Amplitude bei hoher Geschwindigkeit, großer Sicherheit und ohne Abgleichaufwand berührungslos liest und bei der eine Änderung der Codierung ohne größeren technologischen Aufwand möglich ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe d_ad_uroh gelöst, daß die Abtasteinrichtung aus einem feststehenden und einem rotierenden Teil besteht, die sich in geringem Abstand gegenüber befinden und die an ihren Vorderflächen leitende, teilweise oder nicht miteinander verbundene Flächen, die Kapazitäten bilden, besitzen und daß die gegenseitigen Kapazitäten der Flächen als kapazitives Netzwerk für ein Fokkoppelnetzwerk eines selb st erregbaren HF^Generators vorgesehen sind,, wobei mittels Änderung des Rückkopplungsfaktors der HF-Generator bei gegenseitiger Verdrehung der Teile entweder schwingt oder nioht schwingt· Ein weiteres Merkmal besteht darin, daß das kapazitive Rückkoppelnetzwerk eine Brückenschaltung darstellt und daß der RUokkopplungsfaktor bei Bewegung des rotierenden Teiles eine periodische Schwankung um Null zwischen einem positiven und einem gleichgroßen negativen Wert aufweist, wobei er beim Nulldurchgang einen Phasensprung um JT aufweist· Ein weiteres Merkmal wird dadurch gebildet, daß der selbstschwingende HF-Generator einen Verstärker besitzt, dessen Schleifenverstärkung so groß 1st, daß die Schwingbedingung k . ν = 1 schon bei kleinem Rückkopplung sfaktor erreichbar ist und daß ein Schwingungseinsatz und -aussatz in unmittelbarer Nähe der Nulldurchgänge des RUckkopplungsfaktors liegt.

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Gegenüber den bekannten und vorgeschlagenen Abtasteinrichtungen besitzt die Erfindung den Vorteil,^:!'däß^; ^:;~ einzusätzlieher HF-Generator entfällt, wodurch bei abzutastenden Scheiben mit wenigen Taktspuren bzw. nur, einer im Einsatzgerät enthaltenen kapazitiven Abtasteinrichtung der konstruktive und der elektronische Aufwand um ein wesentliches verringert wird, und daß auf Grund der Ausnutzung des Phasensprunges die Anordnung weitgehend unabhängig von dem mechanischen Abstand der Scheiben wird.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden* In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Pig. 1ί eine Ausbildungsform der rotierenden und der

feststehenden Scheibe, einschließlieh der Ver-• deutliehung der entstehenden Kapazitäten,

Mg. E; eine prinzipielle Darstellung der Gesamtschaltung einschließlich der in Fig. 1 dargestellten ^Kapazitäten,

Fig» 3s eine Darstellung, des Verlaufes des Eückkoppelfaktors sowie der Spannungsverläufe, bezogen auf die Mitte einer Taktfläche auf der rotierenden Taktscheibe.

Für η regelmäßige L-/O-Schritte pro Umdrehung besitzt die feststehende Scheibe 1 eine aus 2n gleichartigen Taktflachen zusammengesetzte Taktspur, wobei jeweils die geradzahligen 2 und die ungeradzahligen 3 Takt-

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ORIGINAL INSPECTED

flächen untereinander sowie Über die Ans chlußpunkt e 8 und 9 entsprechend Mg· 2 mit äußeren S ehalt element enverbunden sind·

Von den sich zwischen den' Scheiben 1, 4 ergebenden Kapazitäten sind in Mg. 1 nur die zum Verständnis der Wirkungsweise der Einrichtung notwendigen Kapazitäten C, bis C₅. angedeutet· Entstehende Streukapazitäten bleiben unberücksichtigt. Die Kapazitäten C« bis C,- bilden einen Teil des Rückkoppelnetzwerkes des selbs.tschwingenden HP-Generators nach Mg· 2· Je nach Stellung der rotierenden Scheibe 4 ändert sich der Sückkoppelfaktor von einem maximalen negativen Wert, k - - k - Taktflächen befinden sich gegenüber den Täktflächen 2, d.h. C- ■=» C. =C.. - über k s O- Taktflächen 5 befinden sich gegenüber der Lücke zwischen Taktflächen 2; 3> d.h. C- ^s C. - zu einem maximalen positiven Wert k « + k-

Jt *r IU3X

Taktflächen 5 befinden sich gegenüber den Täktflächen 3, d.h. C- * ^C3_mi_n» ^c/, ^{s c}/,_{m x} entsprechend dem in Mg.

gezeigten Kurvenverlauf 15 des Rüekkoppelfaktors k. Die Schleifenverstärkung ν den Verstärkers 11 ist so groß, daß schon bei einem kleinen positiven Eüokkoppelfaktor k die Anschwingbedingung k . ν = 1 erfüllt ist. Damit erzeugt der selbstschwingende HP-Generator beim Rotieren der Scheibe 4 die in M,g« 3 dargestellten HP-Spannungsimpulse 16, die über eine Wicklung 12 ausgekoppelt und einem Gleichrichter 13 zugeführt werden, dessen Ausgangsspannung 17 (Mg· 3) eine Schwellwert stufe 14 ansteuert, an deren Ausgang 19 das logische Signal 18 zur Verfügung steht.

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Claims

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Pat ent an sprti ehe

Kapazitive Abtasteinrichtung» insbesondere zur Verwendung als inkrementaler Drehwinkelgeber unter-Ausnutzung 4er Kapazitäton von gegenüber befindlichen Taktflächen, dadurch gekennzeichnet* daß die Abtasteinrichtung aus" einem feststehenden (1) und einem rotierenden (4) Teil besteht, die sich in geringem Abstand gegenüber befinden und die an ihren Vorderflächen leitende, teilweise oder nicht miteinander verbundene flächen (2; 3 J 5), die Kapazitäten (CL bis Ce) bilden, besitzen; daß die gegenseitigen Kapazitäten (C-? Q₁^) der Flächen (2| 3 j 5) als Teil eines kapazitiven Eil ekkopp einet zwerkes eines selbsterregbaren Hf-(Jenerators vorgesehen sind, wobei mittels Änderung des itüokkoppelfaktors (Ic) der HP-Generator bei gegenseitiger Verdrehung der Teile entweder schwingt oder nicht schwingt· -
2. Kapazitive Abtasteinriöhtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kapazitive RUekkoppelnetzwerk eine BrUekenscha!tung bildet und daß der BÜokkoppelfaktor (k) bei Bewegung der rotierenden Seheibe (4) entsprechend der Inderung der Kapazitäten (C„; G.) eine periödisehe Schwanlcung um Null zwisohe» einem positiven und einem gleichgroßen negativeil Wert aufweist<
3· Kapazitive Abtast einrichtung naoli Anspruch 1 und 2, daduroii giekennzeichnety daß der selbstsehwingende H?-Generätor ©inen Verstärker (i1)-besitzt, dessen

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. Sohleifenverstärkung (ν) so groß ist, daß die Schwingbedingung k · ν *= 1 schon bei kleinem Rückkopplungsfaktor (4) erreichbar ist und daß ein Schwingungseinsatz und -aussatz in unmittelbarer Nähe der Nulldurchgänge des Eüekkopplungsfaktors (k) liegt.
4· Kapazitive Abtasteinrichtung nach Anspruch 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß die vom selbsterregbaren HP-Generator erzeugten HF-Impulse nach Gleichrichtung einer Schwellwertstufe zugeführt werden.
5. Kapazitive Abtästeinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der feststehende (1) und rotierende (ή.) Teil aus zwei sich gegenüber befindlichen Scheiben (1J 4) besteht.
6. Kapazitive Abtasteinrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß für die leitenden Flächen (2; 3) bzw. die Verbindung derselben doppelt-kupferkaschiertes Material vorgesehen ist, das Durchkaschierungen 'als leitende Verbindungen zur Rückseite der Scheibe enthält·

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