DE2518054A1

DE2518054A1 - Schaltungsanordnung zur bestimmung der richtung einer linearbewegung oder des drehsinns einer drehbewegung

Info

Publication number: DE2518054A1
Application number: DE19752518054
Authority: DE
Inventors: Hans-Hellmuth Dr Cuno
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-04-23
Filing date: 1975-04-23
Publication date: 1976-11-04
Also published as: DE2518054C2

Description

Schaltungsanordnung zur Bestimmung einer Linearbewegung oder des Drehsinn einer Drehbewegung.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Bestimmung der Richtung einer Linearbewegung oder des Drehsinns einer Drehbewegung mit einer einzigen Differentialstufe, insbesondere unter Verwendung von Feldplatten, deren Widerstandswert durch Anderung des sie durchsetzenden magnetischen Flusses, beispielsweise durch Vorbeibewegung eines Eisenteiles veränderbar ist.
Differentialstufen der vorgenannten Art, welche auch als Differentialfühler bezeichnet werden sind beispielsweise aus der DT-OS 2 238 525 bekannt. Bei derartigen Differentialfühlern sind zwei veldpletten elektrisch mit zwei ohmschen Widerständen zu einer Brücke zusammengeschaltet. Wird über die Feldplatten, welche auf einem Pol eines Magneten angeordnet sind, ein Eisenteil bewegt, 80 wird der sie durchsetzende magnetische Fluß und damit der Widerstandswert geändert. Diese Änderung des Widerstandswertes führt zu einer entsprechenden Änderung des Ausgangssignals der Brücke. Die Signalform des Ausgangssignals der Brücke ist dabei von der Bewegungarichtung des Eisenteiles abhängig.
Zur Erfassung der Bewegungsrichtung ist nun bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Differentialstufe eine hysteresebehaftete Schaltstufe nachgeschaltet ist.
Weitere Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in den Unterensprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Äusführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigt: Figur 1 ein Schaltbild einer Brückenschaltung eines an sich bebekannten Differentialfühlers; Figur 2a ein Signaldiagramm der Ausgangs spannung der Brücke nach Figur 1 als Funktion des Ortes eines über Feldplatten in der Brücke bewegten Eisenteils; Figur 2b ein Signaldiagramm der Ausgangsspannung einer an den Nullzweig der Brücke nach Figur 1 angekoppelten hysteresebehafteten Schaltstufe bei dem Verlauf der Spannung im Brücken-Nullzweig nach Figur 2a; Figur 3a und 3b jeweils ein Signal-Zeit-Diagramm der Ausgangsspannung der Brücke nach Figur 1; Figur 4a und 4b jeweils ein Signaldiagramm der Ausgangsschaltspannung der hysteresebehafteten Schaltstufe fiir eine Linearbewegung; Figur 5a und 5b jeweils ein Signaldiagramm der Ausgangsschaltspannung der hysteresebehafteten Schaltstufe für eine Drehbewegung; Figur 6 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
Gemäß Figur 1 sind zwei Feldplatten FP1 und FP2 mit zwei Ohm'schen Widerständen R1 und R2 zu einer Brücke zusammengeschaltet, welche mit einer Versorgungsspannung UA im Brücken-Nullzweig abgenommen wird.
Die Feldplatten FP1 und FP2 sind konstruktiv Teil eines Differentialfühlers, wie er beispielsweise in der obengenannten DT-OS 2 238 525 beschrieben ist.
Wird nun bei einer derartigen Anordnung ein (nicht eigens dargestelltes) Eisenteil über die Feldplatten bewegt, so ändert sich die Ausgangsspannung UA in Bezug auf eine Ruhespannung UAO. Dieser Sachverhalt wird anhand der Diagramme nach Figur 2a und 2b sowie 3a und 3b erläutert. Es sei angenommen, daß sich das Eisenteil in einer Richtung bewegt, in der es zunächst in den Bereich der Feldplatte FP1 und sodann in den Bereich der Feldplatte FP2 gelangt.
Dabei vergrößert sich zunächst der Widerstandswert der Feldplatte FP1, sodaß die Ausgangsspannung UA gemäß Figur 2a über den Wert UAO ansteigt. Gelangt das Eisenteil sodann in den Bereich der Feldplatte FP2, 8o fällt die Ausgangsspannung UA unter den Wert UAO ab. Insbesondere hat also die Ausgangsspannung UA als Funktion der angegebenen Bewegung des Eisenteiles sowohl in Abhängigkeit vom Ort (Fig.2a) als auch vor der Zeit t (Figur 3a) einen periodischen Verlauf mit einem Maximum und einem Minimum.
Wird nun die Bewegungsrichtung des Eisenteiles umgekehrt, sodaß es zunächst in den Bereich der Feldplatte FP1 gelangt, so kehrt sich gemäß Figur 3b auch die Reihenfolge des Maximums und des Minimums der Ausgangs spannung UA um.
Wird nun an den Brücken-Nullzweig nach Figur 1 erfindungsgemaß eine hysteresebehaftete Schaltstufe angeschaltet, so kann die Reihenfolge des Maximums und des Minimums zur Erfassung der Bewemgsrichtung und der Lage des Eisenteils ausgewertet werden.
Diese Schaltstufe verharrt in dem Schaltzustand, der beim Durchlaufen des letzten Extremwertes angenommen wurde. Die Schaltschwellwerte der Schaltstufe sind in den Figuren 3a und 3b in Form von gestrichelten Linien eingezeichnet und mit UA1 bzw. UA2 bezeichnet. Bei diesen Schaltschwellwerten ergibt sich eine mit H bezeichnete Hysterese. Figur 2b zeigt den Verlauf der Spannung US als Funktion des Ortes des Eisenteils.
Es sei nun angenommen, daß die mit U5 bezeichnete Schaltspannung der Schaltstufe vor dem Maximum der Spannung UA gemäß Figur 4a den Wert Null besitzt. Erreicht die Ausgangsspannung UA in einem Zeitpunkt t1 den Schaltschwellwert UA, so springt die Schaltspannung US auf den Wert U51, den sie bis zu einem Zeitpunkt t2 beibehält, indem die Spannung UA gleich dem zweiten Schaltschwellwert UA2 annimmt.
Für eine Bewegung in Gegenrichtung (Fig. 3b) kehren sich die Vernaltnisse um, d.h., die Schaltspannung U5 springt im Zeitpunkt t1 vom Wert U51 auf den Wert Null und im Zeitpunkt t2 wieder auf den Wert U51 (Figur 4b).
Damit ist also die Bewebungsrichtung des Eisenteiles in bezug auf die Feldplatten F?1 und FP2 eindeutig erfaßt und der Ausgang der Schaltstufe zeigt an, auf welcher Seite des Differentialfühlers sich das Eisenteil befindet.
In entsprechender Weise kann der Drehsinn einer Drehbewegung durch ein an den Feldplatten vorbeilaufendes Zahnrad erfaßt werden, bei dem in Weiterbildung der Erfindung das Verhältnis zwischen Zähnen und Zahnlücken ungleich 1:1 und beispielsweise gleich 1:3 ist. Durch ein derartiges Verhältnis von Zähnen zu Zahnlücken ist gewährleistet, daß sich immer nur eine Feldplatte FP1 bzw. FP2 im Wirkungsbereich eines Zahnes des Zahnrades befindet und daß die Schaltstufe in der Lücke im zuletzt eingenommenen Zustand verharren kann.
Entsprechend den anhand der Figuren 3a bis 4b erläuterten Verhältnissen ergeben sich die in den Figuren 5a und 5b dargestellten Verläufe der Ausgangsschaltspannung U5der hysteresebehafteten Schaltstufe. Wird dabei jeweils ein Mittelwert M1 (Figur 5a) bzw. M2 (Figur 5b) erfaßt, so ist damit eine eindeutige Bestimmung des Drehsinns möglich.
Figur 6, in der gleiche Elemente wie in Figur 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, zeigt eine Ausführungsform einer an den Brücken-Nullzweig angeschalteten hysteresebehafteten Schaltstufe. Diese Schaltstufe wird durch einen Operationsverstärker OP gebildet, der einen Rückkopplungswiderstand R3 zwischen seinem Ausgang und seinem nichtinvertierenden Eingang (+) besitzt.
6 Figuren 5 Patentansprüche

Claims

P e t e n t a n s O r ü c n e 1.) Anordnung zur Bestimmung einer Linearbewegung oder des Drehsinns einer Drehbewegung mit einer einzigen Differentialstufe, insbesondere unter Verwendung von Feldplatten, deren Widerstandswert durch änderung des sie durchsetzenden magnetischen Flusses, beispielsweise durch Vorbeibewegung eines Eisenteils veränderbar ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Differentialstufe eine hysteresebehaftete Schaltstufe nachgeschaltet ist.
2.) Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i chn e t, daß die Ausgangsspannung der Schaltstufe die Lage des Eisenteils bezogen auf den Differentialfühler angibt.
3.) Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i chn e t, daß das den Widerstendswert der Feldplatten verändernde Eisenteil als Zahnrad mit einem Zahn - Lückenverhältnis ungleich 1:1 ist.
4.) Anordnung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i chn e t, daß das Zahn - tückenverhältnis des Zahnrades gleich 1:3 ist.
5.) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß die hysteresebehaftete Schaltstufe als Operationsverstärker mit einem Kopplungswiderstand zwischen seinem Ausgang und seinem nichtinvertierenden Eingang ausgebildet ist.