DE2526254A1

DE2526254A1 - Einrichtung zur beruehrungslosen messung der geschwindigkeit und zur bestimmung von deren richtung

Info

Publication number: DE2526254A1
Application number: DE19752526254
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Ing Kreutzer
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1975-06-12
Filing date: 1975-06-12
Publication date: 1976-12-23

Description

Einrichtung zur berührungslosen Messung der Geschwindigkeit und zur Bestimmung von deren Richtung.
Stand der Technik: Die Erfindung betrifft eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Einrichtungen sind beispielsweise aus den DT-OSen 21 44 487 und 23 42 696 bekannt, wobei jeweils ein optisch-elektrischerWandler für je ein Summensignal vorhanden ist. Statt dessen kann man auch für jeden Gitterspalt einen optisch-elektrischen Wandler vorsehen und elektrisch die Summe für die geradzahligen und ungeradzahligen Gitterspalten bilden, wie in den älteren Anmeldungen P 24 50 439 und P 24 54 299-vorgeschlagen.
Aufgabe: Es ist die Aufgabe der Erfindung die Genauigkeit der bekannten Einrichtungen zur Geschwindigkeitsmessung zu erhöhen und zusätzlich die Bestimmung der Richtung der Geschwindigkeit zu ermöglichen.
Lösung: Die Aufgabe wird mit den im Patentanspruch angegebenen Mitteln gelöst.
Vorteil: Die Erfindung ermöglicht auf sehr einfache Weise die Erkennung der Bewegungsrichtung bei Meßeinrichtungen, bei denen ohnehin zur Geschwindigkeitsmessung eine getrennte Auswertung der Signale der ungeradzahligen- und der geradzahligen Spalten des Gitters vorgesehen ist.
Beschreibung: Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen: Fig.l eine Einrichtung mit einem optischen Gitter und je einem optisch/elektrischen Wandler für jede Gitterspalte; Fig.2a das am Punkt a in Fig.3 auftretende Freguenzspektrum; Fig.2b das an den Punkten b und c in Fig.3 auftretende Frequenzspektrum; Fig.3 eine Schaltungsanordnung zur Verarbeitung der von der Einrichtung nach Fig.1 abgegebenen Signale.
Die Einrichtung nach Fig.1, die zusammen mit der Schaltungsanordnung nach Fig.3 zur Bestimmung der Geschwindigkeit v und der Bewegungsrichtung einer Fläche F mit statistisch verteilter Rauheit dient, besteht im wesentlichen aus einer Optik, die durch eine Linse L angedeutet ist, einem optischen Gitter G, das n Spalten enthält, aus n Optiken H1 bis Hn, von denen jeweils eine hinter einer Spalte angeordnet ist und aus n gleichen optisch/elektrischen Wandlern W1 bis Wn. Die elektrischen Anschlüsse der Wandler sind mit 1 bis n und der Spaltenabstand ist mit d bezeichnet.
Fig.3 zeigt, wie die Signale der ungeradzahligen bzw.
der geradzahligen Spalten in Addierstufen Al bzw. A2 addiert werden. In einer Differenzstufe D wird das Differenzsignal Sa der Signale Sb und Sc an den Punkten b und c gebildet. Ein erstes Nachlauffilter K1, welches von einer Auswerteschaltung SG für die Geschwindigkeit gesteuert wird, unterdrückt die für die Geschwindigkeitsmessung störenden Frequenzen. Die Auswerteschaltung SG zeigt an ihrem Ausgang g die Geschwindigkeit an und steuert außer dem Nachlauffilter K1 auch ein zweites und ein drittes Nachlauffilter K2 und K3. Die Signale an den Ausgängen e und n der Nachlauffilter K2 und K3 werden in einem Phasendetektor P bezüglich ihrer Phase verglichen. Eine Auswerteschaltung SR für die Bewegungsrichtung zeigt an ihrem Ausgang i die Bewegungsrichtung an.
An den Punkten b und c der Fig.3 ergeben sich amplitudenmäßig die gleichen Frequenzspektren Sb(f) = Sc(f) (Fig.2b). Es besteht jedoch ein Unterschied in der Phase, welcher von der Frequenz abhängt. Die Signale Sb und Sc sind bei der Frequenz f=O gleichphasig und bei der Frequenz f1=v/2d gegenphasig (v=Geschwindigkeit).
Daher löschen sich die Gleichkomponenten von Sb und Sc bei der Differenzbildung in der Differenzstufe D aus, während sich bei flwv/2d die Signale addieren und es entsteht das in Fig.2a gezeigte Spektrum Sa. Zwischen der Phasendifferenz zuder Signale Sb und Sc besteht bei einer bestimmten Frequenz f2 der Zusammenhang dabei wird das Vorzeichen durch die Bewegungsrichtung der Oberfläche bestimmt.
Bei Bezug auf Sb ist also beispielsweise Sc(f2> = Sb(f2) ei.
Bewegt sich die Oberfläche in Zählrichtung der Punkte 1 bis n in Fig.1, so ist die Phasendifferenz Fnegativ; bei entgegengesetzter Bewegung ist ç positiv.
Zur Bestimmung der Bewegungsrichtung werden die Signale Sb und Sc auf die Nachlauffilter K2 und K3 gegeben, welche durch die Auswerteschaltung SG auf eine Frequenz f2 abgestimmt werden, die in einem bestimmten Verhältnis zur geschwindigkeitsproportionalen Frequenz fl steht.
Ist beispielsweise f2=0,5 fl, so ist die Phasendifferenz der Signale an den Punkten a und h der Fig.3 je nach Bewegungsrichtung + 900 oder -90° und die Richtungsauswertung SR zeigt an ihrem Ausgang i das Vorzeichen + oder - an.
Da in den Spektren Sb und Sc Nullstellen auftreten, deren Anzahl und Lage von der Anzahl n der Spalten abhängt, muß das Verhältnis f2/f1 so gewählt werden, daß bei der Frequenz f2 auch tatsächlich ein Signal mit ausreichender Amplitude auftritt.
Die Erfindung kann sowohl zusammen mit der in der älteren Anmeldung P 24 50 439 angegebenen Einrichtung zur berührungslosen Geschwindigkeitsmessung verwirklicht werden, als auch mit Einrichtungen bei denen das Licht der ungeradzahligen und geradzahligen Spalte durch optische Mittel vor der optisch/elektrischen Wandlung addiert wird.

Claims

Patentanspruch

Einrichtung zur berührungslosen Messung der relativen Geschwindigkeit zwischen dieser Einrichtung und einem reflektierenden oder selbstleuchtenden Gegenstand mit statistisch rauher Oberfläche, bei der ein optisches Gitter, das senkrecht zur Oberfläche des Gegenstandes und in einer zu dieser parallelen Ebene angeordnet ist, und mit dem optischen Gitter zusammenwirkende optisch/elektrische Wandler vorgesehen sind und getrennt die Summen der von den geradzahligen und den ungeradzahligen Gitterspalten herrührenden Signale und anschliessend in einer Differenzstufe die Differenz der beiden Summensignale gebildet wird, wobei das Differenzsignal ein Frequenzspektrum ist, aus dem in einer Auswerteschaltung die Mittenfrequenz des schmalbandigen Rauschens mit der größten Amplitude gewonnen wird, die ein Mass für die Geschwindigkeit ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Differenzstufe (D) und der Auswerteschaltung (SG) ein von der Auswerteschaltung gesteuertes erstes Nachlauffilter (K1) geschaltet ist, daß zur zusätzlichen Bestimmung der Richtung der Geschwindigkeit das eine Summen signal auf ein zweites Nachlauffilter (K2) und das andere Summensignal auf ein drittes Nachlauffilter (K3) gelangen, die von der Auswerteschaltung gesteuert werden, wobei die Mittenfrequenz (f 2> der Nachlauffilter in einem bestimmten Verhältnis zur geschazindigkeitsproportionalen Frequenz (f1) steht, und dass die Nachlauffilter mit einem Phasendetektor (P) verbunden sind, denen eine zweite Auswerteschaltung (SR) nachgeschaltet ist, die das Vorzeichen der Phasenverschiebung und damit die Geschwindigkeitsrichtung ermittelt.

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