DE2231513A1

DE2231513A1 - ARRANGEMENT FOR CONTACTLESS SPEED MEASUREMENT

Info

Publication number: DE2231513A1
Application number: DE19722231513
Authority: DE
Inventors: Walter Dr Rer Nat Hermann; Peter Dipl Ing Kraus; Alfred Schopf
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1972-06-28
Filing date: 1972-06-28
Publication date: 1974-01-10

Description

Anordnung zur berührungsiosen Drehzahlmessung Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur berührungslosen Drehzahlmessung, der eine der Drehzahl proportionale Impulsfolgefrequenz zuführbar ist, deren Impulse Rechteckform und konstante Dauer aufweisen und deren Anzeigevorrichtung über einen Ladekondensator gespeist ist.Arrangement for contactless speed measurement The invention relates to an arrangement for contactless speed measurement, the one proportional to the speed Pulse repetition frequency can be supplied, the pulses of which are rectangular and constant in duration have and the display device is fed via a charging capacitor.

Derartige Anordnungen zur berührungslosen Drehzahlmessung und-überwachung gelangen bekanntlich überall dort zur Anwendung, wo eine Antriebsmaschine ein zusätzliches Drehmoment in der Größenordnung von 50 bis 150 cmp nicht aufbringen kann, oder die Drehzahl so hoch ist, daß hohe Verschleißerscheinungen die Verwendbarkeit starr gekoppelter Drehzahlgeber ausschließen. Ein typischer Anwendungsfall für sehr hohe Drehzahlen besteht in der Drehzahlmessung an Turboladern. Die Hauptanwendungsgebiete liegen im Maschinen- und Fahrzeugbau, im Schiffsbau, in der Chemie, im üttenwesen, in der Textilindustrie oder auch in anderen Industriezweigen.Such arrangements for contactless speed measurement and monitoring are known to be used wherever a prime mover has an additional one Do not apply torque on the order of 50 to 150 cmp can, or the speed is so high that high signs of wear prevent usability Exclude rigidly coupled speed sensors. A typical use case for very high speeds consists in measuring the speed on turbochargers. The main areas of application are in mechanical engineering and vehicle construction, in shipbuilding, in chemistry, in utilities, in the textile industry or in other branches of industry.

Es sind Anordnungen zur berührungslosen Drehzahlmessung bekannt, bei denen ein Impulsgeber, z.B. ein magnetisch-induktives System, eine Impulsfrequenz konstanter Amplitude erzeugt und einen Ladekondensator aurlädt. Der von einem Drespulmeßwerk angezeigte Ladestrom des Kondensators ist der Frequenz und damit der Drehzahl der Antriebsmaschine direkt proportional.Arrangements for non-contact speed measurement are known in where a pulse generator, e.g. a magneto-inductive system, has a pulse frequency constant amplitude is generated and a charging capacitor is charged. The one from a Drespulmeßwerk indicated charging current of the capacitor is the frequency and thus the speed of the Drive machine directly proportional.

Ferner sind elektronische Drehzahl-Meßumformer bekannt, die ein drehzahlproportionales Impulsfrequenzsignal zur digitalen Drehzahlmessung und zusätzlich einen Gleichstromausgang aufweisen. Vgl. hierzu die Druckschrift Drehzahlmeßgeräte" der Meßgerätefabrik Dr.E.Horn GmbHs 7036 Schönaich.Furthermore, electronic speed transducers are known which have a speed proportional Pulse frequency signal for digital speed measurement and an additional direct current output exhibit. See also the publication "speed measuring devices" from Meßgerätefabrik Dr.E.Horn GmbHs 7036 Schönaich.

Es ist auch bekannt, bei einer Anordnung zur berührungslosen Drehzahlmessung einen Aufnehmer in Form eines induktiven,optischen oder Magnetfeld-Impulsgebers zu verwenden, der bei jeder Umdrehung eine bekannte Anzahl von Impulsen liefert die einer Impulsformerstufe zur Umwandlung des Ausgangssignals des Aufnehmers in eine symmetrische Rechteckspannung dienen.It is also known in an arrangement for contactless speed measurement a sensor in the form of an inductive, optical or magnetic field pulse generator which delivers a known number of pulses with each revolution that of a pulse shaper stage for converting the output signal of the transducer into serve a symmetrical square wave voltage.

Mit den Flanken des Rechtecks wird ein nachgeschaltetes Monoflop getriggert, das einen Impuls konstanter Amplitude'und Dauer abgibt. Der Gleichspannungsmittelwert dieser drehzahlproportionalen Rechteckimpulsfolge ist ein Maß für die Drehzahl. Ein dem Monoflop nachgeschalteter Tiefpaß integriert die Rechtecimpulsfolge zu einer unsymmetrischen Dreieckspannung, deren Mittelwert mit zunehmender Drehzahl von der Spannung Null bis zur Amplitude der vom Monoflop abgegebenen Impulsfolge linear ansteigt. Die von Tiefpaß abgegebene Spannung gelangt an einen Meßwertanzeiger.A downstream monoflop is triggered with the edges of the rectangle, that emits a pulse of constant amplitude and duration. The DC mean value this speed-proportional rectangular pulse sequence is a measure of the speed. A low-pass filter following the monoflop integrates the right-hand pulse sequence into one asymmetrical triangular voltage, their mean value with increasing Speed from voltage zero to the amplitude of the pulse train emitted by the monoflop increases linearly. The voltage emitted by the low-pass filter is sent to a measured value indicator.

Der Nachteil dieser bekannten Anordnungen besteht in der drehzahlabhängigen Welligkeit der Ausgangsspannung. Da der Ladekondensator des Tiefpasses über einen Parallelwiderstand während der Impulspausen entladen und seine Spannung ununterbrochen einem Meßwertanzeiger unmittelbar zugeführt wird, ergeben sich insbesondere bei geringen Drehzahlen mit entsprechend großen Impulspausen erhebliche Meßwertschwankungen, die die Brauchbarkeit bekannter Anordnungen einschränken. Außerdem kann infolge der großen Welligkeit das Signal nicht zur Messung von Drehzahländerungen - Beschleunigungen oder Verzögerungen - differenziert werden. Eine Erhöhung des Widerstandswertes des Entladewiderstandes würde zwar eine geringere Welligkeit des Ausgangssignals ergeben, gleichzeitig ist damit jedoch ein schlechteres Auflösungsvermögen für schnelle Drehzahländerungen verbunden. In der bekannten Anordnung ist die Welligkeit des Ausgangssignals der Fähigkeit, Geschwindigkeitsänderungen zu folgen, proportional und abhängig von der Grenzfrequenz des verwendeten Tiefpasses.The disadvantage of these known arrangements is that they are speed-dependent Output voltage ripple. Since the charging capacitor of the low pass has a Parallel resistance discharged during the pulse pauses and its voltage uninterrupted is fed directly to a measured value indicator, result in particular at low speeds with correspondingly large pulse pauses, considerable fluctuations in measured values, which limit the usefulness of known arrangements. In addition, as a result The large ripple does not allow the signal to measure speed changes - accelerations or delays - to be differentiated. An increase in the resistance value of the Discharge resistance would result in a lower ripple of the output signal, At the same time, however, there is a poorer resolution for rapid speed changes tied together. In the known arrangement, the ripple of the output signal is the Ability to follow changes in speed, proportional and dependent on the Cutoff frequency of the low-pass filter used.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur berührungslosen Drehzahlmessung zu schaffen, bei der die Welligkeit des Ausgangssignals unabhängig von der Impulsfolge ist, d.h. es soll keine Eigenwelligkeit auftreten, sondern nur die Welligkeit, die sich aus Geschwindigkeitsänderungen ergibt. Außerdem sollen alle bekannten Aufnehmer verwendbar sein.The invention is based on the object of an arrangement for contactless To create speed measurement in which the ripple of the output signal is independent is from the pulse train, i.e. there should be no eigen-ripple, only the ripple resulting from changes in speed. Also should all known transducers can be used.

Ausgehend von einer Anordnung der eingangs genanten Art ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine von der Frequenz einer zweiten Impulsfolge gesteuerte Schalteranordnung durch deren ersten Schalter eine Konstantstromquelle an den Ladekondensator und durch deren gegenüber dem ersten Schalter zeitverzögert arbeitenden zweiten Schalter ein Speicherkondensator an den Ladekondensator anschalter ist, wobei die den zweiten Schalter steuernden Impulse einer dritten Impulsfolge vorzugsweise kürzer als die den ersten Schalter steuernden Impulse der zweiten Impulsfolge und durch die abfallende Flanke dieser auslösbar sind.This is based on an arrangement of the type mentioned at the beginning According to the invention, the object is achieved in that one of the frequency of a second Pulse train controlled switch arrangement through its first switch a constant current source to the charging capacitor and delayed by its compared to the first switch working second switch a storage capacitor to the charging capacitor on is, the second switch controlling pulses of a third pulse train preferably shorter than the pulses of the second pulse train controlling the first switch and these can be triggered by the falling edge.

Zur Erhöhung der Meßgenfigkeit durch einen exakt linearen Anstieg der Spannung am Ledekondensator bei der Ladung ist nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung der dem Ladckondensator zugeordnete Entladewiderstand während der Ausladeperiode durch einen weiteren Schalter abgeschaltbar.To increase the measurement accuracy through an exactly linear increase the voltage at the Ledekapacitor when charging is according to a further training the invention of the charging capacitor associated discharge resistance during the Unloading period can be switched off by another switch.

Zwar ist aus der DOS 1 913 517 bekannt, die von einen Oszillatoraufnehmer abgebenen, gleichgerichteten Impulse zur Aufledung eines Ladekondensators mit konstantem Strom zu verwenden. Jedoch wird in der genannten DOS die Impulsdauer als Anzeigekriterium benutzt; die Ladung aus den Ladekondensator ist proportional zur Impulsdauer, Außerdem wird der Laderkondensator zu Beginn jedes Impulses durch eine schaltungstechnisch aufwendige Elektronik vollkommen gelöscht, so daß bei jedem Impuls eine der Impulsdauer proportionale Spannung von einem Meßwertanzeiger dargestellt wird.It is known from DOS 1 913 517 that of an oscillator pickup emitted, rectified impulses for charging a charging capacitor with constant To use electricity. However, in the DOS mentioned above, the pulse duration is used as a display criterion used; the charge from the charging capacitor is proportional to the pulse duration, moreover is the charging capacitor at the beginning of each pulse by a circuit complex electronics completely deleted, so that with each pulse one of the pulse duration proportional voltage is shown by a measured value indicator.

Gemäß einer weiteren ausgestaltung der Erfindung sinf durch Ersetzen des Entladewiderstandes durch eine an sich bekannte Widerstandsdekade mehrere Drehzahlmeßbereiche eriaßbar.According to a further embodiment of the invention sinf by replacement of the discharge resistance by a known resistance decade several speed measuring ranges measurable.

In einer bevorzugten Ausführung ist der erste Schalter mit der von einem ersten Monoflop erzeugten, von der Anstiegsflanke der von einem Aufnehmer und einer Impulsformerstufe abgegebenen ersten Impulsfolge getriggerten zweiten Impulsfolge und der zweite Schalter mit der von einem zweiten Monoflop erzeugten dritten Impulsfolge verbunden.In a preferred embodiment, the first switch is connected to that of generated by a first monoflop, from the leading edge that of a transducer and a pulse shaping stage outputted first pulse train triggered second Pulse train and the second switch with that generated by a second monoflop third pulse train connected.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß dem Speicherkondensator ein Ausgangsverstärker mit einem Offset-Trimmer zur Korrektur der Meßgröße nachgeschaltet ist.A useful embodiment of the invention is that the Storage capacitor an output amplifier with an offset trimmer for correction downstream of the measured variable.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß keine systembedingte Eigenwelligkeit auftritt und somit ein Drehzahlbereich von nahezu Stillstand bis zu sehr hohen Drehzahlen fehlerfrei angezeigt werden kann, ohne daß hierzu ein hoher Schaltungsaufwand wie z.B. in der Anordnung nach der DOS 1 913 517 erforderlich ist. Außerdem können bei der erfindungsgemäßen Anordnung sämtliche bekannten Aufnehmer verwendet werden, während die in der genannten Anordnung auf Oszillatoraufnehmer beschränkt ist.The advantages achieved by the invention are that none system-related ripple occurs and thus a speed range of almost Standstill up to very high speeds can be displayed without errors this requires a high level of circuit complexity, e.g. in the arrangement according to DOS 1 913 517 is required. In addition, all can in the arrangement according to the invention known transducers are used, while those in the aforementioned arrangement Oscillator pickup is limited.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Figur 1 das Schaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung und Figur 2 Diagramme zur Erläuterung der Funktion der in Fig.1 gezeigten Schaltung.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below. They show: FIG. 1 the circuit diagram of the inventive Arrangement and Figure 2 diagrams to explain the function of the shown in Fig.1 Circuit.

Figur 1 zeigt einen Rechteckimpulsgeber 3, bestehend aus einem Aufnehmer 31 und einem Impulsformer 32. Anschliessend folgt ein Monoflop MFl, dessen Ausgang b mit einem Schalter S1 und einem zweiten Monoflop MF2 verbunden ist.Figure 1 shows a square pulse generator 3, consisting of a pickup 31 and a pulse shaper 32. Then a monoflop follows MFl, whose output b is connected to a switch S1 and a second monoflop MF2 is.

Zwischen dem Rechteckimpulsgeber und dem Monoflop MF1 liegt der Anschlußpunkt a. über den Schalter »1 ist ein hufladekondensator C1 und ein Entladewiderstand R mit einer Konstantstromquelle Jref verbunden. Zwischen dem Schalter und dem Aufladekondensator C1 liegt der Anschlußpunkt å.The connection point is between the square-wave pulse generator and the monoflop MF1 a. Via switch »1 there is a charging capacitor C1 and a discharge resistor R connected to a constant current source Jref. Between the switch and the charging capacitor C1 is the connection point å.

Der Ausgang c des slono-lops IIF2 ist mit einem zweiten Schalter S2 gekoppelt, der einen Speicherkondensator C2 parallel zu C1 und R legt. An den Speicherkondensator C2 ist über einen Ausgangsversturker 5-mit hohem Eingangswiderstand und einem Offset-trimmer 51 ein Meßwertanzeiger 6 angeschlossen.The output c of the slono-loop IIF2 is connected to a second switch S2 coupled, which puts a storage capacitor C2 in parallel with C1 and R. To the storage capacitor C2 is via an output amplifier 5-with high input resistance and an offset trimmer 51 a measured value indicator 6 is connected.

Der Eingang des Ausgangsverstärkers ist mit e bezeichnet. Ein weiterer Schalter 53 kann zwischen C1 und R eingefügt werden.The input of the output amplifier is labeled e. Another Switch 53 can be inserted between C1 and R.

Die Funktion der erfl1dungsgemüßen Anordnung wird anhand der Diagramme a bis e der Fig. 2 erläutert'. Alle Diagramme stellen zeitliche Funktionen dar. Diagramm a zeigt die drehzahlabhängige Impuls olge p mit Rechteckimpulsen am Ausgang des Impulsformers, deren Impulse noch keine konstante Dauer und je nach Art des Aufnehmers auch keine konstante Amplitude aufweisen. Mit jeder Anstiegsflanke der Impulsfolge p1 mit Rechteckimpulsen wird das Monoflop MF1 getriggert, an dessen Ausgang b eine Impulsfolge p2 mit REchteckimpulsen konstanter Dauer zur Verfügung steht. Die Impulsfolge p2 mit Rechteckimpulsen steuert den Schalter derart, daß nur während der Impulsdauer ein konstanter Strom J Jref auf den Ladekondensator C1 fließt. Da die Impulsdauer t konstant ist, fließt immer eine konstante ladung # Q auf den Ladekondensator: # Q P ref t. Ohne Berücksichtigung der Entladung über R während der Aufladezeit stcigt die Spannung am Ladekondensator jeweils um den konstanten Betrag: Zur AU Q/C1 Jref . t/C. Der lineare Spannungsanstieg kann aus Diagramm d entnommen werden. Mit der abfallenden Flanke der Impulsfoige p2 wird außerdem das Monoflop MF2 getriggert, so daß an dessen Ausgang c die Impulsfolge p3 (Fig.2c) mit sehr kurzer Impulsdauer zur Verfügung steht. Mit p3 wird der Schalter S2 so gesteuert, daß jeweils der Spiteenwert der Dreiecksspannung an C1 (Fig.2d) am Ende jedes Impulses der Impulsfolge p2 auf den Speicherkondensator C2 übertragen wird, dessen Kapazität wesentlich kleiner als C1 ist. Der Schalter S2 ist nur während der kurzen Dauer der Impulse aus der Impulsfolge p3 geschlossen.The function of the arrangement according to the invention is based on the diagrams a to e of Fig. 2 explained '. All diagrams represent functions over time. Diagram a shows the speed-dependent pulse length p with square-wave pulses at the output of the pulse shaper whose pulses are not yet constant and depending on the type of The transducer also does not have a constant amplitude. With each rising edge of the Pulse sequence p1 with square-wave pulses triggers the monoflop MF1 Output b provides a pulse train p2 with rectangular pulses of constant duration stands. The pulse train p2 with square pulses controls the switch in such a way that a constant current J Jref on the charging capacitor only during the pulse duration C1 flows. Since the pulse duration t is constant, a constant charge always flows # Q on the charging capacitor: # Q P ref t. Without taking into account the discharge over R increases during charging the voltage on the charging capacitor in each case by the constant amount: To AU Q / C1 Jref. t / C. The linear voltage rise can be taken from diagram d. With the falling edge of the pulse shape p2, the monoflop MF2 is also triggered, so that the pulse train at its output c p3 (Fig.2c) is available with a very short pulse duration. With p3 the switch S2 controlled in such a way that the peak value of the triangular voltage at C1 (Fig.2d) transferred to the storage capacitor C2 at the end of each pulse of the pulse train p2 whose capacity is much smaller than C1. The switch S2 is only during the short duration of the pulses from the pulse train p3 closed.

Zwischen den einzelnen Impulsen wird C1 über einen Widerstand R entladen. Je größer die Impulspausen sind, d.h. je kleiner die Drehzahl ist, desto weiter sinkt die Spannung an C1 (Fig.2d) ab. Da diese Spannung während jedes Impulses der Impulsfolge p2 immer um den im wesentlichen konstanten Betrag b U ansteigt, ergibt sich bei kurzen Impulspausen (hohe Drehzahl) eine höhere Spitzenspannung an C als bei langen Impulspausen (klein~-e Drehzahl). Infolge der kurzen Abtastung der Spitzenspannung am Ende jedes Impulses erhält man eine welligkeitsfreie Ausgangsspannung an C die von der Drehzahl linearabhängig und in Fig.2e dargestellt ist. Die Ausgangsspannung gelangt über den Susgangsverstärker 5 mit Offset-Trimmer 1 äuf den Iseßwertanzeiger 6. Der Offset-Trimmer 51 dient zur Korrektur des Untersclziedes zwischen dem in der Anordnung nach Fig.1 gemessenen Spitzenwert der Dreieckspannung und deren Mittelwert, welcher der Frequenz der Puls folgte p1 und damit der Drehzahl proportional ist. Diese Korrektur ist exakt, solange die Entladung von C1 während der Pausen der Impulsfolge p2 als linear angesehen werden kann. Zur Verfeinerung der Meßmethode kann ein Schalter S3 vorgesehen werden, der die Entladung des Ladekondensators C1 über den Entladewiderstand R während der Aufladezeit verhindert.C1 is discharged through a resistor R between the individual pulses. The longer the pulse pauses, i.e. the lower the speed, the further the voltage at C1 (Fig. 2d) drops. Since this voltage during each pulse of the Pulse sequence p2 always increases by the essentially constant amount b U, results With short pulse pauses (high speed) a higher peak voltage at C than with long pauses between pulses (low speed). As a result of the short sampling of the peak voltage At the end of each pulse, a ripple-free output voltage is obtained at C die is linearly dependent on the speed and shown in Fig.2e. The output voltage reaches the Iseßwertanzeiger via the output amplifier 5 with offset trimmer 1 6. The offset trimmer 51 is used to correct the difference between the in the arrangement according to Fig. 1 measured peak value of the triangular voltage and its mean value, which is the frequency of the pulse followed by p1 and is therefore proportional to the speed. This correction is exact as long as C1 is discharged during the pauses in the Pulse train p2 can be viewed as linear. A switch can be used to refine the measurement method S3 are provided, which discharges the charging capacitor C1 via the discharge resistor R prevented during charging.

Ohne den Gedanken der Erfindung zu verlassen, könnte auch der Schalter S1 mit der Konstantstromquelle Jref aus Vereinfachungsgründen entfallen und der Ladekondensator C1 unmittelbar von der Impulsfolge p2 aufgeladen werden, wenn die Amplitude der Impulse der Impulsfolge P2 konstant ist.Without departing from the concept of the invention, the switch could S1 with the constant current source Jref are omitted for reasons of simplicity and the Charging capacitor C1 are charged directly from the pulse train p2 when the The amplitude of the pulses of the pulse train P2 is constant.

PatentansprücheClaims

Claims

Arrangement for non-contact speed measurement, the a pulse repetition frequency proportional to the speed can be supplied, the pulses of which Have rectangular shape and constant duration and their display device via a Charging capacitor is fed by one of the frequency a second pulse train (P2) controlled switch arrangement (si, 2) 'by their first switch (S1) a constant current source (Jref) to the charging capacitor (C1) and by the second one, which operates with a time delay compared to the first switch Switch es2) a storage capacitor (C2) can be connected to the charging capacitor, the pulses controlling the second switch of a third pulse train (p3) preferably shorter than the pulses of the second pulse train controlling the first switch (P2) and by the falling edge this can be released.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that a discharge resistor R assigned to the charging capacitor during the charging period can be switched off by a further switch (S3).

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that g e -k e n n z e i c h n e t that by replacing the discharge resistor R by a known one Decade resistance several speed measuring ranges can be detected.

4. Arrangement according to claim 1, characterized g e k e n n -z e i c h n e t that the first switch (S1)) with that generated by a first monoflop (MF1), of the edges of the output from a pickup and a pulse shaper stage first pulse train (p1) triggered second pulse train (P2) and the second switch (S2) with the third pulse train (p3) generated by a second monoflop (MF2) are connected.

5; Arrangement according to one of Claims 1 to 3, characterized in that it is z e i c h n e t that the storage capacitor (C2> an output amplifier with an offset trimmer for correcting the measured variable is connected downstream.