DE2136230A1

DE2136230A1 - Vorrichtung zur Überwachung der Be wegung eines Kreisels

Info

Publication number: DE2136230A1
Application number: DE19712136230
Authority: DE
Inventors: John Russell Sittingbourne Brotton James Chatham Kent Catford (Groß bntannien)
Original assignee: Elliott Brothers London Ltd
Current assignee: Allard Way Holdings Ltd
Priority date: 1970-07-21
Filing date: 1971-07-20
Publication date: 1972-02-03
Also published as: US3732739A; GB1308205A; FR2103140A5

Description

6 Franktat α. Μ. 1

Parksiraße 13

6754

ELLIOTT BROTHERS (LONDON) LIMITED, Lewisham, London, England

Vorrichtung zur Überwachung der Bewegung eines Kreisels

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Überwachung der Bewegung, insbesondere der Drehung eines Kreisels.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Drehung eines Kreisels dadurch zu überwachen, daß ein Magnet an einem Kreiselrotor und ein Abtastkopf an einem Rahmen befestigt werden, so daß Impulse in dem Abtastkopf entstehen, wenn sich der Rotor dreht. Es läßt sich dabei auch die Richtung der Drehung dadurch feststellen, daß Änderungen in der Ausgangskurve des Abtastkopfes festgestellt werden, und es lassen sich ferner Präzessionen des Rotors dadurch erkennen, daß man die Änderungen der Amplitude des Ausgangssignals an dem Abtastkopf beobachtet. Es ergeben sich jedoch verschiedene praktische Schwierigkeiten, wenn man diese Technik anwendet, und es ist deshalb Aufgabe der Erfindung eine neue Vorrichtung zur Überwachung der Bewegung eines Kreisels, insbesondere zur Überwachung seiner Drehung vorzusehen.

109886/1260

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Rotor ein optisch codiertes Band aufweist und daß das Band von einer Abtastvorrichtung abgetastet v/ird, deren Ausgangssignal zur Bestimmung des Zustands des Kreisels/verarbeitet wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung zur Überwachung der Bewegung eines Kreisels ist dadurch gekennzeichnet, daß das codierte Band als ein um den Rotor herumgeführtes Band ausgebildet ist, welches mindestens einen lichtreflektierenden Abschnitt und mindestens einen im wesentlichen nichtreflektierenden Abschnitt aufweist, und daß die Abtastvorrichtung eine lichtempfindliche Vorrichtung aufweist, die das von dem codierten Band reflektierte Licht aufnimmt.

Eine noch weiterreichende Ausbildung der erfindungsgemäßen Anordnung ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtung eine Lichtquelle aufweist, die durch ein den Lichtstrahl parallel bündelndes Röhrchen auf das codierte Band strahlt,daß zwei parallele Schlitze vorgesehen sind, von denen der eine an der Rotorachse befestigt ist und der andere feststehend ist und die normalerweise zueinander ausgerichtet sind, und daß die lichtempfindliche Vorrichtung mit den Schlitzen ausgerichtet ist. Bei normalem Betrieb fällt Licht von der Lichtquelle durch das den parallelen Lichtstrahl bildende Röhrchen, es wird dann von dem codierten Band reflektiert und geht durch die beiden ausgerichteten Schlitze hindurch zu der lichtempfindlichen Vorrichtung. Eine Präzession des Rotors um mehr als einen kleinen Betrag bewegt den auf der Rotorachse befestigten Schlitz so, daß er mit dem festen· Schlitz nicht mehr ausgerichtet ist_/und als Ausgangssignal der lichtempfindlichen Vorrichtung ergibt sich damit ein stetiger "Dunkel"-Wert. Die Codierung des Bandes kann zweckmäßigerweise so ausgeführt sein, daß die Codierung auf dem Band so ausgewählt ist, daß das Aus-

109886/1260

gangssighal der Abtastvorrichtung, wenn sich der Rotor in der üblichen Richtung dreht, einen langen Impuls aufweist, dem ein kurzer Impuls folgt, und daß der Abstand zwischen jedem kurzen Impuls und dem nachfolgenden langen Impuls kürzer ist, als der Abstand zwischen jedem langen Impuls und dem nachfolgenden kurzen Impuls.

Diese Ausgangsspannungskurve kann dadurch aufbereitet werden, daß von den Vorderflanken der Impulse des Ausgangssignals der Abtastvorrichtung schmale Impulse abgeleitet werden und daß ferner von dem Ausgangssignal der Abtastvorrichtung eine Kondensator-Integrierschaltung gespeist wird, deren Ausgangssignal die schmalen Impulse in einer Torschaltung steuert.

Der Ausdruck "Licht" in der vorliegenden Beschreibung soll sich auf irgendeine elektromagnetische Strahlung beziehen, die von einer Oberfläche reflektiert werden kann, und die nicht auf das sichtbare Licht beschränkt ist.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte perspektivische Ansicht eines Kreisels,

Fig. 2 ein Schaltbild der Vorrichtung·gemäß der Erfindung und

Fig. 3 ein Diagramm verschiedener Kurven, die bei der Schaltung nach Fig. 2 auftreten.

109886/1260

Gemäß Fig. 1 ist ein Rotor 10 frei'auf einer Achse 11 drehbar, die an einem rechteckförmigen Rahmen 12 befestigt ist. Der Rahmen 12 ist ah einer Welle 13 befestigt, die in Stützen 14 gelagert ist. Der Rotor wird von einem Elektromotor (nicht dargestellt) angetrieben,und die Welle 13 trägt eine Vorrichtung (nicht dargestellt), durch die die Präzession des Rotors abgetastet und gesteuert wird.

Auf dem Rotor 10 ist ein Band 15 vorgesehen, welches über fast seine gesamte Länge reflektiert, welches jedoch zwei . mattierte Abschnitte, so wie es dargestellt ist, aufweist, welche nicht reflektieren. Es ist eine Abtastvorrichtung 16 vorgesehen, die das codierte Band 15 mit Hilfe eines Schlitzes (in Fig. 1 nicht sichtbar), der an der Rotorachse befestigt ist und der beispielsweise mit einer Vorrichtung, die schematisch als ein Arm 17 dargestellt ist, an der Achse 11 befestigt ist, abtastet. Die nichtreflektierenden Abschnitte erstrecken sich über 90° und 10 , und sie sind durch einen reflektierenden Abschnitt, der sich über 45° erstreckt, getrennt; normalerweise dreht sich der Rotor so, daß sich der längere (90°) nicht reflektierende Abschnitt zuerst an der Abtastvorrichtung vorbeibewegt, daß sich dann

^ der reflektierende 45°-Abschnitt, dann der kürzere (10°) nicht reflektierende Abschnitt und schließlich der verbleibende lange reflektierende Abschnitt (215°) vorbeibewegt.

Nach Fig. 2 enthält die Abtastvorrichtung 16, die im Schnitt dargestellt ist, eine Lichtquelle 20 mit ihrem Gehäuse 21 und eine lichtempfindliche Vorrichtung 25 mit ihrem Gehäuse 26. Die Lichtquelle 20 kann eine lichtemittierende GaI-liumarseniddiode sein. Das Lampengehäuse 21 weist eine Bohrung 22 mit einem Durchmesser von 0,8 mm auf, -öä4-durch welche ein paralleler Lichtstrahl gebildet wird, welcher auf das codierte Band 15 auftrifft. Der Arm 17 trägt eine Verschlußblende 23 mit einem Schlitz 24, der eine Breite von 0,1 mm aufweist. Das von dem codierten Band 15 reflektierte

109886/1260

Licht wird deshalb durch diesen Schlitz auf einen sehr schmalen Strahl begrenzt. Das Gehäuse 26 der lichtempfindlichen Vorrichtung weist einen.Schlitz 27 auf, der eine Breite von 0,1 mm hat, und der parallel zu dem Schlitz verläuft, so.daß ein Strahl, der von dem Lichtstrahl 24 ausgeht, durch den Schlitz 27 zu der lichtempfindlichen Vorrichtung 25 nur dann hingelangt, wenn die Schlitze ausgerichtet sind. Eine Präzession des Rotors um mehr als einen kleinen Betrag, beispielsweise um mehr als 0,5°, führt dazu, daß die Schlitze nicht mehr ausgerichtet sind und daß kein Licht mehr zu der lichtempfindlichen Vorrichtung gelangt .

Die Ausgangssignale der lichtempfindlichen Vorrichtung werden einer Schaltung zugeführt, in der bei normalem Betrieb die Kurven nach Fig. 3 an entsprechenden Bezugsstellen erscheinen. Die lichtempfindliche Vorrichtung 25 speist einen sättigenden Verstärker 30, der einen Inverter 31 speist, welcher einen Transistor VT3 enthält. Die Ausgangsspannung V₁ des Inverters 31 enthält einen langen Impuls, der dem nichtreflektierenden 90°-Abschnitt des codierten Bands 15 entspricht, dem sofort ein kurzer Impuls folgt, der dem nichtreflektierenden 1O°-Abschnitt entspricht, wobei diese Impulse bei jeder Drehung des Rotors auftreten. Diese Ausgangsspannungssignale werden einer Pulsformerschaltung 32 zugeführt, die eine Differenzierschaltung aus einem Kondensator C1 und einem Widerstand R1 und einen Transistor VT7 enthält. Die Differenzierschaltung erzeugt Impulse an den Flanken der Ausgangsspannung V₁/und der Transistor VT7 invertiert und quadriert die positiven Impulse, die den Vorderflanken der Impulse der Ausgangsspannung V₁ entsprechen, so daß eine Ausgangsspannung ¹V^ entsteht. Die Breite der Impulse dieser Ausgangsspannung ist durch die V/erte von C1 und R1 bestimmt.

1 09886/ 1260

Die AusgangsSpannung V^ wird auch einer Integrierschaltung 33 zugeführt, in der ein Kondensator C2 über eine Dioaenschaltung (D1 und Widerstand R2) geladen und über einen Widerstand R3 entladen wird. Die Ausgangsspannung V₂ dieser Schaltung 33 steigt deshalb stetig von Null während, des langen Impulses der Ausgangsspannung V. an und fällt dann wieder allmählich auf Null ab, wobei noch einmal ein geringer Anstieg während des kurzen Impulses erfolgt. Diese Ausgangsspannung Vp wird einer Quadrierschaltung 34 zugeführt, die bei einem Spannungswert VO betätigt wird, der W in der Ausgangs Spannungskurve V₂ dargestellt ist. Der Span nungswert VO wird durch die Transistoren VT5 und VT6 zusammen definiert. Der Transistor VT5 wirkt als eine Spannungsfolge-Pufferschaltung, und der Transistor VT6 quadriert und invertiert die Ausgangsspannung des Transistors VTp, wodurch die Ausgangs spannung V-, gebildet wird.

Die Ausgangsspannungen V-* und V» der Schaltungen 32 und 34 werden in einer Torschaltung 35 mit Hilfe von Widerständen R4 und R5 kombiniert. Der Transistor VT8 überträgt (und invertiert) die Impulse der Pulsformerschaltung 32, wenn die Ausgangs spannung V, Null ist. Damit sind die Impulse der Ausgangs Spannung V· , die den Vorderflanken der langen Impulse der Ausgangs spannung V₁ entsprechen, blockiert, hingegen werden die Impulse, die den Vorderflanken der kurzen Impulse der Aus gangs spannung V^ entsprechen, durchgelassen, so daß ein Ausgangssignal V- auf einer Ausgangsleitung 36 entsteht.

Wenn sich der Rotor in entgegengesetzter (falscher) Richtung dreht, dann liegen die kurzen Impulse der Ausgangsspannung V₁ vor.den langen Impulsen und folgen diesen nicht. Die Spannung an dem Kondensator C2 wird deshalb zu Beginn der kurzen Impulse der Ausgangsspannung V^ im wesentlichen Null sein, und sie wird auch zu Beginn der langen Impulse noch nicht auf einen beträchtlichen Wert angewachsen sein.

109886/1260 BAD ORIGINAL

Banit wird sich die Ausgangsspannung V, zu Beginn beider Impulse der Ausgangsspannung V^ auf einem positiven Wert befinden,und es werden deshalb keine Impulse von der Pulsformerschaltung 32 über die Torschaltung 35 übertragen.

Die richtige Arbeitsweise wird damit durch eine Reihe von positiven Impulsen einer bestimmten Frequenz auf der Ausgangsleitung 36 angezeigt. Wenn sich der Rotor in der falschen Richtung dreht, oder sich nicht dreht oder sich um nEhr alsi 0,5° gegenüber seiner richtigen Stellung bewegt, dann verschwindet die Impulsreihe.

109886/1260

Claims

Patentansprüche

Mj Vorrichtung zur Überwachung der Bewegung eines Kreisels, dadurch gekennzeichnet, daß-der Rotor (10) ein optisch codiertes Band (15) aufweist und daß das Band von einer Abtastvorrichtung (16) abgetastet wird, deren Ausgangssignal zur Bestimmung des Zustands des Kreisels bearbeitet wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

" dadurch gekennzeichnet, daß das codierte Band (15) als ein um den Rotor (10) herumgeführtes Band ausgebildet ist, welches mindestens einen lichtreflektierenden Abschnitt und mindestens einen im we- · sentlichen nichtreflektierenden Abschnitt aufweist, und daß die Abtastvorrichtung (16) eine lichtempfindliche Vorrichtung (25) aufweist, die das von dem codierten Band (15) reflektierte Licht aufnimmt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtung (16) eine Lichtquelle (20) aufweist, die durch ein den Lichtstrahl parallel bündelndes Röhrchen (21,22) auf das codierte Band (15) strahlt, daß zwei" parallele" Schlitze (24,27) vorgesehen sind, von denen der eine an der Rotorachse (11) befestigt ist und der andere feststehend ist und die normalerv/eise zueinander ausgerichtet sind, und daß die lichtempfindliche Vorrichtung (25) mit den Schlitzen (24,27) ausgerichtet ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Codierung auf dem Band (15) so ausgewählt ist, daß das Ausgangssignal der Abtastvorrichtung (16), wenn sich der Rotor in der üblichen Richtung dreht, einen langen Impuls aufweist, welchem ein kurzer Impuls folgt, und

1098 86/1260

daß der Abstand zwischen jedem kurzen Impuls und dem nachfolgenden langen Impuls kürzer ist, als der Abstand zwischen jedem langen Impuls und dem nachfolgenden kurzen Impuls.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4 in Abhängigkeit von Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die langen und kurzen Impulse langen und kurzen nichtreflektierenden Abschnitten des codierten Bands (15) entsprechen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung der Abtastvorrichtung (16) dadurch aufbereitet wird, daß aus den Vorderflanken ihrer Impulse schmale Impulse gebildet werden und daß ferner ein Kondensator (C2) einer Integrierschaltung (33) gespeist wird, deren Ausgangsspannung die schmalen Impulse in eine^Torschaltung (35) steuert.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die aufbereitete Spannung (V-) eine Reihe von schmalen Impulsen aufweist, die von den Vorderflanken der kürzeren Impulse abgeleitet werden, wenn sich der Rotor (10) in seiner üblichen Richtung dreht, daß jedoch alle schmalen Impulse dann blockiert werden, wenn sich der Rotor (10) in entgegengesetzter Richtung dreht..
8. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung der Abtastvorrichtung (16) durch eine besondere Schaltung (Fig. 2 und 3) aufbereitet wird.

109886/1260