DE2148696A1 - OPTICAL DEVICE FOR GENERATING AN ELECTRICAL SIGNAL DEPENDING ON THE IMMERSION DEPTH OF A MOVABLE COMPONENT IN A MEASURING LIGHT BEAM - Google Patents
OPTICAL DEVICE FOR GENERATING AN ELECTRICAL SIGNAL DEPENDING ON THE IMMERSION DEPTH OF A MOVABLE COMPONENT IN A MEASURING LIGHT BEAMInfo
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Description
Optische Einrichtung zum Erzeugen eines von der Eintauchtiefe eines beweglichen Bauteiles in ein tIeßlichtbündel abhängigen elektrischen Signales Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Einrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Signales, das von der intauchtiefe eines Bauteiles in ein relativ zu diesem bewegliches Meßlichtbündel abhängt, insbesondere eines elektrischen Signales, das eine Funktion der Lage eines trassengebundenen Schwebefahrzeuges bezüglich eines in Fahrtichtung verlaufenden Trassenelementes ist, mit einer Lichtquelle, die das eßlichtbündel und ein Referenzbündel erzeugt, einem vom Meßbündel zu einer ersten photoelektrischen Einrichtung durchlaufenen Meßstrahlengang, in den das Meßlichtbündel durch eine Relativbewegung des Bauteiles beeinflußbar ist, einen vom Referenzbündel zu einer photoelektrischen Einrichtung durchlaufenen Referenzstrahlengang, der durch die Relativbewegungen des Bauteiles nicht beeinflußt wird, und einer an die beiden photoelektrischen Einrichtungen angeschlossenen Vergleichsschaltung, die das elektrische Signal liefert. Optical device for generating one of the immersion depth of a moving component into a light beam dependent electrical signal The present invention relates to an optical device for generating an electrical Signal that moves from the immersion depth of a component to a component that is movable relative to it Measuring light beam depends, in particular on an electrical signal that has a function the position of a track-bound suspension vehicle with respect to one in the direction of travel running route element is, with a light source that the Eßlichtbündel and generates a reference beam, one from the measuring beam to a first photoelectric Device traversed measuring beam path, in which the measuring light beam through a Relative movement of the component can be influenced, one from the reference bundle to one photoelectric device traversed reference beam path, which is through the Relative movements of the component is not affected, and one to the two photoelectric Devices connected comparison circuit, which supplies the electrical signal.
Es ist bereits eine optische Einrichtung in der obengenannten Art zur Überwachung der Lage aner laufenden Stoffbahn bekannt, bei der der auf den Rand der Stoffbahn fallende und von ihr reflektierte Teil des Meßbündels sowie der von der Stoffbahn reflektierte Teil des voll auf diese fallenden Referenzbundels verglichen und zum Erzeugen des von der Lage der Kante der Stoffbahn abhängigen elektrischen Signales herangezogen werden. Das Referenzbündel dient hier in erster Linie dazu, Einflüsse durch nderungen der Reflektionseigenschaften der Stoffbahn zu kompensieren.It is already an optical device of the type mentioned above for monitoring the position of aner running web of material known in the case of the on the edge the panel falling and from it reflected part of the measuring beam as well as the part of the reference bundle that is fully reflected by the length of material compared and to generate the dependent on the position of the edge of the fabric web electrical signal can be used. The reference bundle serves here primarily Line to this, influences due to changes in the reflective properties of the fabric to compensate.
Wefln eine sehr genaue und störungssichere Lagemessung geforder wird, wie es z.B. für die Regelung der Lage eines magi netisch in der-Schwebe gehaltenen trässengebundenen Hochgeschwindigkeitsfahrzeuges der Fall ist, kann bei der bekannten Einrichtung das Übersprechen zwischen Meßkanal und Referenzkanal stören. Es besteht nämlich die Möglichkeit, daß diffus reflektiertes oder gestreutes Licht vom Referenzbündel von der photoelektrischen Einrichtung des Meßkanals wahrgenommen wird und umgekehrt, wenn die räumlichen Verhältnisse keine dicht schließenden Lichtabschirmungen zulassen.If a very precise and fail-safe position measurement is required, as is the case, for example, for regulating the position of a magnetically suspended line-bound high-speed vehicle is the case, can with the known Disrupt the crosstalk between the measuring channel and the reference channel. It exists namely the possibility that diffusely reflected or scattered light from the reference beam is perceived by the photoelectric device of the measuring channel and vice versa, if the spatial conditions do not allow tightly fitting light shields.
Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, die Gefahr einer störenden wechselseitigen Beeinflussung zwischen Meßlichtbündel und Referenzlichtbündel auszuschalten.The present invention is accordingly based on the object the risk of a disturbing mutual influence between measuring light bundles and turn off the reference light beam.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer optischen Einrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß im Wege des Meßlichtbündels vor und hinter dem Meßstrahlengang, in den das Bauteil eintaucht, jeweils eine farbselektive Einrichtung vorgesehen ist, die die Frequenzen des Meßlichtes auf einen vorgegebenen ersten Spektralbereich begrenzt und daß im Weg des Referenzlichtbündels vor und hinter dem Referenzstrahlengang jeweils eine andere farbselektive Einrichtung vorgesehen ist, die den Frequenzbereich des Referenzlichtes auf einen vorgegebenen, vom ersten Spektralbereich verschiedenen dem ersten Spektralbereich benachbarten zwei ten spektralbereich begrenzt.According to the invention, this object is achieved in an optical device of the aforementioned type solved in that by way of the measuring light beam before and behind the measuring beam path in which the component is immersed, one color-selective each Device is provided that the frequencies of the measuring light to a predetermined limited first spectral range and that in the path of the reference light beam before and a different color-selective device is provided behind the reference beam path is that the frequency range of the reference light to a predetermined, from the first Spectral range different second spectral range adjacent to the first spectral range limited.
Durch diese Maßnahme werden wechselseitige Beeinflussungen des Meß- und Referenzstrahlenganges mit Sicherheit ausgeschaltet.Through this measure, mutual influences on the measurement and reference beam path switched off with certainty.
Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Further developments and refinements of the invention are set out in the subclaims marked.
Der Erfindungsgedanke wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert, das in der einzigen Figur der Zeichnung schematisch dargestellt ist.The concept of the invention is illustrated below with the aid of an exemplary embodiment explained in more detail, which is shown schematically in the single figure of the drawing is.
Die in der Zeichnung aus Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellte optische Einrichtung enthält eine als Ganzes mit 10 bezeichnete Lichtquelle, die ein Meßlichtbündel 12 und ein Referenzlichtbündel 14 liefert. Die Lichtquelle enthält eine Lumineszenzdiode 16 oder irgendeine andere lichterzeugende Einrichtung, die vorzugsweise Wechsellicht zu erzeugen gestattet. - Zu diesen Zweck ist die Lumineszenzdiode 16 mit einer Wechselspannungsquelle 18 verbunden, die eine Spannung mit einer bequem verstErkbaren Frequenz liefert.The illustrated in the drawing from the embodiment of the invention optical device contains a light source designated as a whole by 10, which a measuring light beam 12 and a reference light beam 14 supplies. The light source contains a light emitting diode 16 or any other light generating device which preferably allowed to generate alternating light. - The light emitting diode is used for this purpose 16 connected to an AC voltage source 18, which has a voltage with a convenient amplifiable frequency supplies.
Das von der Lumineszenzdiode 16 ausgehende Licht wird durch eine Kollimatorlinse 20 in ein paralleles Lichtbündel umgeformt- und durch einen Bündelteiler 22 üblicher Bauart, der einen teildurchlässigen Spiegel 22a und einen voll reflektierenden Spiegel 22b enthält, in zwei parallele Lichtbündel aufgeteilt, von denen das eine als Meßbündel 12 und das andere als Referenzbündel 14 verwendet wird. Das Meßlichtbündel 12 wird durch eine Linse 24 auf das Eingangsende eines Lichtleiters 26 üblicher Bauart , z.B. Glasfaserlichtleiters oder selbstfokussierenden Lichtleitstabes fokussiert, der'das Licht zu einer im Ganzen mit 28 bezeichneten Meßstelle leitet.The light emanating from the light emitting diode 16 is passed through a collimator lens 20 reshaped into a parallel light beam and more usual by means of a beam splitter 22 Type, which has a partially transparent mirror 22a and a fully reflective mirror 22b contains, divided into two parallel light bundles, one of which is a measuring bundle 12 and the other is used as a reference beam 14. The measuring light beam 12 is through a lens 24 onto the input end of a light guide 26 of conventional design, e.g. focussed fiber optic light guide or self-focusing light guide rod, der'das light to a measuring point designated as a whole by 28.
In entsprechender Weise wird das Referenz lichtbündel durch eine Linse 30 in das Eingangsende eines Lichtleiters 32 fokussiert, der ebenfalls zur Meßstelle 28 führt.In a corresponding manner, the reference light beam is passed through a lens 30 into the input end of a light guide 32 focused, that too leads to measuring point 28.
In der Meßstelle wird das aus den Lichtleitern 26 und 32 divergent austretende Licht durch Linsen 34, 36 in parallele Lichtbündel relativ grossen Querschnitts umgeformt, die nach Durchlaufen von Blenden 38, 40 in einen Meßstrahlengang 42 bzw. einen Referenzstrahlengang 44 eintreten. In den Meßstrahlengang 42 taucht ein relativ zu diesem Strahlengang bewegliches Bauteil 46 ein, bei dem es sich z.B. um ein in Fahrt richtung verlaufendes Element der Trasse eines trassengebundenen Hochgeschwindigkeitstransportsystenes handeln kann, also z.B. um eine Magnetankerschiene, ein Linearmotor-Sekundärteil usw. Der Strahlengang 44 des Referenzlichtes wird durch das Bauteil 46 nicht beeinflusst, er befindet sich jedoch so nahe beim Meßstrahlengang 42, daß der durch Umgebungseinflüsse wie Nebel, Staub usw. in der gleichen Weise beeinflusst wird wie der Meßstrahlengang.In the measuring point, the light guides 26 and 32 become divergent exiting light through lenses 34, 36 in parallel light bundles of relatively large cross-section formed, which after passing through apertures 38, 40 in a measuring beam path 42 or a reference beam path 44 enter. A relative dips into the measuring beam path 42 a component 46 which is movable to this beam path and which is, for example, an in Element of the route of a route-bound high-speed transport system running in the direction of travel can be, e.g. a magnet armature rail, a linear motor secondary part etc. The beam path 44 of the reference light is not influenced by the component 46, however, it is so close to the measuring beam path 42 that it is affected by environmental influences how fog, dust etc. is influenced in the same way as the measuring beam path.
Nachdem das Meßlicht und das Referenzlicht die zugehörigen Strahlengänge und weitere Blenden 38a, 40a durchlaufen haben, werden sie durch weitere Linsen 48 bzw. 50 in die Eingangsenden zweier weiterer Lichtleiter 52 bzw. 54 fokussiert, die das Meß- und Referenzlicht zu einer Empfangseinheit 56 leiten.After the measuring light and the reference light the associated beam paths and have passed through further diaphragms 38a, 40a, they are passed through further lenses 48 or 50 focused into the input ends of two further light guides 52 and 54, respectively, which guide the measurement and reference light to a receiving unit 56.
Die öffnungen der Blenden, insbesondere der Blenden 38 und/oder 38a im Wege des Meßlichtes können ein in Richtung der Relativbewegung ungleichmässige Breite haben, also z.B. keilförmig sein, um einen gewünschten Verlauf der Abhängigkeit der Signalamplitude von der Bewegungsamplitude zu erreichen.The openings of the diaphragms, in particular the diaphragms 38 and / or 38a in the way of the measuring light, a non-uniform movement in the direction of the relative movement can occur Have width, e.g. be wedge-shaped, around a desired course of the dependency to achieve the signal amplitude from the movement amplitude.
In, der Empfangseinheit 56 werden das Meßlicht und das Referenzlicht nach Austreten aus den zugehörigen Lichtleitern durch Linsen 58 bzw. 60 in parallele Bündel umgeformt und durch weitere Linsen 62 bzw. 64 in photoelektrische Einrichtungen 66 bzw. 68 fokussiert, bei denen es sich z.B. um Photodioden, Photozellen u.dgl. handeln -kann. Die von den photoelektrischen Einrichtungen 66 und 68 erzeugten elektrischen Signale werden in Schaltungsanordnungen 70 bzw. 72, die jeweils einen Wechselspannungsverstärker und eine Gleichrichterschaltung enthalten können, verstärkt und gleichgerichtet und die gleichgerichteten Signale werden einer Quotientenschaltung 74 zugeführt, die ein dem Verhältnis von Meßsignal zu Referenzsignal entsprechendes elektrisches Ausgangssignal auf einer Leitung 76 liefert, das das gewünschte lageabhängige~Ausgangssignal darstellt.In the receiving unit 56, the measuring light and the reference light become after exiting the associated light guides through lenses 58 and 60 in parallel The bundle is reshaped and converted into photoelectric devices by further lenses 62 and 64, respectively 66 or 68, which are e.g. photodiodes, photocells and the like - can act. Those generated by the photoelectric devices 66 and 68 electrical signals are in circuit arrangements 70 and 72, each one AC voltage amplifiers and a rectifier circuit may contain amplified and rectified and the rectified signals are a quotient circuit 74 supplied, which corresponds to the ratio of the measurement signal to the reference signal electrical output signal on line 76 provides the desired position-dependent ~ output signal represents.
Um eine störende gegenseitige Beeinflussung des Meßlichtes und des Referenzlichtes in der Meßstelle auszuschalten, die beispielsweise durch Streuung des Lichtes auftreten kann, werden die Frequenzen des Meßlichtes und des Referenzlichtes auf verschiedene Spektralbereiche begrenzt, die vorzugsweise nahe beieinander liegen oder sogar direkt aneinander angrenzen, aber sich nicht wesentlich überlappen sollen. Die Frequenzbegrenzung könnte im Prinzip dadurch erfolgen, daß man in der Lichtquelle 10 zwei Licht verschiedener Frequenzen liefernde Vorrichtungen zum Erzeugen des Meß- und Referenzlichtbündels verwendet und in der Empfangseinheit 56 photoelektrische Vorrichtungen mit entsprechend angepaßter spektraler Empfindlichkeit verwendet. Um die Einflüsse unterschiedlicher Alterungseffekte auszuschalten, wird jedoch vorzugsweise in der Lichtquelle 10 eine einzige lichterzeugende Vorrichtung, die Licht in einem verhältnismäßig breiten Spektralbereich liefert, aus dem dann durch Farbfilter 78a bzw.80a, insbesondere Interferenzfilter, zwei verschiedene engere Spektralbereiche für das Meßlichtbündel 12 und das Referenzlichtbündel 14 ausgeblendet weruen. In entsprechender Wase sind im Empfangs-teil 56 zwischen den Linsen 58 und 60 einerseits und den Linsen 62 und 64 anderer-A verwendet l seits entsprechende Farbfilter 78b bzw. 80b angeordnet, die eventuelles Störlicht aus den jeweiligen Lichtbündeln ausfiltern. Eine wechselseitige Beeinflussung von Meßstrahlengang und Referenzstrahlengang ist auf diese, Weise also ausgeschaltet.To avoid a disturbing mutual influence of the measuring light and the Turn off reference light in the measuring point, for example by scattering of the light can occur, the frequencies of the measuring light and the reference light limited to different spectral ranges, which are preferably close to each other or even directly adjoin one another, but should not overlap significantly. The frequency limitation could in principle take place in that one in the light source 10 devices for generating the Measuring and reference light beam used and photoelectric in the receiving unit 56 Devices with appropriately adapted spectral sensitivity used. In order to eliminate the influences of different aging effects, however, is preferred in the light source 10 a single light-generating device, the light in one supplies a relatively wide spectral range, from which then through color filter 78a or 80a, in particular interference filters, two different narrower spectral ranges for the measuring light beam 12 and the reference light beam 14 are hidden. In corresponding water are in the receiving part 56 between the lenses 58 and 60 on the one hand and the lenses 62 and 64 of other-A used l on the other hand corresponding Color filters 78b and 80b arranged, the possible interfering light from the respective Filter out light bundles. A mutual influencing of the measuring beam path and The reference beam path is thus switched off in this way.
Wie erwähnt, sind die Lichtquelle 10 und die Empfangseinheit 56 einerseits von der Meßstelle 28 andererseits durch die Lichtleiter 26, 32, 52 und 54 räumlich getrennt. Dies hat den grossen Vorteil, daß die empfindlichen Einrichtungen der Lichtquelle 10 und Empfangseinheit 56 nicht den oft ungünstigen Umgebungseinflüssen ausgesetzt zu werden brauchen, die an der Meßstelle herrschen. Bei Anwendung auf die Erzeugung eines lageabhängigen Signales für ein trassengebundenes Schwebefahrzeug können die Lichtquelle 10 und die Empfangseinheit 56 also z.B. im Inneren des Fahrzeuges geschützt in einem Raum untergebracht werden, wo eine relativ gleichmässige Temperatur herrscht und die Aufstellung relativ erschütterungsfrei erfolgen kann, während die relativ unempfindliche Meßstelle 28 am Meßort bei dem Trassenelement 46 angeordnet ist. Ungünstige Umgebungseinflüsse, wie stark schwankende Temperaturen, Erschütterungen, Stärke-Magnetfelder u.dgl., die unter Umständen an der Meßstelle nicht vermieden werden können, haben daher keinen Einfluss auf die Lichtquelle 10 und die Empfangseinheit 56. Die optische Messung an sich hat gegenüber induktiven oder kapazitiven Meßverfahren den Vorteil, daß das zur Messung herangezogene Trassenelement nicht ferromagnetisch oder elektrisch leitend zu sein braucht.As mentioned, the light source 10 and the receiving unit 56 are on the one hand from the measuring point 28 on the other hand through the light guides 26, 32, 52 and 54 spatially separated. This has the great advantage that the sensitive facilities of the Light source 10 and receiving unit 56 do not have to deal with the often unfavorable environmental influences need to be exposed, which prevail at the measuring point. When applied to the generation of a position-dependent signal for a route-bound suspension vehicle For example, the light source 10 and the receiving unit 56 can be inside the vehicle be sheltered in a room where a relatively uniform temperature prevails and the installation can be done relatively vibration-free, while the A relatively insensitive measuring point 28 is arranged at the measuring point near the route element 46 is. Unfavorable environmental influences, such as strongly fluctuating temperatures, vibrations, Strength magnetic fields and the like, which may not be avoided at the measuring point therefore have no influence on the light source 10 and the receiving unit 56. Optical measurement per se has compared to inductive or capacitive measuring methods the advantage that the route element used for the measurement is not ferromagnetic or needs to be electrically conductive.
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