DE2407816A1 - Phasenempfindlicher bewegungsdetektor - Google Patents

Description

Patentanwälte

Br.-Ing. Wilhelm Reiche!
Dipl-Ing. Wolfgang ßeichel

6 Frankiuri a. M. 1
Parksiraße 13

7756

ROCKWELL INTERNATIONAL CORPORATION, El Segundo, CaI. VStA

Phasenempfindlicher Bewegungsdetektor

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bewegungsdetektor der Art, bei dem ein bewegliches Bauteil, z.B. ein rotierendes Teil, ein Rotor, Anker, Läufer oder dgl,, an diesem Bauteil befindliche Elemente besitzt, die periodisch beabstandet entlang der Bewegungsrichtung angebracht sind, d.h. im Falle eines-rotierenden Teils entlang des Umfangs. In einem Fühler oder Sensor, der dem Bauteil gegenüberliegt, werden Signale induziert, wenn sich die Elemente des Bauteils an dem Fühler vorbeibewegen. Von den induzierten Signalen abgeleitete Impulse stellen Inkremente der Bewegung dar und können als ein Maß der Verschiebung, Geschwindigkeit oder Beschleunigung verwendet werden, wenn es erforderlich ist. Eine Anwendungsmöglichkeit eines derartigen Detektors ist die Verwendung in einem rutschfesten Bremssystem, bei dem es notwendig ist, die Geschwindigkeit und Abbremsung eines Rades zu messen. 409834/0904

Bei einem bekannten Versuch einer technischen Ausführung dient eine Scheibe mit gleichmäßig beabstandten Zähnen (den Elementen des Bauteils) aus magnetischem Marterial entlang ihres äußeren Umfangs als das bewegliche Bauteil und ein Ε-Kern wird verwendet, um nachzuweisen, daß ein Zahn eine Referenz- oder Bezugssteliung passiert. Ein derartiges Abfühlen kann Phasennachweis eines Nullamplituden-Analogdifferentialausgangssignals von den zwei Sensorwicklungen des Ε-Kerns beinhalten, wie es dem Fachmann wohlbekannt ist.

Einige der Nachteile eines derartigen Bewegungsdetektors sind die Amplitudenempfindlichkeit gegen exzentrische oder axiale Bewegung des Bauteils (die von Drehbewegung verschieden ist), Ausgangsempfindlichkeit auf Zeit-Phasen-Quadraturkomponenten der Wechselspannungserregung des Ε-Kerns bei Vorhandensein der gewünschten Phasennachweisnullempfindlichkeit und die Schwierigkeiten beim Verwenden des Nullsignals (im Vergleich zu einem Spitzensignal oder Impuls), das die.Bezugsstellung anzeigt.

Ein Mittel zum Vermeiden der Probleme einer Nullbezugssignalempfindlichkeit und der Empfindlichkeit gegen exzentrische oder axiale Bewegung ist die Verwendung eines geschichteten Ε-Kerns, um ein phasenempfindliches Ausgangssignal zu erzeugen, das eine mittlere oder Bezugsstellung eines Bauteilelementes angibt, und eine takt-Eiäßig gesteuerte bistabile Schaltung, die auf Phasenzustandsänderungen des E-Kern-Ausgangssignals anspricht, wird in der Zeit-Phasenquadratur bezüglich der Wechselspannungserregung der E-Kernerregungswicklung getaktet, wobei eine vorhergewählte Zustandsänderung des Zweizustandsausgangssignals der bistabilen Schaltung eine Bezugsstellung des Bauteils anzeigt.

409834/0904

Obgleich die Empfindlichkeit gegen axiale Bewegung durch Aussparen eines mittleren Teils der Polstücke oder Polschuhe des geschichteten Ε-Kerns in dem Bereich derartiger Bewegung verringert wird, ist die Vorrichtung noch etwas amplitudenempfindlich gegen solche Bewegung in dem Ausmaß solcher Unsymmetrien in dem Aufbau des geschichteten E-Kerns.

Mit anderen Worten erfordert eine derartige Vorrichtung Wechselspannungserregung einer Erregerwicklung des Ε-Kern-Sensors, Quadratur oder Flächeninhaltsbestimmung der Zeitphasenverschiebung eines Bezugseingangssignals zu der phasenempfindlichen logischen Zentraleinheit und erfordert einen hohen Grad der Sensorsymmetrie, um Ansprechen auf axiale Bewegung zu vermeiden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein- Bewegungsdetektor geschaffen, der ein bewegliches Bauteil mit entlang der Bewegungsrichtung des Bauteils periodisch beabstandet angebrachten Elementen des Bauteils und ein Fühlerpaar oder zwei Sensoren enthält, die dem Bauteil gegenüberliegen und in der genannten Richtung um einen Betrag beabstandet sind, der im wesentlichen gleich (N + ^) P ist, wobei N eine ganze Zahl und P der Abstand der Elemente voneinander ist, wobei die Sensoren auf die Bewegung der Elemente ansprechen und entsprechende erste und zweite induzierte Wechselsignale erzeugen, der da-. durch gekennzeichnet ist, daß er für die ersten und zweiten Signale empfindliche Einrichtungen enthält, die ein Signal mit zwei Zuständen, d.h. ein binäres Signal, liefern, das einen ersten Zustand annimmt, wenn das erste und das zweite Signal gleiche Polarität besitzen, und einen zweiten Zustand annimmt, wenn das erste und das zweite Signal von verschiedener Polarität sind, daß er ferner eine für eines der ersten und zweiten Signale empfindliehe Einrichtung, die jedesmal einen Ausgangsim-

409834/0904

puls abgibt, wenn ein Element durch eine Referenz- oder Bezugsstellung bezüglich der Sensoren hindurchgeht, und für die relativen Zeitdauern der zwei Zustände des binären Signals empfindliche Einrichtungen enthält, die verhindern, daß die Ausgangsimpulse abgegeben werden, wenn die Differenz zwischen den Zeitdauern der ersten und zweiten Zustände eine vorherbestimmte Richtung (sense) entsprechend dem miteinander in Phase- oder näherungsweise in Phase-sein der ersten und zweiten Signale besitzt.

Bewegung in der besagten Richtung induziert erste und zweite Signale, die wenigstens näherungsweise außer Phase sind. Diese Differenz besitzt dann eine Richtung, die entgegengesetzt zu der vorherbestimmten Richtung ist, und die Ausgangsimpulse werden richtig abgegeben. Jedoch induziert Bewegung transversal zu der besagten Richtung erste und zweite Signale, die wenigstens näherungsweise in Phase sind. Die Differenz besitzt dann die vorherbestimmte Richtung, und es wird verhindert, daß die Ausgangsimpulse abgegeben werden, z.B. durch Schließen einer Torschaltung.

Die Erfindung wird nun im einzelnen beispielsweise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

In den Figuren zeigt:

409834/0904

Fig. 1 eine schema ti sehe Darstellung der Anordnung der Übertragungselemente, die in einer Ausführungsform der Erfindung verwendet werden, und stellt die gewünschten und unerwünschten Komponenten der relativen interessierenden Bewegung dar;

Fig. 2 eine sohematische Anordnung als Blockschaltbild eines Systems, das eine Ausführungsform der Erfindung darstellt;

Fig. 3 ein Blockschaltbild, das das System nach Fig. 2 in näheren Details darstellt;

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines weiteren Merkmals, das dem System nach Fig. 3 zugefügt werden kann;

Figuren 5 und 6 "Familien" von repräsentativen Zeitverläufen, die das Ansprechen des Systems nach Fig. 3 auf die entsprechenden in Fig. 1 gezeichneten Bewegungen darstellen;

Fig. 7 ein Blockschaltbild in weiteren Einzelheiten der Anordnung nach Fig. 3 und

Fig. 8 ein Blockschaltbild in weiteren Details der Anordnung nach Fig. 4.

In Fig. 1 besitzt ein Paar gleicher Polstücke oder Polschuhe 10 und 11, die ähnlich durch die Magnete 12 und 13 permanen-bmagnetisiert werden, entsprechende empfindliche Wicklungen 14 und 15, die auf sie gewickelt sind, wodurch zwei magnetische Sensoren gebildet werden. Es ist ebenfalls ein Bauteil 16 vorgesehen, wie z.B. eine geschlitzte Scheibe, die drehbar in bezug auf die Polschuhe 10 und 11 angebracht ist und regelmäßig beäbstandete Zähne aus einem magnetischen Material aufweist, und die Polschuhe 10 und

409834/0904

sind gegeneinander in einer Richtung parallel zu der äußeren Umfangsrichtuhg der Drehung des Bauteils 16 um einen Betrag beabstandet, der im wesentlichen gleich dem Abstand zwischen einer Vorderkante und einer rückwärtigen Kante eines Zahnes 17 plus einer ganzen Zahl von Zahnabständen ist, wobei die ganze Zahl in der Darstellung 1 ist. Der Abstand der Sensoren ist daher (1 + -φ P, wobei P der Abstand der Zähne ist, vorausgesetzt, daß die Zähne und die Spalte oder Abstände zwischen ihnen von gleicher Umfangsabmessung sind.

Eingangssignale einer Zentraleinheit 18 (die spezieller in Fig. 2 dargestellt ist) sind mit den Wicklungen 14 und 15 gekoppelt.

Beim Betrieb der Vorrichtung nach Fig. 1 führt normale Drehung (wie es dargestellt ist) der Bauteilscheibe 16 einen der magnetischen Zähne 17 in die Nachbarschaft des Polschuhes 10. So dient diese Bewegung zum Induzieren einer EMK (elektromotorischen Kraft) in jeder Wicklung 14 und 15, wie es durch die entsprechenden Kurven 21a und 21b in FIg. 5 dargestellt ist, und die induzierte EMK in jeder Wicklung besitzt eine Richtung oder Polarität, wenn sich der Zahn auf ihn zubewegt, und besitzt die entgegengesetzte Richtung, wenn der Zahn vorbeiläuft und sich von der Wicklung wegbewegt. Der Phasenabstand oder Abstand zwischen den Polschuhen 10 und 11 bewirkt jedoch, daß die zwei wechselnden EMK im wesentlichen in Antiphase sind. Wenn jedoch eine induzierte EMK aufgrund von Schwingung oder Vibration oder Bewegung senkrecht zu der in Fig. 1 dargestellten normalen Bewegung auftritt, dann werden die wechselnden Signale im wesentlichen in Phase sein, wie es durch die Kurven 121a und 121b in Fig. 6 dargestellt ist. Durch die Zentraleinheit 18 können die Signale auf verschiedene Weise verarbeitet werden,

409834/0904

so daß sie im wesentlichen unempfindlich gegen schwingungsinduzierte EMK und empfindlich auf im Prinzip normale Drehbewegung der Bauteilscheibe 16 sind, wie es spezieller in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben wird.

Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen, in der eine schematische Darstellung als Blockschaltbild eines Systems dargestellt ist, das eine Ausführungsform der Erfindung ist. Vorgesehen ist das Zustandssetzglied 31 zur Erzeugung eines "binären Ausgangssignals, das eine vorgewählte Einstellung der begleitenden Richtungszustande der in den Fühlerwicklungen 14 und 15 induzierten elektromotorischen Kräfte anzeigt.

Das "binäre Ausgangssignal besitzt einen Zustand, wenn die elektromotorischen Kräfte gleiche Richtung aufweisen, und den anderen Zustand, wenn die elektromotorischen Kräfte entgegengesetzte Richtung aufweisen. Es ist ebenfalls sine Torschaltung 32 vorgesehen die auf einen vorhergewahlten Zustand (1) der Intervalldifferenz zwischen den Zeitdauern der zwei Zustände des "binären Ausgangssignals der Vorrichtung 31 und (2) eines Äusgangssignalszustands der Fühlerwicklung 15 anspricht, um ein Torschaltungsausgangssignal zu liefern, das die Bewegung des Bauteils 16 (aus Fig. 1) nach einer vorhergewählten Referenz- oder Bezugsstellung bezüglich der Polschuhe 10 und 11 angibt. Ein derartiges Zusammenwirken kann ferner aus einer Betrachtung über die speziellere in Fig. gezeichnete Ausführungsform entnommen werden»

Wie in Fig. 3 dargestellt ist, sind erste und zweite hochverstärkende Sättigungsverstärker 33 und 33' vorgesehen, die auf die entsprechenden Fühlerwicklungen 14 und 15 ansprechen, us entsprechende bipolare Ausgangssignale zu erzeugen, deren Zustand die Polarität oder die Richtung

409834/0904

der in der entsprechenden Wicklung durch die Bewegung des Bauteilelementes 16 und entsprechend den Kurven 22a und 22b in Fig. 5 induzierten EMK anzuzeigen. Eine ausschließende oder exklusive ODER-Torschaltung 34 ist mit den Verstärkern 33 und 33' gekoppelt, um das binäre Ausgangssignal zu erzeugen, das die relativen Richtungen der Ausgangssignale der Verstärker 33 und 33' angibt und der Wellenform 23 in Fig. 5 entspricht. Mit anderen Worten liefert die ODER-Torschaltung 34 ein "wahres" Zustandsausgangssignal, wenn seine zwei binären Eingangssignale von entgegengesetzter Richtung sind.

Zusätzlich werden die Ausgangssignale der Verstärker 33 und 33^f jeweils den entsprechenden Schnittpunktdetektoren (cross-over detectors) 35 und 35' zugeführt, um den Wellenformen 24a und 24b aus Fig. 5 entsprechende Zeitsteuer- oder Taktimpulse zu erhalten, und diese Impulse markieren die Nullschnittpunkte oder Überkreuzungspunkte der Wellenformen 21a und 21b. Derartige Taktimpulse und der Ausgangszustand der Torschaltung 34 werden durch ein logisches Verknüpfungselement 36 verwendet, um einen Impuls (Kurvenverlauf 25 in Fig. 5) zu liefern, der jeden O zu 1 Übergang des binären Signals 23, d.h. jeden Nullschnittpunkt der Kurvenform 21b, anzeigt.

Ein taktmäßig gesteuerter Vor-/Rückwärtszähler 37 wird verwendet, um die relativen Zeitdauern der O- und 1 Zustände des binären Signals 23 zu bestimmen und ein der Richtung der Intervalldifferenz zwischen ihnen entsprechendes Ausgangssignal zu liefern. Dementsprechend ist ein Rückstelleingangssignal des Zählwerks 37 mit dem Ausgangssignal des logischen Verknüpf ungselementes 36 gekoppelt, um die Zählfolge durch Ansprechen auf jeden Impuls 25 zu beginnen. Jede Zählfolge umspannt einen halben Zyklus von einem der Signale 21a und 21b, nämlich von dem

409834/0904

Signal 21b in dem gezeigten Beispiel. Ein Vor-/Rückwärtssteuereingang des Zählwerks 37 ist mit dem Ausgang der ODER-Torschaltung 34 gekoppelt, so daß das Zählwerk vor- und rückwärts zählt, wenn das binäre Signal 23 entsprechend 1 und O ist.

Beim normalen Betrieb beginnt das Zählwerk 37 ein Zählintervall am Ende jedes halben Zyklus der periodisch in der Wicklung 15 induzierten EMK entsprechend den Kreuzungspunkten der. Kurve 21b (bei t^_t t, und te) in Fig. 5, und der Wert in dem Zählwerk wird in analoger Weise wie die Kurve 26 in Fig. 5 dargestellt. Die angezeigte Richtung des Zählens (Verlauf der Kurve 26) ist positiv oder eine "Vor-Zählung" innerhalb des Intervalles zwischen den Rückstellungen des Zählwerks durch das logische Verknüpfungselement 36 (Kurvenform 25 in Fig. 5) in Ansprechen auf einen Vorzähl-Steuerungszustand des Steuersignals (Wellenform 23) von Element 34. Solch ein Vorzähl-Steuerzustand wird durch den "1"-Zustand des Signals angezeigt, das während der Intervalle t^-t und t,-t, auftritt und der Koinzidenz von Teilen entgegengesetzter Richtung der Kurvenformen 22a und 22b entspricht. Eine "Rückwärtszählung" (negative Neigung der Kurve 26) tritt während der Intervalle t ~t^ und t^-t,- in Ansprechen auf den "O"-Zustand des Signals 23 von der ausschließenden ODER-Torschaltung 34 auf und entspricht Teilen gleicher Richtung der Kurvenform 22a und 22b. Auf diese Weise wird am Ende jeder Halbwelle oder jeden halben Zyklus der Kurve 21b sofort vor dem Rückstellen des taktmäßig gesteuerten Zählwerks 37 ein aus dem Zählwerk ausgelesenes Ausgangssignal (zu den Auslesezeiten t·, und te) geliefert, das der Richtung der Differenz zwischen den Vorzähl- und Rückwärtszähl-Intervallen entspricht und das als Kurvenform 27 in Fig. 5 dargestellt ist.

409834/0904

2407818

Für den in Fig. 5 gezeichneten Fall für normale Bauteilbewegung ist eine positive Richtung für derartige taktmäßig gesteuerte Zählwerkausgangssignale angegeben (Kurve 26 bei t-, und bei te).

Die positive Richtung der Zählwerkausgabe für den normalen in Fig. 5 gezeichneten Fall wird als ein Torschaltungs-Steuerungssignal (Kurvenform 27) für eine Torschaltung 38 verwendet, die in Koinzidenz mit einem Impuls 24b von dem Detektor 35 ein Ausgangssignal liefert (Kurvenform 28), das die Bewegung eines Zahnes 17 (des Bauteils 16 in Fig. 1) an der Wicklung 14 auf einem Polschuh 10 vorbei anzeigt. Bekannte (nicht dargestellte) Einrichtungen bewirken, daß ein Impuls 28 nur in Ansprechen auf Impulse 24b erzeugt wird, der von in's Negative gehenden Nulldurchgängen der Kurvenform 21b abgeleitet ist, so daß nur ein Ausgangsimpuls 28 pro Zyklus der Kurvenform 21b entsteht.

In dem Fall einer Vibrations- oder Schwingungsbewegung oder einer Bewegung senkrecht zu der normalen Bewegungsrichtung, die in Fig. 1 gezeichnet ist, wird an dem Ausgang der Torschaltung 38, wie in Fig. 6 gezeigt ist, kein Ansprechsignal erzeugt.

In Fig. 6 ist ein beispielhafter Zeitverlauf des Ansprechens der Vorrichtung nach Fig. 3 dargestellt, wobei die letzten zwei Ziffern der Bezugszeichen für die Kurvenformen den gleichen zwei Stellen der in Fig. 5 verwendeten Bezugszeichen entsprechen. Durch das Prüfen derartiger Zeitverläufe ist es klar, daß die Vibrationsbewegung oder -mode, die in Fig. 1 angezeigt ist, zu einem mehr etwa in Phase Ansprechen der Wicklungen 14 und 15 führt, wie es durch die zwei Kurvenformen 121a und 121b und die beiden Kurvenformen 122a und 122b dargestellt ist,

409834/0904

wobei ein folglich verringertes Intervall des "wahren" Zustands der Kurvenform 123 auftritt. Ein derartiges verringertes "wahres" Zustandsintervall für die Torschaltung 34 und ein vergrößertes "falsches" Zustandsintervall davon führt zu-einer letztlich negativen Richtung der Halbzykluszählung bei dem Auslesen des Zählwerks 37 (Kurvenformen 126 und 127 zu den Zeiten t₂ und t^). Ein derartiger "falscher" Zustand der Zählwerkauslesung blockiert wirksam die Torschaltung 38 gegen das Ansprechen auf den vorgewählten halben Zyklus der Kurvenform 122b, wodurch kein periodisches Ausgangssignal oder Ausgangssignalwechsel an der Torschaltung 38 auftritt. Mit anderen Worten, falsche Signalgebung auf fälschliche Bewegung oder eine nicht interessierende Phasenbeziehung werden vermieden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Anordnung nach Fig. 3 wird geeignete Synchronisation oder taktmäßige Steuerung zwischen den Bauteilen der funktioneilen logischen Yerknüpfungseinheiten durchgeführt, ims ein genaueres Zusammenarbeiten sicherzustellen wie es dem Fachmann weitgehend bekannt ist. Derartige taktmäßige Steuerung kann durch Taktgeber bewirkt werden, die in weiteren Einzelheiten in Fig. 7 gezeigt sind.

In Fig. 7 ist eine bevorzugte Ausführungsform der logischen Yerknüpfungselemente "von Fig. 3 dargestellt, in der taktmäßig gesteuerte Flipflops in ähnlichen Detektoren 35 und 35^f, dem logischen Verknüpf ungs element 36 und der Torschaltung 38 verwendet werden. Das bipolare Eingangssignal zu einem jeweiligen entsprechenden Detektor 35 oder 35^! wird einem taktmäßig gesteuerten D-artigen Flipflöp 40 zugeführt, von dem ein Ausgangssignal sowohl einem zweiten taktmäßig gesteuerten D-artigen Flipflop 41 und einer exklusiven oder ausschließenden ODER-Torschaltung 42 des Detektors als auch als eins der

409 8 3 4/0904

zwei Eingangssignale der ODER-Torschaltung 34 zugeführt wird, Die Ausgangstorschaltung 42 ist weiterhin ansprechend mit einem Ausgang des zweiten Flipflop 41 gekoppelt. Auf diese Weise entsteht bei normalem Betrieb des Überkreuzungs- oder Schnittpunktdetektors 35 oder 35' ein "wahrer" Zustand oder ein vorhergewählter binärer Ausgangszustand an dem Ausgang der ausschließenden QDER-Torschaltung 42 in Ansprechen auf einen taktmäßigen Zustandswechsel von einer Richtung, die an der Ausgangsleitung 43 des ersten Flipflop 40 auftritt und einen ersten Kreuzungspunkt oder den Start eines ersten Halbzyklus (von Kurve 21a) anzeigt, während Flipflop 41 abgeschaltet wird. Ein Zustandswechsel der entgegengesetzten Richtung für Flipflop 40 beseitigt dann den "wahren" Zustand von Leitung 43, während er jedoch das taktmäßig gesteuerte zweite Flipflop 41 in einen "wahren" Zustand setzt, wodurch die Torschaltung 42 veranlaßt wird, einen zweiten Kreuzungspunkt oder Beginn eines zweiten HaIbzyklusses (von Kurve 21a) signalmäßig anzuzeigen. Dementsprechend entspricht das gepulste Ausgangssignal der Torschaltung 42 für das Element 35 dem Ansprechen auf den Halbzyklus von Kurve 24a in Fig. 5.

Das logische Verknüpfungsglied 36 zum Nachweis des Halbzyklus gleicht, wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, eine UND-Torschaltung 43 ab, die für die Ausgangssignale der Detektoren 35 und 35^f empfindlich ist, und ebenfalls eine zweite UND-Torschaltung 44, die einen ersten und einen zweiten Eingang aufweist, der empfindlich für den Ausgang der ausschließenden ODER-Torschaltung 34 über jeweils ein entsprechendes erstes Flipflop 45 und einen Phasenumkehrer 46 gekoppelt ist. (Alternativ dazu kann das Bauteil 44 eine UND-Torschaltung enthalten und die Phasenumkehrschaltung 46 weggelassen werden.) Auf diese Weise wird ein erstes und ein zweites Eingangssignal der zweiten UND-Torschaltung 44 in Wirkverbindung mit jeweils

409834/0904

2407616

einem Element 45 und 46 gekoppelt. Ein erster Eingang einer dritten Torschaltung 47 vom NOR-Typ des logischen Verknüpfungsgliedes 36 ist in Wirkverbindung mit dem Ausgang der Torschaltung 43 gekoppelt, und ein zweiter Eingang ist mit einem Ausgang der Torschaltung 44 empfindlich gekoppelt.

Beim normalen Zusammenwirken der Elemente des logischen Verknüpfungsgliedes 36 wird das Ende eines Halbzyklus als die Koinzidenz eines miteinander in Phase (0°) oder in Antiphase (180°)-Stehens zwischen den Kurven 22a und 22b bestimmt, wie es durch eine Koinzidenz der Kurven 24a und 24b in Fig. 5 angezeigt ist^ und als ein zugehöriges "wahres" Zustandsausgangssignals der Torschaltung 43 (in Fig. 7) bestätigt. Ein derartiger zyklischer "wahrer" Zustand wird über die inklusive ODER-Torschaltung 47 einem Flipflop 51 zum Rückstellen und Auslesen des Zählwerks 37 zugeführt.

Wenn jedoch die Kurvenformen 21a und 21b (und daher die Kurvenformen 22a und 22b) in einer anderen als in einer gegenseitigen Inphase- oder Antiphase-Beziehung stehen, wie es dargestellt ist, dann arbeiten die UND-Torschaltung 44 und das D-artige Flipflop 45 zusammen, um (für ein Taktintervall) einen synchronisierten Rückstellimpuls in Ansprechen auf ein "wahres" Zustandsausgangssignal der Torschaltung 34 zu liefern, das dem Flipflop 45 zugeführt wird, und ein derartiges Ansprechsignal erscheint an dem Ausgang der ODER-Torschaltung 47 und ist in Fig. 5 als Kurvenform 25 dargestellt. Dementsprechend kann festgestellt werden, daß das logische Verknüpfungsglied 36 mit den anderen Bauteilen so zusammenarbeitet, daß es bewirkt, daß das Zählwerk 37 (über Flipflop 51) rückgestellt wird und (auf Leitung q15 des Zählwerks 37) jeder Halbzyklus beim 0 zu 1 Zustandswechsel der Kurvenform 23 (für die exklusive

409834/0904

ODER-Torschaltung 34) oder Vorderkante der Kurvenform 24b ausgelesen wird.

Beim Rückstellen des Zählwerks 37 (entsprechend dem Beginn eines Halbzyklus der Kurvenformen 21b und 22b) wird ein Vorzähl-Steuersignal der Steuerleitung des Zählwerks 37 über die Torschaltung 34 zugeführt, wobei das "wahre" Zustandsausgangssignal von Torschaltung 34 (Kurvenform 23 bei t₁-t₂ und t^-t,-) der Koinzidenz von Teilen entgegengesetzter Richtung der Halbzyklen der Kurvenformen 22a und 22b entspricht. Die Dauer oder das Intervall eines derartigen Vorzähl-Steuerzustands wird durch das Zählwerk 37 gezählt und bei einer Zustandsurnkehr der Torschaltung 34 (Kurvenform 23 bei t^-t, und t^-tc und entsprechend gleicher Richtung der Kurvenformen 22a und 22b) wird ein Rückwärtszähl-Steuersignal dem Steuereingang des Zählwerks 37 zugeführt, wie es oben in Verbindung mit der Beschreibung von Fig. 3 erläutert worden ist.

Beim Rückstellen des Zählwerks 37 tritt ebenfalls ein binäres ausgelesenes Signal auf Q15 desselben auf, von dem ein "wahrer" Zustand der positiven Richtung der Kurvenform 26 zu den Auslesezeiten t, und t^ in Fig. 5 entspricht, und dies ist durch die Torschaltungssteuerkurvenform 27 dargestellt. Wie in Verbindung mit der Beschreibung von Fig. 3 dargestellt worden ist, steuert ein "wahrer" Zustand von solch einem Torsteuersignal in Koinzidenz mit einem ausgewählten Zustand oder Halbwelle von angenommen der Kurvenform 22b mit Hilfe des Torsignals den Ausgang der Torschaltung 38, wodurch ein Impulsausgangssignal erzeugt wird, das der Zeit-Phasen-Beziehung der Bauteilbewegung hinter einer vorhergewählten Bezugsstellung in Fig. 1 entspricht.

409834/0304

Eine Verbesserung der Anordnung nach den Figuren 3 und enthält das Einschließen einer hohe und niedrige Frequenzen zurückhaltenden Vorrichtung, die auf das Ausgangssignal der ODER-Torschaltung 34 und auf das Zählwerk 37 anspricht, zum Zurückhalten beliebiger Signale, die mit Zustandsänderungen der Torschaltung 34 außerhalb einer vorhergewählten auftretenden Frequenz verbunden sind und daher Rauschen oder uninteressante regellose Eingangssignale anzeigen. Auf diese Weise wird unklares Ansprechen auf die numerischen Begrenzungen der Zählwerks (Niederfrequenzarbeitsgrenze des Systems) vermieden, und Ansprechen auf Hochfrequenzrauschen wird gedämpft. Das zusätzliche Merkmal ist in Fig. 4 gezeigt durch das dargestellte Zusammenwirken der Hocli/Hieder-Frequenzübersteuerungseinheit 39 (oderHoch/Msder-Frequensverdeckung), w& die Ausgangssignaltorscnaltung 38' auszuschalten. Solche Hoch/Hieder-Frequenz-i/erdeckiiEigseinr-ichtungen sind spezieller in Fig. 8 dargestellt«

Ia Fig. 8 ist die Frequenz.übersteuerungsvo^rieätmig 9 aaoh Fig. 4 spezieller als Hochfrequenzabbloc'keiBSieit 39a und Niederfrequenzabblockeinrichtung 39b dargestellt*

BIe Hiederfrequenzabblockeinheit 39b enthält ein taktsäßig gesteuertes J-K-Flipflop mit einem J-Eingang, der wirkungsmäßig mit einem "Träger^-Ausgang des Zählers 37 gekoppelt ist, so daß eine Empfindlichkeit für das Ende ^edes durch das Zählwerk 37 ausgezählten vollständigen Zyklus entsteht, und dieses Flipflop enthält ferner einen X-EIngang, der wirksam mit dem Ausgang des Halbzyklusdetektors 35 (aus Fig. 7) gekoppelt ist, wobei ©in Ausgangssignal des Flipflop 39b als eine zusätzliche logische Steuerung oder ein Torschaltungssignal der Ausgangssignaltor schaltung 38» zugeführt wird.

409834/0904

Wie dem Fachmann bekannt ist, ist die Wahrheitstabeile für den Zustand GL eines taktmäßig gesteuerten J-K-Flipflop in Werten der J- und K-Eingangssignale und eines früheren Zustands Q_n--I eines derartigen Flipflop wie folgt:

^Qn

O O

0 1 O 10 1

1 1 Q

Sin auf den neuesten Stand gebrachter Ausgangszustand von GL in Ansprechen auf die angelegten J-K-Eingangssignale wird bis zum Auftreten des nächsten Synchronisierungstaktimpulses verzögert. Wenn dementsprechend das Zählwerk 37 einen Überlauf zustand oder eine maximale Zählung während des Halbzyklus der Kurvenform 21b erreicht, d.h. zwischen aufeinanderfolgenden Ausgangssignalen des Detektors 35» wird die Torschaltung 38' abgeschaltet. Auf diese Weise tritt Niederfrequenzabblockung durch Ansprechen auf die Kurvenform 23 auf, die in irgendeinem Zustand langer als jene maximale Taktzeit ist, die für das Zählwerk 37 erforderlich ist, um den Überlaufzustand zu erreichen.

Eine Hochfrequenzabblockvorrichtung 39a ist vorgesehen, um zu testen, ob die Periode der Kurvenform 23 (in Fig. 5) für das Element 34- wenigstens einem minimalen Intervall gleich ist, wobei solch ein minimales Intervall dem Auftreten eines vorhergewählten Zustandswechsels auf angenommen Anschluß (tap) Q2 von Zählwerk 37 entspricht. Eine derartige Frequenzabblockeinrichtung

409834/0904

enthält eine UND-Torschaltung 41, die auf die Q2- und Q15-Ausgänge des 16 Bit Zählwerks 37 anspricht, und ein taktmäßig gesteuertes J-K-Flipflop 42 mit einem J-Eingang, der auf das Ausgangssignal von Detektor 35 (Fig.7) anspricht, und einen K-Eingang, der auf das Ausgangssignal der Torschaltung 41 anspricht.

Obgleich die Fühler oder Sensoren in Begriffen eines Bewegungsdetektors der elektromagnetischen induktiven Art beschrieben worden sind, ist die Erfindung nicht auf diesen Typ begrenzt,. Es ist klar, daß irgendwelche beliebige duale sensor- oder fühlerartigen Bewegungsdetektoren verwendet werden können, bei denen zwei Fühlerelemente um einen Abstand voneinander beabstandet sind, der im wesentlichen einer Hälfte des Abstandes der Bauteilelemente plus einer ganzen Zahl dieser Abstände entspricht.

Obgleich die Erfindung ebenfalls an Hand des Ansprechens auf Bewegung in einer Richtung beschrieben worden ist, ist die Vorrichtung nicht darauf begrenzt und spricht auf Bewegung in einer entgegengesetzten Richtung an, wobei natürlich die dualen Beziehungen zwischen den Signalrichtungen, auf die das System anspricht, in jedem Fall die gleichen sind.

409834/0904

Claims (1)

1. Patentansprüche

   Bewegungsdetektor mit einem beweglichen Bauteil, das entlang der Bewegungsrichtung des Bauteils periodisch beabstandet angebrachte Elemente des Bauteils enthält, und einem Fühlerpaar oder zwei Sensoren, die dem Bauteil gegenüberliegen und in der genannten Richtung um einen Betrag beabstandet sind, der im wesentlichen gleich (N + *y) P ist, wobei N eine ganze Zahl und P der Abstand der Elemente voneinander ist, und die auf die Bewegung der Elemente ansprechen und entsprechende erste und zweite induzierte Wechselsignale erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß er für die ersten und zweiten Signale empfindliche Einrichtungen (33, 33', 34) enthält, die ein Signal mit zwei Zuständen, d.h. ein binäres Signal, liefern, das einen ersten Zustand annimmt, wenn das erste und das zweite Signal gleiche Polarität besitzen, und einen zweiten Zustand annimmt, wenn das erste und das zweite Signal von verschiedener Polarität sind, daß er ferner eine für eines der ersten und zweiten Signale empfindliche Einrichtung (35), die jedesmal einen Ausgangsimpuls abgibt, wenn ein Element (17) durch eine Referenz- oder Bezugsstellung bezüglich der Fühler oder Sensoren (10, 12, 14; 11, 13, 15) hindurchgeht, und für die relativen Zeitdauern der zwei Zustände des binären Signals empfindliche Einrichtungen (36, 37, 38) enthält, die verhindern, daß die Ausgangsimpulse abgegeben werden, wenn die Differenz zwischen den Zeitdauern der ersten und zweiten Zustände eine vorherbestimmte Richtung entsprechend dem miteinander in Phase- oder näherungsweise in Phase-sein der ersten und zweiten Signale besitzt.

   409834/0904

   240781&

   2 a Bewegungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für die relativen Zeitdauern der zwei Zustände des binären Signals empfindlichen Einrichtungen (36, 37, 38) ein doppelseitig arbeitendes Zählwerk (37) enthält, das kontinuierlich Taktimpulse in einer Richtung zählt, wenn das binäre Signal den ersten Zustand besitzt, und in der anderen Richtung zählt, wenn das binäre Signal den zweiten Zustand aufweist, und daß er eine Einrichtung (36) zum Rückstellen des Zählwerks enthält, die das Zählwerk jedesmal wenn das binäre Signal seinen Zustand in einer vorherbestimmten Richtung ändert auf einen vorgegebenen Wert zurücksetzt_/ und daß die Richtung der genannten Differenz dadurch bestimmt ist, ob der Wert in dem Zählwerk (37) unmittelbar vor dem Rücksetzen desselben algebraisch über oder unter dem vorgegebenen Wert liegt.

   3» Bewegungsdetektor nach Anspruch 1 oder· 2, dadurch .gekennzeichnet, daß die Äusgangsimpulse durch eine Torschaltung (3B) geliefert werden, die gesperrt istj wenn die Differenz die vorherbestimmte Richtung aufweist«

   4. Bewegungsdetektor nach Anspruch 1,2 oder 3» dadureh gelsennzeichnet^ daß die Einrichtung, die das binäre Signal liefert. Einrichtungen (33s> 33^f) zum Umwandeln der ersten und sweiten Signale in Rechteckwellen und eine ausschließende oder exklusive ODER-Torschaltung (exclusive OR gate) (34) enthält, die auf die Rechteckwellen anspricht«

   409834/0904

   5. Bewegungsdetektor nach Anspruch 1,2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente des Bauteils voneinander beabstandete ferromagnetische Elemente (17) sind und daß ^eder Fühler oder Sensor eine Spule (14, 15) enthält, die mit einem magnetisierten Polstück oder Polschuh (10, 11) verbunden ist, wodurch das Vorbeilaufen eines Elementes an dem Polschuh eine elektromotorische Kraft in der Spule induziert.

   409834/0904