DE2354295B2

DE2354295B2 - Einrichtung zum kontaktlosen Anzeigen von Stellungsänderungen eines Körpers

Info

Publication number: DE2354295B2
Application number: DE2354295A
Authority: DE
Inventors: Kaj Dennis Georg Soedertaelje Wester (Schweden)
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1972-10-26
Filing date: 1973-10-25
Publication date: 1978-10-26
Also published as: DE2354295A1; GB1450593A; US3886361A; DE2354295C3; SE367868B

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum kontaktlosen Anzeigen von Stellungsänderungen eines kugelförmigen Körpers bezüglich ortsfest angeordneter Sensoren mit Sender und Empfänger für elektromagnetische Strahlung, die vom Körper reflektiert wird, wobei die Sensoren symmetrisch zur Mittelachse der Einrichtung angeordnet sind.

Anzeigeeinrichtungen werden beispielsweise so eingerichtet, daß die Stellungsänderungen in den verschiedenen Ebenen mechanisch auf Potentiometer übertragen werden, wobei deren Widerstand entsprechend verändert wird. Selbst bei hochwertigen Potentiometern entstehen Schwierigkeiten als Folge des Kontaktrauschens und Änderungen des Widerstandes aufgrund der Abnutzung und Alterung. Ein weiterer Nachteil der Anzeigepotentiometer ist deren vergleichsweise große Trägheit.

Um die mit der Verwendung von bewegbaren elektrischen Kontakten und mechanischen Übertragungsgliedern verbundenen Schwierigkeiten zu vermeiden, wurden verschiedene kontaktlose, magnetische Anzeigeeinrichtungen entwickelt. Für Steuerknüppel beispielsweise wurden Differentialtransformatoren verwendet. Bei einer Ausführungsform einer solchen w> Einrichtung ist das Joch eines Differentialtransformators direkt am Steuerknüppel angebracht, wobei die relative Stellung des Joches durch die Phase und die Amplitude einer Wechselspannung angezeigt wird. Bei einer Verwendung von Differentialtransformatoren μ muß sehr auf den Aufbau und die Ausführung des Transformators geachtet werden. Ferner ist eine verhältnismäßig große Anzahl von elektronischen Schaltungskreisen erforderlich, u.a. Phasendetektoren zum Umwandeln und Filtern des ausgesendeten Signals. Eine vollständige Einrichtung zum Anzeigen von Stellungen mit Differentialtransformatoren ist daher ziemlich teuer und kompliziert

Eine Einrichtung der eingangs genannten Art ist aus der US PS 32 70 567 bekanntgeworden. Diese bekannte Einrichtung besitzt einen kugelförmigen Drehkörper, dessen Oberfläche in kleine reflektierende bzw. nichtreflektierende Bereiche aufgeteilt ist Drei mit Sender und Empfänger für Lichtstrahlung ausgestattete Sensoren sind symmetrisch zur Mittelachse der Einrichtung in der Weise ausgerichtet, daß sie gemeinsam ein räumliches kartesisches Koordinatensystem aufspannen. Die bekannte Einrichtung dient zur Erfassung und Messung der Drehung des Drehkörpers bezüglich seiner Lagerung, die mit den Sensoren fest verbunden ist. Die bekannte Einrichtung dient der Erfassung und Messung der Präzessionsbewegung eines rotierenden Körpers.

Ferner beschreibt die DE-AS 12 73 210 eine Vorrichtung zur lichtelektrischen Bestimmung der relativen Lage zweier Teile, nämlich einem feststehenden und einem beweglichen Teil. Der bewegliche Teil ist eine plankonvexe Linse, deren konvexe Hinterseite verspiegelt ist Im feststehenden Teil ist ein beleuchteter Spalt vorgesehen, der mittels des Spiegels nahezu auf sich selber abgebildet wird, wenn sich der bewegliche Teil genau in einer Mittelstellung befindet. Bei Auslenkung des beweglichen Teils tritt Licht auch seitlich vom Spalt in zwei lichtelektrische Elemente ein, und zwar entsprechend der Größe der Auslenkung. Mit der bekannten Vorrichtung läßt sich nur eine Auslenkung in zwei entgegengesetzte Richtungen feststellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine exakte Anzeige der Stellungsänderung eines Körpers nach Größe und Richtung gestattet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der kugelförmige Körper als Kugelsegment mit diffus reflektierender Außenfläche ausgebildet ist, daß die Sensoren bzw. die Empfänger auf den Mittelpunkt der Kugel des Kugelsegmentes ausgerichtet sind, und daß das Kugelsegment in der Ebene der Empfänger um einen Punkt schwenkbar ist, der auf dem Durchmesser der Kugel um einen vorgegebenen Abstand jenseits des Kugelmittelpunktes liegt.

Durch die exzentrische Lage des Kugelsegmentes ergibt sich bei seiner Schwenkung eine translatorische Bewegungskomponente nach Größe und Richtung, die von dem Abstand des Kugelsegmentes von den Sensoren, von der Exzentrizität, und von dem Winkel zwischen den Sensoren abhängt. Dadurch wird erreicht, daß die Übertragungsfunktion innerhalb sehr weiter Grenzen verändert werden kann.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen herausgestellt.

Die erfindungsgemäße Einrichtung kann besonders zweckmäßig bei Steuerknüppeln für die Handsteuerung von ferngesteuerten Projektilen oder Luftfahrzeugen verwendet werden, da derartig ausgestattete Steuerknüppel im Hinblick auf die Kosten und wegen ihrer mechanischen Einfachheit sehr vorteilhaft sind. Ein weiterer Vorzug ist darin zu sehen, daß das Verhältnis Signal : Rauschern hoch ist, da das Rauschen lediglich von den Halbleitern in den Sensoren und vom zu verwendenden Verstärker verursacht wird.

Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben.

In der Zeichnung ist die

Fig. 1 eine Darstellung der Einrichtung mit dem Kugelsegment und ihre Verwendung bei einem Steuerknüppel, und die

F i g. 2 eine Darstellung einer anderen Ausführungsform der Sende- und Empfangsanorclnur.g für die Einrichtung mit dem Kugelsegment.

Die F i g. 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung mit einem Steuerknüppel 4, der bei 5 an einer Bezugsfläche 6 bewegbar angebracht ist. Der unterhala der Bezugsfläche 6 gelegene vorstehende Teil des Steuerknüppels ist mit einem Kugelsegment 10 fest verbunden, dessen Außenfläche homogen und diffus reflektierend ist Das Kugelsegmem ist so angeordnet, daß der Kugelmitte.'punkt vom Lagerungspunkt 5 des Steuerknüppels einen vorgegebenen Abstand D aufweist. Zwei Sensoren 8 und 9 mit je einem Sender S und einem Empfänger Absind in bezug auf die Bezugsfläche 6 ortsfest gelagert und auf die Mitte 7 des Kugelsegmentes ausgerichtet Die Sensoren bilden mit der Senkrechten durch den Lagerungspunkt 5 des Steuerknüppels einen Winkel. Die Sensoren weisen von der Außenfläche des Kugelsegmentes einen Abstand d auf. Jeder Empfänger empfängt einen Teil der Strahlung aus dem betreffenden Sender, die von der Außenfläche des Kugelsegmentes reflektiert wird.

Steht nach der F i g. 1 der Steuerknüppel 4 in einer Einstellung — a — (die Normalstellung), so sind die Entfernungen <& und ck zwischen den beiden Sensoren und der Außenfläche des Kugelsegmentes gleich groß, so daß die Empfänger im gleichen Ausmaß bestrahlt werden. Mit unterbrochenen Linien sind weitere Einstellungen b und c des Steuerknüppels und des Kugelsegmentes dargestellt, wobei in der Einstellung — b — d) kleiner als cfe ist, so daß der Empfänger des Sensors 9 stärker bestrahlt wird als der Empfänger im Sensor 8. Steht der Steuerknüppel in der Einstellung — c —, so liegen die umgekehrten Verhältnisse vor. Die Empfänger sind m>t einem nicht dargestellten Verstärker so verbunden, daß die kophasigen Signale stark unterdrückt werden, so daß das Ausgangssignal allein aus einer Differenzspannung besteht. Bei einer gegebenen Beziehung zwischen den Kenngrößen D, d und β (beta) wird die Differenzspannung nahezu linear proportional zum Einstellwinkel λ des Steuerknüppels. Durch Ändern der genannten Kenngrößen und der Form der reflektierenden Fläche kann die Übertragungsfunktion innerhalb sehr weher Grenzen verändert werden.

lü Wird ein zweites Paar Sensoren in einer Ebene angeordnet, die senkrecht zur Bezugsfläche 6 und senkrecht zur Ebene der Sensoren 8 und 9 verläuft, so kann eine Bewegung des Steuerknüppels in einer weiteren Koordinate angezeigt werden. Bei Bewegungen des Steuerknüppels in anderen, zur Bezugsebene senkrechten Ebenen werden die Komponenten der Bewegung in den beiden Koordinaten angezeigt.

Aufgrund der besonderen Verkopplung der Sensoren mit dem Verstärker werden kophasige Störungen, beispielsweise als Folge schwankender Betriebstemperaturen, beseitigt. Ferner erfolgt auch keine Beeinflussung des Ausgangssignals bei Bewegungen des Reflektors und des Steuerknüppels in dessen Längserstrekkung. Infolge dieser Unterdrückung des Signals kann

2t der Lagerungspunkt 5 aus einer Gummimembran geeigneter Ausführung bestehen, wenn eine selbsttätige Rückstellung des Steuerknüppels erwünscht ist.

Die Fig. 2 zeigt eine andere Ausführung der Sender-Empfängeranordnung für einen Steuerknüppel.

ju An einem nicht dargestellten Steuerknüppel ist ein Kugelsegment IC befestigt, wobei zwei andere Einstellungen des Kugelsegmentes mit unterbrochenen Linien dargestellt sind. In der Mitte ist ein Sender 11 angeordnet, dessen Strahlung von der Außenfläche des Kugelsegments reflektiert und von den Empfängern 12 und 13 empfangen wird. In einer zur Bezugsebene senkrechten Ebene können weitere Empfänger angeordnet werden (nicht dargestellt) sowie senkrecht zur Ebene der Empfänger 12 und 13.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum kontaktlosen Anzeigen von Stellungsänderungen eines kugelförmigen Körpers bezüglich ortsfest angeordneter Sensoren mit Sender und Empfänger für elektromagnetische Strahlung, die vom Körper reflektiert wird, wobei die Sensoren symmetrisch zur Mittelachse der Einrichtung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der kugelförmige Körper als Kugelsegment mit diffus reflektierender Außenfläche ausgebildet ist, daß die Sensoren (8,9) bzw. die Empfänger (12, 13) auf den Mittelpunkt der Kugel des Kugelsegmentes ausgerichtet sind, und daß das Kugelsegment (10) in der Ebene der Empfänger (M, 12, 13) um einen Punkt (5) schwenkbar ist, der auf dem Durchmesser der Kugel um einen vorgegebenen Abstand (D) jenseits des Kugelmittelpunktes liegt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Paar Empfänger in zueinander senkrechten Großkreisebenen des Kugelsegmentes (10) vorgesehen sind.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender Infrarotstrahlung aussendende Halbleiterdioden und die Empfänger lichtempfindliche Halbleiterdioden sind.

4. Verwendung der Einrichtung zum kontaktlosen Anzeigen von Stellungsänderungen eines Körpers nach Anspruch 1 bei Steuerknüppeln für die Handsteuerung von ferngesteuerten Projektilen oder Luftfahrzeugen.