DE2352975A1

DE2352975A1 - Verfahren zur messung der groesse und richtung der relativbewegung eines sich bewegenden teiles

Info

Publication number: DE2352975A1
Application number: DE19732352975
Authority: DE
Inventors: Udo Blasius; Herbert Fries
Original assignee: Teldix GmbH
Current assignee: Rockwell Collins Deutschland GmbH
Priority date: 1973-10-23
Filing date: 1973-10-23
Publication date: 1975-04-30
Also published as: JPS5074465A

Description

TElDIX GmbH

6900 Heidelberg 1
Grenzhöfer V/eg 36

Heidelberg, 22, Oktober. 1973 G/Pt-Xa/Ba- E-307

"Verfahren zur Messung der Große und Richtung der Relativbewegung eines sich bewegenden Teiles

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Größe und Richtung der Relativbewegung eines sich bewegenden Teiles gegenüber einem anderen Teil, bei dem in Abhängigkeit von der Relativbewegung mit Hilfe von zwei Statoren an einem Teil und wenigstens einem mit diesen Statoren zusammenarbeitenden Element am anderen Teil zwei Spannungs verlaufe erzeugt werden, deren Frequenz der Bewegung proportional ist und die bei Bewegung in die eine Richtung um einen Phasenwinkel größer 0 ~ünd kleiner 180°, insbesondere etwa 90°, gegeneinander verschoben sind und bei dem wenigstens ein Differenzierglied verwendet wird*

Ein solches Verfahren ist aus der DT-PS 1 229 326 be« kannte Bei diesem bekannten Verfahren wird die Geschwindigkeit eines sich bewegenden Bauteiles nach Betrag und Vorzeichen ermittelt„ Hierzu werden auch dort zwei 90 gegeneinander phasenverschobene 'Sinusspannungen erzeugt, die dann beide differenziert werden« In zwei- Kaltipli-

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kationsstufen werden dann die Produkte aus der Ableitung der einen Spannung und dem Vorzeichen der anderen Spannung gebildet und von den beiden Produkten wird dann die Differenz gebildet· Aus Vorzeichen und Betrag der erhaltenen Spannung ergibt sich dann die Geschwindigkeit und die Bewegungsrichtung des Bauteiles. Voraussetzung bei diesem bekannten Verfahren ist allerdings, daß die Amplituden der beiden erzeugten Sinusspannungen nicht von der Geschwindigkeit abhängen, sondern konstant sind und daß die Wechselspannungen echte Sinus spannungen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aus den beiden erzeugten phasenverschobenen Spannungsverläufen einen Digitalwert zu erzeugen, der den Keßwert angibt, wobei die oben erwähnten, in der Praxis schwer zu erfüllenden Voraussetzungen nicht gegeben sein müssen.

Diese Aufgabe wird durch im Anspruch 1 angegebene Merkmale gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann dazu verwendet werden, die Differenz der in den beiden entgegengesetzten Bewegungsrichtungen zurückgelegten Wege, z.B. eines Fahrzeuges, zu messen. In diesem Falle¹ist die Frequenz der beiden erzeugten. Spannungsverläufe proportional der Bewegungsgeschwindigkeit, z.B. der Bewegungsgeschwindigkeit eines Fahrzeugrades. Soll die Drehgeschwindigkeit gemessen werden, so dürfen dem Zähler Impulse nur während kurzer vorgegebener Zeiträume zugeführt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfin~ dungsgemäße Verfahren zur Messung der Beschleunigung und Verzögerung eines sich bewegenden Bauteiles benutzt. Hier ist auf dem sich bewegenden Teil eine träge Masse befestigt, die bei Beschleunigung bzw. Verzögerung in unterschiedliche Eichtungen ausgelenkt wird· Diese Auslenkung wird dann nach Größe und Vorzeichen gemessen, indem die Auslenkung

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zur Erzeugung der phasenverschobenen Spannungen benutzt wird und diese Spannungsverläufe nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verarbeitet werden. Bei der Messung von .Linearbeschleunigungen kann z.B. ein Pendel verwendet werden, dessen Auslenkung gemessen wird, bei der Kessung der Drehbeschleunigung und Drehverzögerung kann z.B. eine an dem sich drehenden Teil federgefesselte Masse vorgesehen sein.

Zur. Erzeugung der beiden phasenverschobenen Spannungsverläufe können verschiedene Signalgeber verwendet werden.

So kann man sogenannte induktive Geber verwenden, bei denen bei der Relativbewegung des beweglichen Bauteils eine Flußänderung durch zwei Spulen erfolgt, wodurch ein elektrisches Signal erzeugt wird. Torzugsweise sind am feststehenden Bauteil zwei Magnetkreise vorgesehen, deren magnetischer Luftspalt bei Bewegungen des sich bewegenden Bauteils mittels eines gezahnten, mit dem sich bewegenden Bauteil verbundenen Elementes periodisch geändert wird. Nutzt man ein gezahntes Bauteil zur Erzeugung beider Spannungsverläufe aus, so müssen die beiden Magnetkreise mit den ihnen zugeordneten Spulen räumlich so versetzt zu dem gezahnten Element angeordnet sein, daß Spannungen mit der vorgegebenen Phasenverschiebung erzeugt werden. _r .

Solche Geber könnten beim Verfahren gemäß dem eingangs erwähnten Stand der Technik nicht verwendet werden, da die Aus gangs spannungen solcher Geber auch in ihrer Amplitude von.der Geschwindigkeit der Bewegung des bewegten Teiles abhängen.

Heben solchen induktiven Gebern können bei der Erfindung aber auch andere Geber zum Einsatz kommen, z.B. Geber mit

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Ausnutzung des Fotoeffektes oder auch Geber, bei denen durch Änderung des Hagnetfeldes magnetfeldempfindliche Elemente (Feldplatten, Hallsonden usw.) beeinflußt werden.

Man Tcpht) gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ohne wesentlichen zusätzlichen Aufwand eine Verdoppelung der Auflösung erzielen, wenn man aus beiden Impulsflanken der einen Impulsfolge zwei Nadelimpulsfolgen erzeugt und diese Impulse in Abhängigkeit von ihrer Lage zu den Impulsen der anderen Impulsfolge dem einen oder anderen Zählereingang zuführt.

Anhand der Zeichnung werden zwei Anordnungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, wobei als Anwendungsfall die Messung einer Fahrzeugbeschleu— nigung angenommen ist. Es zeigen

Fig. Λ - ein erstes Ausführungsbeispiel einer solchen

Anordnung

Fig. 2a- Spannungsverläufe zur Erklärung der Wirkungs- und 2b weise dieser Anordnung
Fig. 3 — eine Ausführungsform der Erfindung mit verdop—

• pelter Auflösung
Fig. 4- - zugehörige Spannungsverläufe.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist mit Λ ein auf einem Fahrzeug aufgehängtes und.um die Achse 2 auslenkbares Pendel bezeichnet. 3 und 4 sind räumlich versetzt angeordnete Statoren der Geber, die mit der Zahnung des Pendels zusammenarbeiten. Sie arbeiten z.B. auf dem induktiven Prinzip, d.h. in den Wicklungen der Statoren werden beim Vorbeibewegen der Zähne 5 Spannungen induziert. Die Zahl der in den Spulen erzeugten Impulse ist von der Beschleunigung bzw. Verzögerung abhängig. Die beiden Statoren 3 unä 4· sind so zu den Zähnen 5 angeordnet, daß bei

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einer Auslenkung nach links der Spannungsverlauf des Stators 4 dem Spannungsverlauf des Stators 3 um 90° vorauseilt, dagegen eine Umkehrung bei entgegengesetzter Auslenkung erfolgt. Aus den beiden Spannungsverläufen der Statoren 3 und 4 werden in den Gliedern 6 und 7 mäanderförmige Impulsfolgen erzeugt, die ebenfalls 90° phasenverschoben sind. Bei Auslenkung des Pendels 1 nach rechts sollen die in Pig. 2a mit A und B bezeichneten Impulsfolgen entstehen (hier ist eine konstante Verzögerung vorausgesetzt), wobei die Impulsfolge B vom Stator abgeleitet ist. Kittels des Differenziergliedes 8 und der Diode 9 werden die Kadelimpulse C der Fig. 2a, die aus den Vorderflanken der Impulse A abgeleitet sind, gewonnen. Das UND-Gatter 10 mit invertiertem Ausgang gibt die in D dargestellten Impulse an seinen Ausgang ab, wenn, was bei der abgenommenen Auslenkung des Pendels der Fall ist, die Hadelimpulse.in die Impulsdauer (L-Signal) der Impulse B fallen. Bach der Invertierung im Gatter 11 erhält man dann die Impulse E, deren erster über das Flip-Flop 12 den Vorwärts-Rückwärtszähler 13 in Vorwärtszählstellung stellt, wenn dies noch nicht der Fall ist und die über ODER-Gatter 14 in den Zähler 13 einlaufen und (vorwärts) aufgezählt werden» Der· an der Klemme 15 erhaltene Digitalwert entspricht jeweils der augenblicklichen Verzögerung. Der andere Eingang des ODER-Gatters 14 erhält das Signal G der Fig. 2aj beeinflußt also die Zählung nicht.

Wird das Pendel 1 dagegen nach links ausgelenkt, was einer Beschleunigung oder nach vorausgehender Auslenkung nach rechts einer abnehmenden Verzögerung entspricht, so erhält man - wieder konstante .Änderung vorausgesetzt die in der Fig* 2b mit A und B bezeichneten Spannungsverläufe ο Während nunmehr am Ausgang des Inversionsgatters 11 die in Fig_e 2b mit E besichnete Spannung D ansteht,

" Λ⁶

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erhält man am Ausgang des Inversionsgatters 16 die mit F bezeichneten Impulse und am Ausgang des UND-Gatters 17 mit invertiertem Ausgang die Nadelimpulsfolge G, deren erster Impuls den Zähler 13 auf Sückwärtszahlung schaltet und die im Zähler 13 dann (rückwärts) ausgezählt wird.

Dem angezeigten Wert kann man die jeweils vorhandene Beschleunigung oder Verzögerung und die Tendenz des Wertes entnehmen·

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 werden an den Klemmen 20 und 21 je nach Auslenkung des Pendels die Verläufe A (20) und B (21) der Fig. 4a oder 4b zugeführt. Die Impulse an der Klemme 20 werden in den Differenziergliedern 22 und 23 differenziert, wobei die Dioden 24 und 25 zur Unterdrückung der entstellenden Uadelimpulse jeweils einer, jedoch unterschiedlicher Polarität dienen. Hierdurch erhält das UND-Gatter 26 nur die von der Vorderflanke von A abgeleiteten Impulse, die wegen der Invertierung von B (Gatter 27) bei dem in Fig. 4a angenommenen Fall vom Gatter 26 durchgelassen und invertiert werden. Das Ausgangssignal des UND-Gatters 26 ist als Signal C dargestellt» Das Inversionsgatter 28 invertiert die vom Impulsende der Impulse A abgeleiteten Nadelimpulse. Diese Impulse werden, wenn sie in die Signaldauer von B fallen (was bei der Annahme von Fig. 4a der Fall ist) vom Gatter 29 durchgelassen und invertiert· Dessen Ausgangssignal ist unter D in Fig. 4a gezeigt. Durch die Überlagerung der beiden Impulsfolgen C und D über Gatter 30 sowie die doppelte Invertierung in 30 und 31 erhält man an der Klemme 32 die Impulsfolge E, die dann - wie in Fig. 1 - zum Vorwärts-Rüekwärtszähler gegeben wird. Am Ausgang 33 liegt in diesem Fall Dauersignal.

Ist dagegen die Phasenlage der Spannungen A und B so, wie in Fig. 4b angenommen, so wird das Aus gangs signal an Klemme 32 zu Dauersignal (E) und man erhält an der Klemme 33

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die in Pig. 4-b mit H bezeichnete Impulsfolge· Dies kommt durch die Überlagerung der Impulsfolgen F und G in Gatter y± und die doppelte Inversion (34 und 35) zustande. Hie Signalfolge 3? am Ausgang des Gatters 36 entsteht, wenn die von der Vorderflanke von A abgeleiteten Impulse während der Signaldauer von B auftreten und die Signalfolge G entsteht, wenn die von den ßiickflänken abgeleiteten Impulse in die Impulspausen von B fallen.

Durch die hier erreichte Impulsverdoppelung wird unter Beibehaltung"der anderen Vorteile die Auflösung des Meßverfahrens verdoppelt.

-Patentansprüche -

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zur Messung der Größe und Richtung der Relativbewegung eines sich bewegenden Teiles, gegenüber einem anderen Teil, bei dem in Abhängigkeit von der Relativbewegung mit Hilfe von zwei Statoren am einen Teil und wenigstens einem mit diesen Statoren zusammenarbeitenden Element am anderen Teil zwei Spannungsverläufe erzeugt werden, deren Frequenz der Bewegung proportional ist und die bei Bewegung in die eine Richtung um einen Phasenwinkel größer O und kleiner 180°, insbesondere 90°, gegeneinander verschoben sind \ind bei dem wenigstens ein Differenzierglied verwendet wird, dadurch gekennzeichnet« daß die beiden Spannungsverläufe in zwei um den gleichen Phasenwinkel verschobene Impulsfolgen umgewandelt werden, daß aus der einen Impulsfolge durch Differentiation eine Folge von Nadelimpulsen gewonnen wird und daß diese Nadelimpulse in Abhängigkeit davon, ob sie während der Impulsdauer . oder der Impulspause der anderen Impulsfolge auftreten, unterschiedlichen Eingängen eines Vor-Rückwärtszählers zugeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch Ί, dadurch gekennzeichnet, daß aus den beiden Impulsflanken der einen Impulsfolge zwei Hadelimpulsfolgen erzeugt werden, und daß die Nadelimpulse bei Auftreten der Nadelimpulse der einen Folge während der Impulsdauer und der der zweiten Folge bei Impulspause dem einen Eingang und bei Auftreten der Nadelimpulse der zweiten Nadelimpulsfolge wahrend der Impulsdauer und der der ersten Nadelimpulsfolge bei Impulspause dem anderen Eingang des Vorwärts-Rückwärtszählers zugeführt werden.

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E-307 Patentansprüche
3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch seine Anwendung zur Bestimmung der Differenz der in den "beiden Richtungen zurückgelegten Vege.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch seine Anwendung zur Messung der Größe und Richtung der Geschwindigkeit, in der Weise, daß Badelimpulse in vorgegebenen kurzen Zeiträumen dem Zähler zugeführt werden. . .
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch seine Anwendung zur Messung der Verzögerung und Beschleunigung eines sich bewegenden Bauteiles in der Weise, daß mit dem sich bewegenden Bauteil eine träge Masse verbunden ist, die bei Verzögerung und Beschleunigung Auslenkungen in unterschiedliche Richtungen erfährt und daß die Auslenkungen der tragen Masse gemessen wird.

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