DE2532060A1 - Einrichtung zum messen von geschwindigkeiten oder strecken an bewegten traegern magnetischer oder elektrostatischer felder mit anteilen von regellosen feldverteilungskomponenten - Google Patents

Description

• einrichtung zu Messen von Geschwindigkeiten oder Strecken an bewegten Trägern magnetischer oder elektrostatischer felder mit Anteilen von regellosen Feldverteilungskomponenten.
• Es sind optische Einrichtungen bekannt geworden, z.B.
• D O S 22 37 564, die über eine Lichtstrahlen führende optische Einrichtung Objektflächen mit Gittern verknüpfen, um die zu Objekten gehörigen Relativgeschwindigkeiten oder relativ zurückgelegten Strecken messen. Solche optische Einrichtungen sind empfindlich gegen Verschmutzungen und Umwelteinflüsse. Insbesondere zur Regelung kontinuierlicher Prozesse, wie des Heisswalzen von Metallen, dem Transport von Gas-oder Flüssigkeitssuspensionen, der Einleitung von Verbrennungs- oder Abgasen in die Atmosphäre oder auch bei dem Abspeilen von Aufzeichnungsträngern in der Form von Bändern, Trommeln oder Platten, sind Anordnungen erwünscht, die unabhängig von optisch störenden Grenzschiochten auf den Objekt- oder Sondenflächen funktionsfähig bleiben.
• Erfindungsgemäss können bereits vorhandene oder zusätzlich erzeugte mit den Objekten bewegte Feldverteilungen elektrischer oder magnetischer Felder mit regelloser oder pseudoregelloser Feldverteilung die z.B. mit den Dipolen magnetischer oder dielektrischer Kornstrukturen oder Raumladungszonen variabler Raumldungsfichte vorgegeben sind, dadurch messtechnisch ausgenutzt werden, dass eine Anzahl regelmässig angeordneter Feldsonden, z.B. den Spalten von Magnettonköpfen entsprechend, aus dem Ortosfrequenzgemisch der regellos wirkenden Verteilung der Feldvektoren des Objektes ein resultierendes Signal der Felsonden ableitet, das in seiner Grundfrequenz in einem ganzzahligen Verhältnis zu dem Verhältnis aus Ortsperiodität der Feldsonden zu der Richtungskomponente des Geschwindigkeitsvektors der Relativgeschwindigkeit des Objektes zu der Messrichtung der Feldsondenanordnung steht.
• Das Messprinzip sei an zwei 3eisBielen erläutert An einem vielspaltigen Magnetabnahmekopf mit parallelen Spalten ist entweder jedem Spalt ein getrennter Magnetflussring zugeordnet, der von einer Induktionsspule umgeben ist, oder es greifen zwei Systeme von Polstreifen ohne sich zu berühren kammartig so ineinander, dass die Polstreifen eines Kammes durch einer gemeinsamen Magnetflussring mit den Polstreifen des anderen Kammes verbunden sind, der von einer Abnahmespule umschlossen ist. Im Falle der getrennten Magnetflussringe sind die Wicklungen der einzelnen Magnetflussringe alle als analoge Addierer hinter-einander-geschal tet, bei der Kammstruktur tritt die analoge addition bereits in dem alle Teilflüsse der "Kammzinken" vereinigenden Magnetflussring ein. Die induzierte Spulenspannung wird aperiodisch oder frequenzbandselektiv soweit verstärkt, dass die Signalleistung ausreichend über den Störleistunsen in den Folgegliedern der Signalverarbeitung liegt Ein als "Phse-locked looptt bekannter Phasenregelkreis bringt einen spannungsgesteuerten Oszillator dazti, auf die Signalfrequenz oder eine zur Signalfrequenz harmonische Frequenz einzurasten. Die Steuerspannung des Oszillators oder die dazu analoge Oszillatorfrenluenz stellt ein Mass für die Objektgeschwindigkeit dar. Zur Messung der, von einem Startzeitpunkt vom Objekt zurückgelegten Strecke, wird die Steuerspannung oder die Periodenzahl des Nachlaufoszillators vom Startzeitpunkt ab in einem Spannungsintegrator oder einem Periodenzähler gespeichert Der Inhalt des Speichers, der zum Startzeitpunkt auf Null gesetzt war, ist ein Jass für die zurückgelegte Strecke.
• In zweiten Beispiel soll die Strämungsgeschwindigkeit, bzw. Die Auswerfmenge aus einem KAmin ermittelt werden.
• Dazu werden in gleichabständigen Ebenen, die senkrecht zur Kamischse liegen, parallel oder netzförmig angeordnete leitfähige Drähte isoliert als Feldsonden angeordnet.
• Die in dem messtechnisch wichtigen Frequenzbereich liegenden, an der jeweiligen Sondenebene, durch im Rauchstrom mitgeschlappten Raumladungen entstehenden Spannungen werden verstärkt und additiv gemischt. Eine automatische, nur langsarn ansprechende Verstärkungsregelung kann dafür sorgen, dass unabhängig von Schwankungen des Ladungstransportmechanismus im Rauchgas der Effekektivwert für das Signalfrequenzband am Verstärkerausgang gleich bleibt. anstelle der Spannunnsverstärker können auch die, aus er piezoelektrischen Messtechnik bekannten Ladungsverstärker verwendet werden.
• Bei Rauch und Abgasströmen, die durch ihre entstehung oder Nachbehandlung keine zur Signalgewinnung ausreichende Ladungsträgermodulation aufweisen, können vor dan Einlauf in die Messzone durch einen Hilfsmodulator mit elektrischen Ladun-Õen beladen werden. Die Zeitabhängigkeit des madungsaustrages des Modulators wird vorzugsweise von einem Zufallsgenerator gesteuert, der im Frequenzband der Signalfrequenzen eine annähernd konstante, spektrale Amplitudendichte als Rauschmodulation erzeugt Das Mischsignal aus den Verstärkern wird mit bekannten Methoden, wie der Kreuzkorrelation von variabel zeitverzögerten Signalen, Spektraldichtemessung oder Nachlaufoszillator zur Messung des Frequenzschwerpunktes des resultierenden Signales verwendet. Die ermittelte Sighalfrequenz, bezogen auf die Abstandsperiode der Messonden, ist ein Mass für die Durchströmungsgeschwindigkeit durch den, von den Sondenflächen erfassten Messquerschnitt.
• Bilden Magnetspalte ein zweidimensionales, z B. Kreuzliniengitter oder sind zueinander parallele Sondendrähte in einer lad ungsbeladenen Gas- oder Flüssigkeitsströmung gleichzeitig in zwei vorzugsweise orthogonal zueinander gelegenen Systemen von untereinander gleichabdtändigen Eben miteinander verknüpft, so liefert die Frequenzanalyze der Signale zwei Geschwindigkeitskompnenten für die Relativbewegung zwischen Messonden und Objekt.
• Soll das Vorzeichen der Geschwindigkeit von einer oder mehreren Geschwindigkeitskomponenten zusätzlich erfasst werden, so sind mindestens zwei gleichartige Systene von essspalten oder Messonden mit in Messrichtung liegender Verschiebung von vorzugsweise 1 der Messondenwiedeholperiode 4 eines Systems vorhanden. Gleichabständige Messonden können auch mit Wiederholperiodem von drei, vorzusweise vier oder mehr gleicllabständige Perioden zyklisch zugeordnet werden Die Ausgangssignale definieren dann mit der Frequenz geschwindigkeitsproportionale Drehfeldsignale, deren Umlaufsinn dem Geschwindigkeitsvorzeichen entspricht. Bei einer zyklischen Verknüpfung von je 4 Feldsonden in einer Reihevon 4 + 4- m Feldsonden können ( n = positive ganze Zahlen von 0 bis m ) z.B. alle Signale der Sonden der Nummern 1, 5 .. ( 1 + 4 n ) mit den invertierten Signalen der Sonden 3, 7 ( 3 + 4 n ) , ..... additiv zu einer Zweiphasendrehfeldkomponente gemischt werden. Die Signale der Sondennz.mern 2, 6 6...( 2 + 4 2 ) ,.... und die inverti.erten Signale der Sondennummeren 4, 8... . (4+4n), ... (4+4m werden gleichartig zu der anderen Zweiphasendzehteldkomponente zusammengefasst. Bei Bewegungsrichtungskumehr vertauschen sich die Ehasenlagen der beiden Drehfeldkomponenten.
• Bekannte Vor- Rückwärtzähler vorzeichenabhängige Integratoren enthalten bei Ansteuerung mit Drehfeldsignalen die Verlagerung des Messobjektes gegenüber einer Bezugsort für den der Integrationsinhalt zu Null gesetzt wurde.
• Um Trägerfrequenzsignale zu erzeugen, ist es lediglich notwendig, die ortsperiodisch angeordneten Messonden mit vorzugsweise konstanter Geschwindigkeit zu bewegen. Von der Bewegung der Sonden wird eine Bezugsfrequenz abgeleitet.
• Aus der positiven oder negativen Differenz von Messfrequenz und Bezugsfrequenz ist das Vorzeichen der Bewegung ableitbar. Bei bewegten sonden ist es besonders vorteilhaft, die Sonden zu einer Endlosstriktur, z.B. an der Peripherie eines Rades oder mit einer Transportkette zu vereinigen.
• Auch schraubenförmige Anordnungen auf dem Muntel eines rotierenden Zylinders sind anwendbar.
• Die aufgeführten Beispiele stellen nur einen kleinen Ausschnitt aus den Anwendungsmöglichkeiten der Messanordnungen dar.

Claims (13)

Ansprüche.

1. Einrichtung zum Messen von Geschwindigkeiten oder Strecken an bewegten Trägern magnetischer oder elektrostatischer Felder mit Anteilen von regellosen Feldverteilungskomponenten, dadurch gekennzeichnet, dass statische oder dynamische zumindest auf Änderungen von Feldvektoren ansprechende Messsonden fbr räumlich enX begrenzte Feldbereiche in ein- oder zweidimensionaler, gleichaständiger lineuer oder flächiger Anordnung vorhanden sind, und dass die an den Feldsonden entstehenden Signale durch gleichartige oder £lt einem Vielfachen der Ortsperioden der Feldsonden sich alternierend andernden Rechenoperationen miteinander verknüpft werden.

2. Messeinrichtungen nach Anspruch 1. dadurch gekennzeici'rnet, dass die Signalausgänge der Feldsonden durch analoge Rechenglieder miteInander verbunden sind, die zumindest gruppenweise ein resultierendes Ausgangssignal erzeugen.

3. Messeinrichtungen nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass die Signalausgänge der Feldsonden als normierte Signale durch digitale Rechenglieder miteinander verbunden sind, die zumindest gruppenweise ein resultierendes, vorzugsweise digitales Ausgangssignal erzeugen.

4. Messeinrichtungen nach Ansprüchen 1., 2., 3, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Messonden durch einen Spalt unterbrochene Ringstrukturen aufweisen, die bei gegenuber der Spaltlänge grossen Ringlängen aus Ringmaterialien bestehen, in welchem die Feldstärken klein gegenüber den SpaltSeldstärken sind, wobei die magnetischen oder elektrischen Flussänderungen in den Ringmaterialen in Signale umgesetzt werden.

5. Messeinrichtungen anch den Ansprüchen 1., 2., 3. dadurch gekennzeichnet, dass die Feldsonden berührungslos gegenüber flächig begrenzten Messobjekten relativ beweglich sind.

6. Messeinrichtungen nach den Asprüchen 1., 2., 3. dadurch gekennzeichnet, das die starr miteinander verbundenen eine Messfläche definierenden Feldsonden relativ zu dem flüssigen oder gasförmigen Messobjekt bezuglich sind.

7. Messeinrichtung-en nach den Ansprüchen 1., 2., 3. dadurch gekennzeichnet, dass die Feldsonden von dem flüssigen oder gasförmigen Messobjekt umströmt werden.

8. Messeinrichtungen nach den Asprüchen 1., 2., 3., 4., 5., 6., 7, dadurch gekennzeichnet, dass den Messonden in Bewegungsrichtung eine dem Messobjekt zumindest pseudoregellose elektrische oder magnetische Felder aufmodulierende Einrichtung vorgeschaltet ist.

9. Messeinrichtungen nach den Asprüchen 1., 2., 3., 4., 5., G., 7, dadurch gekennzeichnet, tis'- die, die Messondensignale verknüpfenden Mittel für Rechenoperationen Addierer für direkten oder invertierten Signale sind,

10. Messeinrichtungen nach den Asprüchen 1., 2., 3., 4., 5., 6., 7., 8. dadurch gekennzeichnet, das die, die Messonden signale verknüpfenden Mittel für Rechenoperationen Multiplizierer für die direkten oder reziproken Signale sind.

11. Messeinrichtungen nach den Ansprüchen 1., 2., 3., 4., 5., 6., 7,, 8., 9., 10. dadurch gekennzeichnet, dass den Mitteln für Rechenoperationen nach der Ansprüchen 9. und 10.

Zeitsummen oder Zeitintegrale bildende Mittel nachgeschaltet sind.

12. Messeinrichtungen nach den Aspruch 11. dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitsummen bildende Mittel ein speichernder Vielkanalanalysator ist.

13. Messeinrichtungen nach den Asprüchen 1. bis 12. dadurch gekennzeichnet, d-.ss örtlich gegeneinander verschobene, mindestens zwei ineinander vorschaltete Systeme von oder Drehfeldsignale liefern, die Vorzeichen und Betrag er Geschwindigkeiten, signalisieren.