DE2035342C - Vorrichtung zum Messen der Drehbewegung um eine bestimmte Achse - Google Patents

Description

(Ä) im Bereich (z. B. 24) eines Schwingungskno-

lens dieser Schwingungen neben dem Umfang des

Schwingungskörpers angeordnet ist, um zweite

radiale Schwingungen abzufühlen, die in dem Be- »0

reich des Knotens bei Drehung der Plattform um

die bestimmte Achse (Z-Z) auftreten. Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- zum Messen dfcr Drehbewegung um eine bestimmte kennzeichnet, daß der Schwingungserzeuger (E) Achse mit einer um die Achse drehbaren Plattform, auf der Plattform (P) zum Schwingungskörper as die einen Schwingungskörper hohen Gütefaktors β {Β) ausgerichtet befestigt ist und mittels einer er- mit einem zur Achse konzentrischen Umfang trägt, »ten Elektrode (70) eine Reihe von aufeinander- einem Schwingungserzeuger, der in dem Umfang des folgenden Spannungsimpulsen erzeugt, die die ra- Schwingungskörpers radial zur Drehachse gerichtete diale Schwingung des Schwingungskörpers an- Schwingungen erzeugt, und einem Wandler.

facht, und daß der Wandler (R) auf der Platt- 30 Bei einer Vorrichtung dieser Art (USA.-Patent-

form zum Schwingungskörper ausgerichtet be- schrift 3 182512) ist der Schwingungskörper hohen

festigt ist und eine zweite Elektrode (76) enthält, Gütefaktors Q ringförmig ausgestaltet, und in seinem

die auf die Kapazität zwischen ihr und dem zur Meßachse konzentrischen Umfang werden die

Schwingungskörper anspricht. radialen Schwingungen erzeugt. Es ist jedoch ein aus

3. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch ge- 35 zwei in entgegengesetzter Richtung angetriebenen kennzeichnet, daß der Knoten (24), in dessen Be- Massen bestehendes ausgeglichenes Schwingungsreich der Wandler .(R) angeordnet ist, einer von system erforderlich, bei dem der Ausgang als Schwinmehreren Knoten (16, 24, 32, 40) der Schwin- gungsreaktionsmoment in einem axialen Zwischengung des Schwingungskörpers (B) ist, die zwi- bereich abgenommen wird. Bei einer derartigen Aussehen Schwingungsbäuchen (10,18, 26, 34) liegen 40 bildung sind in der Praxis jedoch nur äußerst schwer und in den einen Bereichen herrschende radiale genaue Meßergebnisse zu erzielen. Schwingungen in den anderen Bereichen keine Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wesentliche radiale Schwingung auslösen. Vorrichtung der eingangs erwähnten Art derart weitet

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge- auszugestalten, daß durch weitgehendes Vermeiden kennzeichnet, daß der Winkelabstand zwischen 45 bewegter Teile eine erhöhte Meßgenauigkeit und einem Knoten und einem Schwingungsbauch Empfindlichkeit erzielt wird.

180/2n° oder ein ungerades Mehrfaches beträgt, Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

worin η die Zahl der Knoten der Schwingung löst, daß der Schwingungserzeuger in dem Umfang

über einen Bereich von 180° ist. des Schwingungskörpers solche radiale Schwingunger

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge- 30 erzeugt, die bei stillstehender Plattform einer kennzeichnet, daß der Schwingungskörper (B) im Schwingungsknoten enthalten und der Wandler irr wesentlichen glockenförmig symmetrisch zur be- Bereich eines Schwingungsknotens dieser Schwingun stimmten Achse (Z-Z) ausgebildet ist und eine gen neben dem Umfang des Schwingungskörpers an Lippe (L) enthält, die in einer senkrechten Ebene geordnet ist, um zweite radiale Schwingungen abzu zur Achse (Z-Z) liegt. 35 fühlen, die in dem Bereich des Knotens bei Drehunj

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge- der Plattform um die bestimmte Achse auftreten, kennzeichnet, daß die Dicke der Wand der Der Umfang des Schwingungskurpers nimmt als( Glocke (B) von der Lippe (L) zur Achse (Z-Z) ein bestimmtes Schwingungsbild an, und es wird des fortschreitend zunimmt. sen Drehwinkel, der eine Funktion der Drehung de

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, 4, 5 oder 6, 60 Schwingungskörpers im Raum um die Achse ist, in dadurch gekennzeichnet, daß die Orte mindestens Bereich des Schwingungsknotens der Schwingung de zweier Knoten einen gemeinsamen Schnitt am Umfangs abgefühlt.

Schwingungskörper haben. In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dal

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge- der Schwingungserzeuger auf der Plattform zur kennzeichnet, daß der Schwingungskörper (B) und 63 Schwingungskörper ausgerichtet befestigt ist und mit die Plattform (P) über einen Hals (S) im gemein- tels einer ersten Elektrode eine Reihe von aufeinan samen Schnitt und längs der Achse (Z-Z) mitein- derfolgenden Spannungsimpulsen erzeugt, die di ander verbunden sind. radiale Schwingung des Schwingungskörpers anfachi

and daß der Wandler auf der Plattform zum Schwin- Der Grundaufbau der ^E^^dung^o^Jnpkurper

gungskörper ausgerichtet befestigt ist und eine zweite . F i g. 1 und 2 allgemein erläutert, bin ^™ £_techt_er Elektrode enthält, die auf die Kapazität zwischen ihr in Form einer Glocke B (F ig. U ^tsl... Mitteljnd dem Schwingungskörper anspricht. Lage auf einer Plattform- P über einen in mrer

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorge- 5 achse liegenden Hals S gehalten. Der sehen, daß der Knoten, in dessen Bereich der Wand- hat einen Rand oder eine Lippe L, < ^

ler angeordnet ist, einer von mehreren Knoten der Richtung zu der senkrechten Achse z- ^ .^ Schwingung ües Schwingungskörpers ist, die zwischen schwingen kann, zu welcher Acnse _bildet rj>_er Schwingungsbäuchen liegen und in den einen Berei- schwingungsfreien Zustand einen *-^r werden

chen herrschende radiale Schwingungen in den ande- io Werkstoff und die Abmessungen der uioaie w ren Bereichen keine wesentliche radiale Schwingung so gewählt, daß radiale Schwingung en;ι auslösen. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn der Win- wirksamer Weise mit einem geringen nnc 8 kelabstand zwischen einem Knoten und einem je Schwingung im Verhältnis zur 8£«η«η zug Schwingungsbauch 180/2n° oder ein ungerades Mehr- ten Energie entstehen, d. h., daß bcnwinguugc faches beträgt, worin η die Zahl der Knoten der 15 hohen Gütefaktors Q erzeugt werden Schwingung über einen Bereich von 180"- ist. Ein SchwingungserzeugerE erzeugt in einem t^^

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Schwingungskörper im wesentlichen glockenförmig symmetrisch zur bestimmten Achse ausgebildet

Ein Schwingungserzeuger E erzeugt in einem * bereich der Glocke,B radiale Schwingungen η Rk* tung der Achse X-X, die durch einerι Radius von Schwingungserzeuger E zur ^senkrecn "\ ~ _Ausfüh. d B e ⁰⁶^fS

y ausgebil gg

und enthält eine Lippe, die in einer senkrechten » bestimmt werden Bei einer ^ Ebene zur Achse liegt. Hierbei ist es zweckmäßig, rungsform der Erfindung werden diese wenn die Dicke der Wand der Glocke von der Lippe mit einer solchen Frequenz erzeugt zur Achse fortschreitend zunimmt. hd d J^

Vorteilhaft haben die Orte zweier Knoten einen

Hi

mit einer solchen Fq

der Glocke entsprechend der J

Vorteilhaft haben die Orte zweier Knoten einen schwingt, d.h., ^daß _u ^slch _K ^s^^hen^S Ls Schwingemeinsamen Schnitt am Schwingungskörper. Hierzu a₅ einem Schwingungsbauch im B<^re^<\°e _h ist es zweckmäßig, wenn der Schwingungskörper und Sungserzeugers E einem weite en bcnwingg üb i Hl i i f de diametral 8^e8^enu^2™™"^^

m ^i g Schwin

g Sungserzeugers

die Plattform über einen Hals im gemeinsamen auf der diametral

Schnitt und längs der Achse miteinander verbunden ^^^S^SX^t^ '"Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist 30 Wellen bedingen Knotenpunktbere.ched^ 45 vervorgesehen, daß die von dem Schwingungserzeuger setzt zu ^.^^^ÄiSSJunien hikö tilt Shi t durch die stnchpunküe ten und gest< ^

in Fig. 2 dargestellt ist, die cue Schwingung tor ^^^cl* der durch den

vorgesehen, daß die von dem Schwingungserzeuger dem Schwingungskörper erteilten Schwingungen mit einer im wesentlichen der Eigenschwingungsfrequenz des Schwingungskörpers entsprechenden Frequenz er-

SÄ ist vorgesehen, daß der Wandler mit einer Einrichtung verbunden ist, die das von dem

vorgesehen, der

ermöglicht. Die Messung der Drehung des Sohwm- nd,Jm, zur Achs gungskörpers kann durch einen einfachen Phasen- U ler R radiale

t der Pia«·

ir^tp^p^S schematische Darstellung einer Vorrichtung nach der Erfindung

Fig. 2 eine Draufsicht auf den schwingenden Teil der Vorrichtung nach Fig. 1 in der Ruhelage und den beiden Grenzlagen der Schwingung, wobei das Ausmaß der Schwingung der Deutlichken halber übertrieben dargestellt ist,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer AusführunW der Erfindung mit zugeordneten e.ekirischen Kreisen,

F i g. 3 a ein detaillierter Ausschnitt aus F. g. 3 mit einem abgewandelten elektrischen Kreis,

integriert werden, um die Gesamt-

Zustand

^lcn

der» ^J

gibt sich aus Fig. 2. Wie L normalerweise im schwinS Gestalt, wie sie _dargest_ellt ist. ατ*1\*ν**τ radiastrichpunktierten und het Die Lippe L

12 und 14, im Bereich 18 zwischen den « ^ug V _{Bereich 2}6 zwischen den 30 und im Bereich 34 zwischen den

12 und

innerhalb der Vorrichtung und der Steuerkre.se nach Fig. 4.

nut

Hegen Knoten-

punktbereiche 16, 24, 32 und 40 im wesentlichen um 45° in Umfangsrichtung zur Achse X-X versetzt. In diesen Punkten ergibt sich im wesentlichen keine radiale Schwingung, wenn die. Plattform süllsteht. Es ist jedoch festzustellen, daß beim Schwingen der Lippe in die elliptische Form 12, 22, 28 und 36 die Bogenlänge zwischen den Knotenbereichen 16 und 40 bzw. 24 und 32 sich vergrößert, während die Bogenlänge zwischen den Bereichen 16 und 24 bzw. 32 und 40 abnimmt. Die Knotenpunktbereiche 24 und 40 versuchen sich also entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn von der schwingungsfreien Mittellage zu bewegen, während die Knotenpunktbereiche 16 und 32 aus ihren schwingungsfreien Lagen im Uhrzeigersinn sich zu bewegen suchen. Nimmt die Lippe L die entgegengesetzte Grenzlage ein, die durch die Punkte 14, 20, 30 und 38 bestimmt ist, so bewegen sich die Knotenpunktbereiche 24 und 40 im Uhrzeigersinn von der schwingungsfreien Mittellage fort, während sich eine Bewegung der Knotenpunktbereiche 16 und 32 in Umfangsrichtung entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn ergibt.

Die Knotenpunklbereiche 16, 24, 32 und 40 bewegen sich also in Umfangsrichtung infolge der auf die Glocke ausgeübten radialen Schwingungen, wobei diese Bewegungen mit der gleichen Frequenz erfolgen wie die radialen Schwingungen aufweisen. Wird die Plattform P um die senkrechte Achse Z-Z gedreht oder bewegt sie sich so, daß eine Komponente in Umfangsrichtung zur Achse Z-Z entsteht, so erzeugen die Umfangsbewegungen der Knotenpunktbereiche 16, 24, 32 und 40 radiale Kräfte. Diese ergeben sich aus der Coriolisbeschleunigung in Verbindung mit den im wesentlichen linearen Umfangsschwingungen und der Drehbewegung der Plattform. Die vorher von radialen Schwingungen freien Bereiche erhalten eine radiale Schwingung, deren Größe durch die ursprünglichen Umfangsschwingungen und die Winkelgeschwindigkeit der Plattform P um die senkrechte Achse Z-Z bestimmt ist. Es ergibt sich hieraus, daß der Wandler R hei stillstehender Plattform P keinen Ausgang liefert: er ergibt jedoch einen Ausgang, wenn die Plattform P um die senkrechte Achse Z-Z gedreht wird.

Bei der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform eines Geräts nach der Erfindung ist die Glocke B symmetrisch zur senkrechten Achse Z-Z ausgebildet und ist mit der Plattform P über einen Teller 42 verbunden. Die Glocke B wird z. B. aus einem Block der Aluminiumlegierung 2024-T 4 gedreht, wobei der Teller 42 in einer senkrecht zur Achse Z-Z liegenden Ebene liegt. Die Glocke B ist mit dem Teller 42 durch den Hals 5 verbunden, von dem aus sich die Glocke napfförmig nach oben erstreckt Der mittlere Raum 44 wird durch konkav-konvexe Seitenwände 46 gebildet und endet oben in der zylindrischen Lippe L. Die Glocke B wird mit abnehmender Wandstärke vom mittleren Bereich 44 zur Lippe L hin gebildet. Der Napf ist im wesentlichen halbkugelförmig, so daß die Seitenwandung 46 einen im wesentlichen konstanten Krümmungsradius um den Schnittpunkt der Achsen X-X, Y-Y und Z-Z hat Die Lippe L hat jedoch — wie erwähnt — im wesentlichen zylindrische Form zur Achse Z-Z und weist eine im wesentlichen konstante Dicke auf.

Der Teller 42 der Glocke B ist über T-förmige Klemmstücke 50 in radialen Schlitzen 52 der Plattform P festgespannt Die Plattform P ist im Ausführungsbeispiei ein auf einer Unterlage 54 drehbarer Tisch. Die Plattform P ist durch ein nicht dargestelltes Schneckengetriebe und eine Handkurbel 56 drehbar, wobei die Drehbewegung durch eine Anzeigeeinrichtung feststellbar ist. Die Glocke B kann somit zusammen mit der Plattform P um die senkrechte Achse Z-Z mit einer durch die Drehzahl der Handkurbel 56 bestimmten Geschwindigkeit gedreht werden.

Die Plattform P trägt eine Stütze 58 für den

ίο Schwingungserzeuger E, der in der Achse X-X ausgerichtet zur Lippe L der Glocke B angeordnet ist. Ferner trägt die Plattform P eine Stütze 60 zur Aufnahme des Wandlers R in dem Bereich der Lippe L an einer 45° zur Achse X-X versetzten Stelle, wobei

• f e*r ir» /»ir»*»·· -*tir **/>r» l^«-*»*»!»**»— Λ »,l.»·«. *7 *7 f.**«.!·^*»·*·«*«»·« »O w "i wiiw /-VH OWlItVl Vl-UIdI /-L1.113C £*-ij Suu&lvVlllvu Ebene liegt.

Der Lippe L werden durch den Schwingungserzeuger E radiale Schwingungen erteilt. Hierzu dient eine Mikrometerhülse 70a, die auf der Stütze 58 befestigt

ist und einen beweglichen Teil 70 ft enthält, der in radialer Richtung durch Drehen des Stellknopfes 70c zur Lippe L einstellbar ist. Die Mikrometerhülse 70a ist gegen die Stütze 58 durch eine nicht dargestellte Isolierbüchse elektrisch isoliert. Die Lage der Stütze

58 für den SLlnvingungserzcuger E ist in bezug zur Lippe L durch Schrauben 62 mit T-Kopf einstellbar, die in radiale Schlitze 52 der Plattform greifen und durch bogenförmige Schlitze in einer Grundplatte 64 der Stütze 58 treten, um eine Einstellung in dieser

Richtung zu ermöglichen.

Die Spitze des beweglichen Teils 70b liegt in geringem Absind von der Lippe L. Eine Spannungsdifferenz /λ .hen dem beweglichen Teil 70b des Mikrometer und der Lippe/, bestimmt ein elek'ro-

statische*· I e:J. das die Lippe L in Richtung auf die Spitze dev. heuduhen Glieds 70 ft ablenkt. Die /M-gefühne >ρ,·η;ν..νι> >m eine Wechselspannung mit einer Fuqu.-iv <:;,■ j_ni wesentlichen der Eigenfrequenz dc; L ;_;1p ; '-n.spricht, wobei jedoch zu '-e-

<o ruckt-chn^n ;-■ -.;,.; diese kein freier Körper ·Μ. sondern mit (L- ■· v':e R ein Ganres bildet, wodurch die Eiger.f_i-L-..;..ier,.· K:-·-nflußt wird. Die Schwineure^- erzeugung c-rioli:·: J :,h einen Oszillator90, der in Selbsterregung _n-.· wesentlichen der Resonan/fre-

quen> der <:!,·. L. ■ -!ar.gt. beispielsweise 1600 lh. Der Ausgang dies,-. ;>xillators 90 wird durch einen Verstärker 94 verst.,-u und durch einen Halbweikngleichnchter 98 Eingerichtet. Die sich ergebende Spannung wird dc:n beweglichen Glied 70fc des Miso krometers zu^c:-..:. .j_{as a}]_{so e};_{ne Folge von gIeic}hgenchtcten U:.:]:■ .: ^impulsen erhält, die in der tipcnschwingune^-Γ,-ν.νηζ der Glocke» aufein^naenoigen. Die t;n -d^cn Impulse liegen also in genau gleicher Prov und verstärken die Schwingung der

«j ock-e. S₀ daß d:cw eine wesentlich größere Energie erhalt und die Große der Schwingung wesentlich gröber wird ;;«s nti einem einzigen schwingungsanregenoen uis. M₁, öderen Worten wirkt die Lippe L der Glocke β annlich einem elektrischen Sdrwingungs-

kreis hohen Gütefaktors Q.

Die Amplitude der erzeugten Schwingung ist durch den Abstand der Spitze des beweglichen Teiis70ft des Mikrometers 70 von der Lippe L wie auch von

β, Ϊί ™- ^der,^auieinanderfolgenden dem beweglichen

η w^ZUgM^leUetcn Spannungsimpulse gegeben.

Der Wanalcr R kann beispielsweise ein Abstands-

rnesser einer bekannten Bauart sein. Ein derartiger

Abstandsmesscr hat eine Abfühlelektrode 76

yo

7 ⁸

(Fig 3a) mit einer Zentren isolierten Sonde 76α. 119 spricht auf den Ausgang des Oszillators 90 im

Koaxial zur Sonde 76« und von dieser isoliert ist eine Leiter 92 an wahrend der andere Strahl auf den

SdiuSktrode766 vorgesehen, die in geeigneter Ausgang des Filters 102 anspricht, so daß die Amph-

Weisemif der Stütze 60 verbunden ist. Die Schutz- tuden der Schwingungen leicht beobachtet werden

eiekUode und d^ Sonde sind durch nicht dargestellte 5 können. Bei einer Stellung der Stutze 60 in Abstand

1 ola °one von der Stütze 60 elektrisch isoliert. Die von dem Knotenpunkt der stehenden Schwingung der

Sonde und die Schutzelektrode reichen bis dicht an Lippe L spricht die Sonde 766 auf aufgedruckte

d°e Lippe L so daß die Kapazität zwischen der Schwingungen an, und es kann die Frequenz des Os-

Sonde und der Lippe L ein Maß für die radiale Aus- zillators 90 geändert werden während am Osz.Jo-

bSunEder Lippe im Bereich der Sonde ist. Die io skop die Amplituden der Wellen des Filters 102

Schutzdektrode 76 b verringert hierbei die Wirkung und des Oszillators 90 beobachtet werden Durch Em-

des elektri Sen Streufeldes zwischen der Sonde und stellung der Frequenz auf einen maximalen Ausgang

der Lippe L und schützt die Sonde ferner vor Fremd- des Filters 102 kann der Oszillator 90 auf die Eigen-

felder.Die Stellung der Stütze 60 ist zur Lippe L frequenz der Glocke B eingestellt werden. Nach dieser

S?f ™cÄ^"2 ,Sit T-Knpf einstellbar, die in ra- i_S Einstellung ist es dann möglich, die Stutze 60 in Um-

dTal'e 'schHtze'ö'der Plattform P greifen und durch fangsrichtung einzustellen, bis der Ausgang am FiI-

bogenförrnte Schlitze in einer Grundplatte 64 der ter 102 im wesentlichen verschwinde . Dies zeigt an,

Svütze 60 treten, um eine Einstellung in dieser Rieh- daß die Stütze im Bereich des Knotens liegt. Wah-

aiuize ου ucicι , u α _rend ^ _Betneb_es kann dann der Ausgang des Filters

Tfie^nTewireinrichtung ist in F ig. 3 bzw. *o 102 beobachtet werden um die Drehung der Platt-Sathematisch dargestellt. Die Einrichtung kann aus form P um die senkrechte Achse Z-Z zu ermitteln, einem Oszillator 110 bestehen, der mit einer geeigne- Das in Fi g. 4 dargestellte Gerat ,st so ausgebildet, ten Frequenz beispielsweise 5OkHz, arbeitet und daß die geeignete, der Lippe L aufgedruckte Frequenz eine im wesentlichen konstante Spannung am Aus- automatisch eingehalten wird Dem Gerat nach F ι g. 3 _Rang als Trägerwelle liefert. Der Ausgang des Oszil- *₅ entsprechende Teile haben gleiche Bezugszeichen erlatois 110 wird einem kapazitiven Spannungsteiler zu- hallen. Dieses Gerat hat einen zusätzlichen Wandler Set de? aus einem Kondensator 112 und der Ka- 80, der in der Achse X-X dem Schwingungserzeuger £ paziät zwischen der Sonde 76 β und der Masse 114, diametral gegenuberüegL Der Wandler 80 kann die Her die Glocke ließt bestimmt ist gleiche Bauweise wie der Wandler/? aufweisen und Schwingt die lippe L und bedingt damit eine ver- 8» in gleicher Weise mit einer Trägerwelle erregt werden. annSiSfiCRniSSt zwischen der Sonde 76 und der Der Wandler 80 liefert eine Ausgangsspannung über Masse ΪΗ ^"h die Spannung am Punkt ein Filter 84, das dem Filter 102 der Ausführungs-116 wobei' dTese Änderung von der Größe der radia- form nach Γ ig. 3 entspricht, und diese Spannung hat j io, woo« mc«: β _d . _ejncn Augenblickswert, der durch die radiale Lage

Üi ÄSSf £r Lippen- 35 der Up!L cm Punkt 26 bestimmt ist Die* sinus-

d hlh S d drch enen Phasenhieb

Üri?Sr ÄSSf £r Lippen- 35 der Up!L cm Punkt 26 bestimmt ist Die* sinus entspricht Die so am Punkt 116 modu- ähnliche Spannung wird durch einen Phasenschieber d i i —rll7 - Z^JSS^SSS^tL^ SS

iiSng entspri

,i _c ⁱⁿ|pan^Bnung wird in einem —rll7 - Z^JSS^SSS^tL^ SS

?if IwS SdSfS SilÄSSÄ 96 den Gleichrichter 98 speist wodurch die Elektrode

^;ί U%ie der F_S^K_SSa^ . ^^^^^^^^^l^

Em ΑΐΏΪΓΠΤΑ^ L·, Rücttopplojjpsschlcifc. führt vo. den, Sch

andsmessers τη ermoßl.cher,, Λε durch die Masse _{Verstarker M und den} Gleichrichter 98 zurr

T?S^5Si2 i

T?AuSte^5Sikh2r.lW ist mit einem Schwing.ngserzeugeri: zurück Diese selbstschwir,

Filter 102 wrSmSn, das als Schmalbandfilter für gende Schaltung hat _eine ^genirequenz die im we-

Kilter IUi vcrounucu^ Frenuenz beispiels- senthchen durch die mechanische Eigenfrequenz dei

die der Lippe L »*£*«*^Ιβ T^L· AuSan* radialen Schwingung der Lippe L bestimmt ist. Die

,eise 1600 Hü:, ausgebildej.,st,so ΛΒ^^^ J^^^^ ^ _dmch

ces Filters 102 zum ^J^fSrch Eradiate SchwingungserzeugerE, den AbfühlerSO, das Filtei

deren augenblickhche ^AmP^* ^d£f ^/wS e 84, den Phasenschieber 88, den Verstärker 94 und dei

^^hfri^g/n^^L^^meZr^Z Gleichrichter98 gegeben ist, legt die Amplitude de

durch ^d^^PnKenmess^,,„*if„_hasenemT,_find. Schwingungen fest, die auf einem konstanten Wer

^^ f, ^ckkopp^ngsschleifenverstär

sciu, u Vereieichs- k«ng konstant gehalten wird.

eines zu ^f^^pgjii^g Sefert Si dem Bei dem Gerät nach Fig. 4 ist der eine Einganj

^««^^.^iSTSTSumSeschiSi ram Phasenmesser 106 vom Filter 102 über eine

^P^m^S^^S^SSSMSM Verstärker 103 zugeleitet, während der andere Ein dtgkeitderPlattfomPumd^senkr^Ac _{& gang VO}n dem Ausgang des Filtere 84 über einen Ver

rroportionales ^^jJJÜJ^Z ^&dlm stärker77 und einen Phasenschieber79 eingebrach

Uhrzeigersinn und negativ bei Drehung entgegen ae ^ ^ Phasenschieber 79 bewirkt eine Phaserver

rp ^^jJJÜJ^Zdlm stärker77 und einen Phasenschieber79 eingebrach

Uhrzeigersinn und negativ bei Drehung entgegen ae ^ ^ Phasenschieber 79 bewirkt eine Phaserver

^r^Sfder Einiustierung ist es erwünscht, Schiebung von im wesentlichen 90° zwischen dei

Far Zwecke deiJ^^Xus nges _{des Filters} beiden Eingängen, wenn die Glocke B nicht umläuft

eine Anzeigender Große des Ausganges ^ ^^,^ ^ _def Verstärker 103 ergeben eim

labe" A ?*£SS toSTZZ* im wesentiichen sinusfönnige Welle bei ler aufge

haben Wie: *■ .g. λ ^zc*/._ct__wi-_eil Oszilloskop 119 drückten Frequenz, wenn die Glocke B um die senk

tJ^iZTSTS^^SS^ rechte AchseZ-Z gedreht wird. Dieses Signal win

10

dem Phasenmesser 106 zugeleitet. Dieser erhält auch Wie bereits beschrieben, ist der Ausgang 86 des

die Sinuswelle der aufgedrückten Frequenz über das Filters 84 (F i g. 4) ein Augenblickswert, der durch Filter 84, den Leiter 86, den Verstärker 77 und den die Lage der Lippe L in bezug zum Wandler 80 bePhasenschieber 79. Letzterer ist so eingestellt, daß er stimmt ist. Diese Wellenform ist durch die Kurve 124 ein Signal am zweiten Eingang des Phasenmessers 106 3 in F i g. 5 dargestellt und ist eine Wechselspannung, liefert, das im wesentlichen mit dem Signal vom FiI- die im wesentliche phasengleich mit der Welle 122 ter 102 und Verstärker 103 in Phase liegt oder im der mechanischen Schwingung ist.
wesentlichen 180° phasenverschoben ist, wenn die In gleicher Weise ist der Ausgang 126 des Verstär-

Glocke um die senkrechte Achse Z-Z gedreht kers 94, der durch den Gleichrichter 98 gleichgerichwird. ίο tet ist, um die Halbweüenimpulse 120 zu bilden, durch

Der Phasenmesser 106 mißt die in gleicher Phase den Phasenschieber 88 phasenverschoben, wie F i g. 5 liegende Komponente des Signals vom Verstärker 103 zeigt. Die Bewegungen der Bereiche 16, 24, 32 und 40 in bezug zum Phasenschieber 79. Wird die Glocke B (Fig. 2) erfolgen entsprechend der radialen Ausbieum die senkrechte Achse Z-Z in einer Richtung ge- gung der Lippe L, und die durch die Coriolisbeschleudreht, so ändert sich diese Komponente in positivem 15 nigung erzeugte radiale Kraft ist in gleiche Phase mit Sinne. Dreht sich die Glocke B jedoch um die Achse dieser Bewegung in Umfangsrichtung und ist von der Z-Z in der anderen Richtung, so erhöht sich diese Winkelgeschwindigkeit um die Achse Z-Z abhängig. Komponente in negativem Sinne. Durch den Phasen- Die Corioliskraft in den Bereichen 24 und 40 ändert vergleich dient das Gerät somit gleichzeitig der Mes- sich bei umlaufender Plattform P entsprechend der sung der Richtung und der Größe der Drehbewegung ao Welle 128. Die sich ergebende radiale Bewegung in der Glocke B. Zusätzlich sind Fremdsignale in der den Bereichen 24 und 40 ist von gleicher Frequenz, Sonde 73 bei der aufgedrückten Frequenz 90° phasen- jedoch phasenverschoben, wie dies die Kurve 130 in verschoben mit den die Drehbewegung der Glocke B F i g. 5 zeigt. Diese Bewegungen werden wiederum anzeigenden Signalen, so daß diese von dem Phasen- von dem Wandler R abgefühlt, um die Ausgangsmesser 106 nicht erfaßt werden. Sie erscheinen daher as spannung am Filter 102 zu bilden, die durch die nicht in dessen Anzeige. Der Phasenmesser 106 ist Kurve 132 in F i g. 5 dargestellt ist.
auch verhältnismäßig unempfindlich gegen Fremd- Um optimale Ergebnisse zu erzielen, ist auf Bausignale, die nicht die aufgedrückte Schwingungsfre- art und Betriebsbedingungen besonders zu achten, quenz aufweisen, so daß das Gerät weitgehend ge- So ist eine hohe Meßgenauigkeit der Wandler 76 und räuschfrei arbeitet. 30 80 anzustreben, ferner eine maximale Amplitude der

Die Erzeugung der Schwingungen der Lippe L wird Ausbiegung der Seitenwände 46 der Glocke B und nun an Hand der F i g. 5 erläutert, bei der verschie- der Lippe L. Die Bewegungen der Lippe sollten einen dene Wellenformen über gleiche Zeiten aufgetragen maximalen Ausschlag haben, jedoch die Spannungen sind. Bei anfänglich nicht erregter Glocke B, jedoch in dem Werkstoff der Glocke B innerhalb der elaeingeschalteter Rückkopplungsschleife, wird eine an- 33 stischen Grenzen halten. Hierbei ist es erwünscht, fängliche Änderung aus der Ruhelage durch einen daß die Elastizitätsgrenze des Werkstoffes der Stoß od. dgl. von dem Wandler 80 abgefühlt, ver- Glocke B möglichst hoch liegt, der Werkstoff jedoch stärkt und dem Schwingungserzeuger £ zugeleitet. eine ausreichende Widerstandsfähigkeit und einen Diese Wirkung setzt sich in positivem Sinne fort, bis hohen Gütefaktor Q hat. Die maximale Ausbiegung sich die Rückkopplungsschleifenverstärkung so weit 40 für eine bestimmte Spannungsbelastung ist im wesentvermindert, daß sie die Schwingung gerade noch auf- liehen durch die Biegewirkung der Seitenwände 46 rechterhält. Das heißt, daß zu Beginn der Erregung der Glocke B um den Hals i" gegeben. Es wurde festdie Verstärkung groß ist und jede von dem Wand- gestellt, daß eine maximale Größe erreicht werden ler 80 abgefühlte Schwingung verstärkt wird und dem kann, wenn ein maximaler Radius α und eine Min-Schwingungserzeuger E rar weiteren Erhöhung der 45 destwandstärke h (F i g. 4) gewählt wird.
Amplitude zugeleitet wird. Die Amplitude der Span- Um die Schwingung der Glocke B aufrechtzuerhal-

nung des Schwingungserzeugers E, die Abweichung ten, wie sie zuvor beschrieben wurde, ist eine wiederder Bereiche 10 und 26 (F i g. 2), der Lippe L und die holte Zuleitung von Energie zu den Seitenwänden 41 Amplitude am Wandler 80 erhöhen sich demzufolge erforderlich, ohne daß die Stärke dieser Kraft eic fortschreitend bis zu dem Punkt, an dem die Rück- 50 Überschreiten der elastischen Grenzen des Werkkopplungsschleifenverstärkung zu fallen beginnt Das Stoffs bedingt. Die Energiezuleitung bei jeder Schwin-Ergebnis ist eine Reihe von Impulsen, die von der gung ist vorzugsweise gering, nicht nur, um den Lei-Elektrode 70 geliefert, die gewünschte Schwingung stungsaufwand des Geräts zu verringern, sondern under Glocke B in Eigenfrequenz anfachen. Beim Er- auch das Signal gegenüber Störsignalen groß zi regen dieser radialen Schwingungen liefert die Elek- 35 machen, so daß die erforderliche Kraft zum Unter trode 70 aufeinanderfolgend gleichgerichtete Impulse drücken der Einwirkung elektronischer Gerauscht 120 (F i g. 5). Die radialen Bewegungen der Be- und Fluchtfehler des Schwingungserzeugers und dei reiche 10 und 26 der Lippe L erfolgen nach der WeI- Wandler geringer werden. Diese Einflüsse könnet lenform 122. Mit anderen Worten wird zunächst eine sonst als eingangsbedingte Signale angesprochen wer anziehende Kraft auf den Bereich 10 der Lippe aus- 60 den. Es ist daher erwünscht, den Werkstoff mit einen geübt, wenn sich diese in dem Punkt 14 befindet Die maximalen Wert Q auszuwählen. Der Wert Q ist da Anziehungskraft endet, wenn der Bereich 10 durch Verhältnis der in dem schwingenden System enthal die spannungsfreie Mittellage geht und geht dann in tenen Energie zu der während einer Schwingung ver die andere Endlage 12 über, wo die weitere An- brauchten Energie. Werkstoffe, die einen günstigei ziehungskraft durch die nächste Halbwelle des Gleich- 65 Q-Wert haben und Elastizitätsgrenzen und Elastizi richters98 abgesperrt ist. Die Lippe L bewegt sich tätsmoduli geeigneter Größe aufweisen und dabe dann durch die mechanische Federwirkung zu dem leicht bearbeitbar sind, sind Aluminiumlegierungei Punkt 14 zurück. wie beispielsweise 2024-T4, das im wesentlichen au

93,4 °/o Aluminium, 4,5 °/o Kupfer, 1,5 ⁰Zo Magnesium sich Schwingungsbäuche und Knoten längs des

und 0,6 °/o Mangan besteht. Auch Silizium-Alu- Umfangs mit Winkelabstand voneinander, der

miniumbronze oder Verbindungen mit 96°/o Kupfer, 180 „, . , , · _,· ~ ,,.-,,·

3«/o Silizium, lo/oMangan oder 91 Vo Kupfer, 7 "/o -—Grade entspricht, wobein die Zahl der schwm-

Aluminium und 2% Silizium sind geeignete Werk- 5 gungsbäuche oder Knoten über 180° ist. stoffe. Bei allen Ausführungsformen des Geräts nach der Die Glocke B ist vorzugsweise aus 2024-T6 Alu- Erfindung ist es erwünscht, den Schwingungskörper minium hergestellt, das einen Elastizitätsmodul von so auszubilden, daß er eine verhältnismäßig kleine 0,742· 10« kg/cm² und einen Wert Q von 3000 in Energiezufuhr je Schwingung der aufgedrückten Luft, 3100 in Helium und bis zu 12000 in einem Va- io Schwingung in bezug zur aufgenommenen Energie erkuum von 10~² Torr aufweist. Die Glocke ist auf eine hält. Dies hat den Vorteil, den geringsten Energie-Eigenfrequenz von 1600Hz mit einer Genauigkeit verbrauch zu erhalten. Ferner ist es erwünscht, die von 0,03 Hz oder weniger längs der Achse X-X und Amplitude der Schwingungen über kurze Zeitläufe im der zu dieser um 45° versetzten Achse des Wand- wesentlichen konstant zu halten, wenn der Einfluß lers R abgestimmt. Bei dem Gerät nach F i g. 3 be- 15 der Drehbewegung der Plattform gemessen werden steht die Seitenwand 46 aus einem zylindrischen soll. Auf Grund dieser Überlegungen ist es erwünscht, Randteil 48 und einem anschließenden kugelförmigen eine Schwingung mit hohem Gütefaktor Q zu erhalten Teil47 mit einem mittleren Radiusa von 25,4mm. und die damit bedingten langen Abklingzeiten. Die Die Dicke der Seitenwände 46 ändert sich von dem wesentlichen Einflüsse, die das Verhältnis Q der aufBereich 47 bis zum Wert Zi₀ im mittleren Bereich 44 ao genommenen Energie zur je Schwingung zugeleiteten entsprechend der Formel Energie bestimmen, sind die Gestalt des Schwingungskörpers der Elastizitätsmodul des Werkstoffs des

A= — (1 + cos Θ)² Schwingungskörpers, die Dichte des Werkstoffs des

4 Schwingungskörpers und der Verlustbeiwert des

»5 Werkstoffs bei der Ausbiegung. Bei Verwendung

worin Θ der sphärische Winkel von der Polarachse eines Schwingungskörpers in Form einer Glocke erdurch den Mittelpunkt 44 ist. Diese Ausbildung der höht sich zweckmäßig deren Dicke von der Lippe zur Dicke der Wandung der Glocke B ergibt eine gleich- Achse der Glocke, um eine im wesentlichen gleichmäßige Spitzenbelastung an allen Stellen. Der Rand mäßige Biegespannung über die gesamte Oberfläche

,„, , . , ^ . _.. , h_B . A,,-_(;-.\,„,„„. 3° der Glocke zu erhalten. Der Elastizitätsmodul des

48 hat eme konstante Dicke von ₄, im Ausfuhrungs- _{Werkstoffs der G},_{ocke solUe möglichst groß sein> so}

beispiel etwa 0,635 mm, und eine axiale Länge in daß eine Schwingung großer Amplitude innerhalb Richtung der Achse Z-Z von etwa 6,35 mm. Diese der elastischen Grenzen des Werkstoffs bei geringsten Ausbildung erhöht das Moment der Lippe L, um eine Energieverlusten möglich wird. Die Dichte des Werk-■.rhöhte Abweichung zu erzielen, wenn die obener- 35 stoffes der Glocke bestimmt die gespeicherte Energie «ahnten Colioliskräfte auf den Rand einwirken. und die Frequenz und das Moment der Schwingungen

Die Wandler 76 und 80 und der Schwingungserzeu- und sollte ebenfalls so groß wie möglich gemacht 2cr70 gemäß Fig. 4 haben beispielsweise einen werden. Auch die Energieverluste des Materials wäh-Ourchmesser von 2,032 mm, und die Wandlerelektra- rend der Schwingung bestimmen den Energieverlust den haben einen Abstand von 0,0254 mm in radialer 40 je Schwingung und sollten möglichst klein gehalten «ichiung von der Lippe L, wenn diese schwingungs- werden. Wie bereits erwähnt, sind Aluminiumlegie-•rei ist. Das Signal des Verstärkers 94 beträgt rungen 2024-T4 für die Erreichung dieser Eigenschaf 223OVoIt zwischen Null und dem Höchstwert und ten besonders geeignet, obwohl auch andere Werkuie Signale der Wandler 76 und 80 haben eine Emp- stoffe derartige Bedingungen erfüllen können, 'indlichkeit von 230 Millivolt je 0,00254 mm Ab- 45 Im Ausführungsbeispiel ist der Schwingungskörper 'enkung. Bei dem Gerät nach Fig. 4 sind die gemes- als Glocke beschrieben, jedoch können abgewandelte senen Ausgänge der zu ermittelnden Drehbewegung napfähnliche Formen verwendet werden in Form von linear bis zu Werten von 25° je Sekunde. Schiffs- oder Kirchenglocken, ferner können auch

Die Knotenbereiche 16, 24, 32 und 40 und die Doppelformen verwendet werden, um eine kugelähn-Schwingungsbäuche 12, 20, 28 und 38 können axial 50 liehe Gestalt zu erhalten. Jedoch ist bei allen Formen nach unten an der Glocke B bis in den Mittelbereich ein nachgiebiger Ringbereich notwendig, der ir 44 reichen, wo sie sich schneiden und die sich er- radiale Schwingungen versetzt werden kann und eine gebenden Bewegungen sowohl in radialer als auch in stehende Welle mit Schwingungsbäuchen und Knoten tangentialer Richtung im wesentlichen Null werden. punkten ermöglicht. In der vorstehenden Beschrei Der Hals S stört nicht die Erregung der Schwingun- 55 bung sind nur die ausschlaggebenden Schwingungei gen, und die von der Umgebung über den Hals 5 zur erwähnt Tatsächlich unterliegt die Lippe L de Glocke B gelangenden Schwingungen aus der Urnge- Glocke komplexen Schwingungen einschließlich de bung werden von den Wandlern nicht erfaßt Das radialen und in Umfangsrichtung liegenden Schwin wichtigste konstruktive Merkmal der Glocke B be- gung, die alle in irgendeiner Weise miteinander vei steht darin, daß sie symmetrisch zur senkrechten 60 bunden sind und gemessen werden können. Für de Achse Z-Z ausgebildet ist und im Bereich dieser praktischen Einsatz sind jedoch die in der Bi Achse mit ihrer Mitte abgestützt ist Diese Symme- Schreibung erwähnten radialen Schwingungen die wi trie kann mit leichtem Aufwand durch normale Be- sentlichen. arbeitung erreicht werden. Schließlich können unterschiedlichste hohle od

Das System kann mit höheren Frequenzen erregt 65 auch massive Schwmgungskörper an Stelle der H werden, um eine größere Anzahl von Schwingungs- schnebenen glockenförmigen Schwingungskörpcr ve bauchen und Knoten zu erreichen, beispielsweise 6 wendet werden, solange sie radiale Schwingungen oder sogar H an Stelle von 4 bei π = 2. Hierbei bilden einer Achse ausüben können und hierbei stehen

entstehen, so daß bei Drehen um die Achse Schwingungen in den Knotenpunktbereichen i. Es können somit auch hohle, ja sogar kugel-Schwingungskörper verwendet werden. Wei- :önnen die Schwingungen auch durch Druck :herwirkung ausgelöst werden, so daß auch

starre Schwingungskörper wie Scheiben, achtseitige Kristalle und Scheiben unregelmäßigen Umfanges, die massenausgeglichen sind, verwendet werden können, solange diese Schwingungskörper radiale Schwingungen der beschriebenen Art auszuführen imstande sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1

   Patentansprüche: bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem

   Schwingungserzeuger (E) dem Schwingungsäkör-

   Vorrichtung zum Messen der Drehbewegung per (B) erteilten Schwingungen mit einer im wenm eine bestimmte Achse mit einer um die Achse 3 sentlichen der Eigenschwingungsfrequenz des drehbaren Plattform, die einen Schwingungskör- Schwingungskörpers entsprechenden Frequenz erper hohen Gütefaktors Q mit einem zur Achse zeugt werden.

   konzentrischen Umfang trägt, einem Schwin- 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 gungserzeuger, der in dem Umfang des Schwin- bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler gungskörpers radial zur Drehachse gerichtete io (R) mit einer Einrichtung (106) verbunden ist, die Schwingungen erzeugt, und einem Wandler, da- das von dem Wandler gelieferte Signal in ein die durch gekennzeichnet, daß der Schwin- Drehzahl der Plattform (P) um die bestimmte gungserzeuger (£) in dem Umfang des Schwin- Achse (Z-Z) anzeigendes Signal umwandelt, gungskörpers (B) solche radiale Schwingungen erzeugt, die bei stillstehender Plattform einen 13
   Schwingungsknoten enthalten und der Wandler