DE2354295C3 - Einrichtung zum kontaktlosen Anzeigen von Stellungsänderungen eines Körpers - Google Patents
Einrichtung zum kontaktlosen Anzeigen von Stellungsänderungen eines KörpersInfo
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Description
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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 so
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
muß sehr auf den Aufbau und die Ausführung des Transformators geachtet werden. Ferne! 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 reflektiereude 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 !2 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 nättels des Spiegels nahezu auf sich
selber abgebildet wird, wenn sieb 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 erfindungsgemäßc 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
Fig, 1 eine Darstellung der Einrichtung mit dem
Kugelsegment und ihre Verwendung bei einem Steuerknüppel, und die
Fig,2 eine Darstellung einer anderen Ausföhrungsform
der Sende- und Empfangsanordnung für die Einrichtung mit dem Kugelsegment
Die F i g, 1 steigt eine Aysführungsform der Erfindung
mit einem Steuerknüppel 4, der bei 5 an einer Bezugsfläche 6 bewegbar angebracht ist Der unterhalb
der Bezugsfläche 6 gelegene vorstehende Teil des Steuerknüppels ist mit einem Kugelsegment 10 fest
verbunden, dessen Außenfläche homogen und diffus reflektierend ist Das Kugelsegment ist so angeordnet,
daß der Kugelmittelpunkt vom Lagerungspunkt 5 des Steuerknüppels einen vorgegebenen Abstand D aufweist
Zwei Sensoren 8 und 9 mit jceinem Sender 5 und einem Empfänger M sind 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 (fcr 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 Fig. 1 der Steuerknüppel 4 in einer
Einstellung — a — (die Normalstellung), so sind die Entfernungen ds und da 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 — di kleiner als dg 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 mit einem nicht dargestellten Verstärker
so verbunden, daß die kophasigen Signale stark unterdrückt werden, so daß das Ausganjjssignal allein
»us einer Differenzspannung besteht Bei einer gegebenen
Begehung zwischen den Kenngrößen D, d u»d 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 weiter Grenzen verändert werden,
to 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 wich keine Beeinflussung des Ausgangssignals bei Bewegungen des Reflektors
und des Steuerknüppels in dessen IJingserstrekkung. Infolge dieser Unterdrückung des Signals kann
der Lagerungspunkt 5 aus einer Guinmimembran geeigneter Ausführung bestehen, wenn eine selbsttätige
Rückstellung des Steuerknüppels erwünscht ist
Die Fig.2 zeigt eine andere Ausführung der
Sender-Empfängeranordnung für einen Steuerknüppel.
jo An einem nicht dargestellten Steuerknüppel ist ein
Kugelsegment 10 befestigt wobei zwei andere Einstellungen des Kugelsegmentes mit unterbrochenen Linien
dargestellt sind. In der Mitte ist ein Sender U 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.
Claims (4)
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 Handsteueiing von ferngesteuerten Projektilen
oder Luftfahrzeugen.
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