DE2440624A1 - Anordnung zur beruehrungslosen messung der schwingungen eines koerpers - Google Patents

Anordnung zur beruehrungslosen messung der schwingungen eines koerpers

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DE2440624A1
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Klaus Ing Grad Bajorat
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H9/00Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means

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Description

  • Anordnung zur berührungslosen Messung der Schwingungen eines Körpers Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur berührungslosen Messung der Schwingungen eines Körpers, insbesondere des Fahrdrahtes von elektrischen Bahnen.
  • Bei der Messung der Fahrdrahtschwingungen werden bei den angestrebten höheren Fahrgeschwindigkeiten Bedingungen berücksichtigt werden müssen, die zu einer Optimierung der Oberleitungssysteme und der Stromabnehmer führen.
  • Es wird daher angestrebt, die Optimierung durch Rechner-Simulation zu errechnen. Die theoretischen Ergebnisse müssen jedoch bei verschiedenen Betriebsbedingungen in der Praxis überprüft werden, um mögliche fehlerhafte Ansätze zu entdecken und die Ubereinstimmung mit der Theorie festzustellen.
  • Es ist bereits bekannt, eine Bildabtastung hinter einem Deleobjektiv mit einer Photoelementzeile in hochintegrierter Ausführung durchzuführen. Bei diesen Bauelementen ist jedoch die Verstärkung des Signals durch Operationsverstärker unumgänglich. Außerdem würden schon geringfügige Erschütterungen der Anordnung einen relativ großen Fehler in der Messung hervorrufen (Applikationsbericht "Optoelektronische Bauelemente", F. Eckold, R. Gebhardt, AEG-TELE-FUNKEN, B2/V.7.22/O1 70, Seite 9).
  • Die Aufgabe besteht daher darin, eine Anordnung zur beruhrungslosen Messung der Schwingungen eines Körpers, insbesondere des Fahrdrahtes von elektrischen Bahnen, zu schaffen, welche zuverlässig auch schnelle Schwingungen bei verschiedenen wechselnden Betriebsbedingungen mißt.
  • Die Aufgabe wird nach der Erfindung durch zwei einander gegenüber stehende optisch verbundene Gehäuse gelöst, von denen das eine eine Lichtquelle, einen Spiegel, ein Linsensystem und eine Spaltblende, das andere eine Phototransistorzeile enthält, die so angeordnet sind, daß der Lichtstrom durch eine lichtundurchlässige Kante des zu messenden Körpers moduliert wird.
  • Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen im folgenden näher erläutert.
  • Als Ausführungsbeispiel wird die Messung der Schwingungen des Fahrdrahtes einer elektrischen Bahn in Fig. 1 dargestellt. Die Anordnung wird stationär an einer geeigneten Stelle des Bahnkörpers errichtet. Sie besteht aus zwei Teilen, von denen sich der eine Teil auf der einen Seite und der andere Teil auf der anderen Seite des Bahnkörpers befindet. Der eine Teil besteht aus einem Gehäuse 1, das eine Lichtquelle 2, einen Spiegel 3, und ein Linsensystem 4 und eine parallel zum Fahrdraht orientierte Spaltblende 5 enthält. Der andere Teil besteht aus einem Gehäuse 6, welches eine Phototransistorzeile 7 enthäLt. Diese ist über nicht dargestellte Leitungen mit einer Auswerteeinrichtung verbunden.
  • Das Licht der Lichtquelle 2 wird durch den Spiegel 3 und das Linsensystem 4 gebündelt und durch die Spaltblende 5 von zweckentsprechender Bemessung auf die Phototransistorzeile 7 gerichtet. Die beiden Teile sind in der Höhle so angeordnet, daß der zu beobachtende Körper, in diesem Falle ein Fahrdraht 8 einer elektrischen Bahn, sich in dem Lichtkegel befindet. Die Messung wird bei Nacht durchgeführt, um eindeutige Beleuchtungsverhältnisse zu erzielen. Die Spaltbreite ist abhängig vom Fahrdrahtdurchmesser. Beide bestimmen die Kernschattenbreite, die wiederum die Breite der Lichteintrittsflächen der Phototransistoren festlegt. Es muß sichergestellt sein, daß immer mindestens ein Phototransistor Schwarz-Signal abgibt. Als Lichtquelle kann eine Proåektionsglühlampe verwendet werden. Bei den zu messenden Vertikalschwingungen des Fahrdrahtes wird' der Schatten nicht immer auf dieselbe Stelle der Phototransistorzeile fallen, sondern sich in einem Winkel bewegen, der durch die vertikale Freiheit des Fahrdrahtes festgelegt ist. Die Ausdehnung der Phototransistorzeile ist so zu wahlen, daß dieser Winkel erfaßt wird.
  • In Fig. 2 ist die Schaltung der Auswerteeinrichtung dargestellt. Maximal zwei Phototransistoren der 128 vorgesehenen werden vom Kernschatten des Fahrdrahtes getroffen und liefern ein Signal If an den entsprechenden Multiplexereingang.
  • Acht Multiplexer 16- p1 werden für die 128 Eingänge benötigt. Die Eingangssignale werden in zeitlicher Reihenfolge nach Maßgabe der Stellung des Zählers 11 und des BCD-Dekoders 12 am Ausgang 128 1 erscheinen. Der Abfrage zyklus wird von einem frei laufenden HF-Generator 13 gesteuert. Erscheint am Multiplexerausgang ein Schwarz-Signal 1', so wird über eine Impulsstufe 14 der Stand des Zählers 11 in einen 7 bit-Speicher 15 übernommen.
  • Gleichzeitig wird ein Zähler 16 nullgesetzt. Dieser Zahler 16 blendet nach einem Schwarz-Signal über eine UND-Verknüpfung 17 eine gewünschte Anzahl von - z. B. 120 -Abfrageschritten aus. Schwarz-Signale, die nach dem Erfassen der FZhrdrahtschattenkante auftreten könnten, werden eleminiert. Damit wird eine große Störsicherheit der gesamten Anordnung erreicht. Die Schrittbreite, in der der Zählerstand 16 in den Speicher 15 übernommen werden kann, ist frei wählbar durch die dem Zähler 16 nachgeschUtete UND-Verknüpfung 17. Die Zykluszeit für den Abfragevorgang der 128 Phototransistoren hängt von der Steuerfrequenz ab. Die Frequenz kann bis 10 NHz bei Standard-TTL betragen.
  • In diesem Zusammenhang soll noch eine Möglichkeit erörtert werden, statt des kontinuierlichen Glühlampenlichtes gepulstes Infrarotlicht von einer Gallium-Arsenid-Leuchtdiode für die künstliche Beleuchtung einzusetzen.
  • Das Lichtfokussierungssystem bleibt dabei unverändert.
  • Die Leuchtdiode wird an die Stelle des Lampenglühfadens gesetzt.
  • Die Lichtpulse werden am Anfang eines jeden Multiplexerabfragetaktes ausgelöst und müssen so lange andauern, bis die Empfänger-Phototransistoren das Licht erkannt haben, d. h., die Lichtimpulslänge muß größer als die Einschaltzeit der Phototransistoren sein. Daraus resultiert, daß ein Abfragezyklus mindestens gleich der Summe der 128 Puls zeiten dauert.
  • Bei Gluhlampenstrahlung bestimmt eine Phototransistoreinschaltzeit allein die maximal mögliche vertikale Meßgeschwindigkeit des Fahrdrahtes. Der Abfragezyklus ist davon unabhängig und frei unterhalb 10 ?iEz wäi?lbar.
  • Die Abfrageeinrichtung der Phototransistoren - von oben nach unten oder von unten nach oben - bestimmt die obere oder untere Kante des Fahrdrahtkernschattens zum Meßort. Die Erfassung der oberen Kante des Fahrdrahtes ist zweckmäßig, da beim Durchlauf des Stromabnehmers der Meßvorgang nicht verfälscht wird. Allerdings ist dann ein Meßpunkt direkt unter einem Hängerseil nicht möglich. Hier müßte die untere Kante erfaßt werden.
  • Der Speicherinhalt wird zu einer Anzeige 18 und von Leitungsverstärkern 19 mit z. B. 24 V-Signal-Pegel zur zentralen Datenerfassung 20 übertragen.
  • Die Vorteile einer solchen Anordnung bestehen darin, daß bei Nacht eindeutige gleichbleibende Lichtverhältnisse am Meßort bestehen, daß handelsübliche Phototransistoren mit großer Lichtempfindlichkeit verwendet werden können, die direkt Standard-TTL-Kreise ansteuern, daß die Länge der Phototransistorzeile noch digitale Auflösungen von 1%odes Fahrdrahthubs bei Verwendung von Miniaturtransistoren erreichen läßt, daß das Meßergebnis von Erschütterungen, z. B. von vorbeifahrenden Zügen, die vertikale, horizontale oder Winkelbewegungen der beiden Teile auslösen können, nur unwesentlich beeinflußt wird und daß der Abbildungsmaßstab durch Abstandsänderungen leicht justierbar ist.
  • Im Vorstehenden ist die Messung der Schwingungen eines Fahrdrahtes beschrieben worden. Die Anordnung kann jedoch auch für andere Zwecke verwendet werden. So kann z. B. damit Filmmaterial von bewegten Objekten automatisch abgetastet werden, indem auf die Phototransistorzeile das Bild der Körperkante eines Films maßstabgerecht projiziert wird, wobei eine Synchronisation der Bildfrequenz mit der Abfragefrequenz der Transistorzeile erfolgt.
  • 5 Seiten Beschreibung 3 Patentansprüche 2 Blatt Zeichnungen mit 2 Fig.

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Anordnung zur berührungslosen Messung der Schwingungen eines Körpers, insbesondere des Fahrdrahtes von elektrischen Bahnen, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h zwei einander gegenüber stehende optisch verbundene Gehäuse, von denen das eine eine Lichtquelle, einen Spiegel, ein Linsensystem und eine Spaltblende, das andere eine Phototransistorzeile enthält, die so angeordnet sind, daß der Lichtstrom durch eine lichtundurchlässige Kante des zu messenden Körpers moduliert wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den Schatten jeweils beaufschlagte Phototransistor durch Einstellung eines an die Zahl der Phototransistoren angepaßten Digital zählers erst unmittelbar vor der zu erwartenden Lage des Schattens freigegeben wird.
3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle eine Gallium-Arsenid-Leuchtdiode vorgesehen ist, die zu Beginn des Abfragetaktes der einzelnen Phototransistoren der Phototransistorzeile einen Lichtpuls aussendet.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0110152A2 (de) * 1982-11-25 1984-06-13 Kromberg & Schubert Abtastsystem für Schwingungen von Materie
WO2010127883A3 (de) * 2009-05-07 2011-03-10 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum erkennen einer zustandsänderung einer oberleitungsanlage

Cited By (3)

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EP0110152A3 (en) * 1982-11-25 1986-01-15 Kromberg & Schubert Transforming system for mechanical vibrations
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