DE2631624A1

DE2631624A1 - Winkelgeschwindigkeitssensor mit kompensation des unrunden laufs des erregerringes

Info

Publication number: DE2631624A1
Application number: DE19762631624
Authority: DE
Inventors: Rand J Eikelberger
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 1975-08-08
Filing date: 1976-07-14
Publication date: 1977-02-10
Also published as: ES449082A1; DE2631624B2; SE410358B; IT1067398B; JPS5221875A; CA1063209A; AU1456376A; FR2320556B1; BR7603563A; GB1495250A; SE7605725L; US3971995A; DE2631624C3; FR2320556A1

Description

P AT15 NTAN WALTE

BR.IKTG. II. NEGENDANK (-1973) · dipu-ing. H. HAHCK · dipl.-1'Hys. W. SCHMITZ DiMWNG. E. GKAAIJFS · dipl-ing. W. WEHNERT

ΗΑΜΒπΚβ-MÜNCIIEN 2631 6 2

ZÜSTELLrKGSAXSCHRIFT: ITAMBTTRG 36 · WEUERWAM41

TEL·. 30 74 28 TJND 30 4115

ILLINOIS TOOL WORKS INC. teiegb.

8501 West Higgins Road München is · mozartstr, 33

Chicago, Illinois 60-331/USA ^TBt· ^53SOfJ8e

TEiEGR. HEÖEDAPATENT MÜNCHEN

Kamburg. 9. Juli 1976

Winkelgeschwindigkeitssensor mit Kompensation des unrunden Laufs des Erregerringes

Es ist die Verwendung von Ringkernen bekannt, jäielmit einer Wicklung versehen sind, die ein Wechselstromsignal beziehen, um die Winkelgeschwindigkeit eines magnetisierbaren Erregerringes oder -rades mit Zähnen oder ähnlichen Vorsprüngen in der Nähe des Keines zu erfassen. Ein allen bekannten Vorrichtungen gemeinsamer Nachteil liegt jedoch in der Tatsache, daß bei einem exzentrischen oder unrunden Lauf des Erregerringes oder -rades eine zusätzliche unerwünschte Geschwindigkeitsmodulation des Trägersignals zusätzlich zu der erwünschten Geschwindigkeitsmodulation eintritt. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltung, die diese durch den unrunden Lauf erzeugten, unerwünschten Modulationen in einem Winkelgeschwindigkeitssensor des oben beschriebenen Typs eliminiert, um die Betriebssicherheit und Genauigkeit der Vorrichtung zu verbessern.

— 2 —

609888/0777

Die Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Schaltung zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit.

Die Ausführung der vorliegenden Erfindung ist in der schematischen Zeichnung dargestellt, in der der Kern 10 neben dem sich drehenden Rad oder Erregerring 12 angeordnet ist. Der Erregerring 12 dreht sich um seine Mittelachse 13 und besitzt eine Vielzahl von hervorstehenden Zähnen 14 an seinem Umfang, die durch die Zwischenräume 16 getrennt sind und die nacheinander neben dem Kern vorbeibewegt werden, wenn der Ring,wie durch den Pfeil dargestellt,rotiert. Die Zähne 14 sind bezüglich des Kerns so dimensioniert, daß der Kern 10 im wesentlichen magnetisch gesättigt ist, wenn er neben einem der Zähne 14 liegt, und daß der Kern ungesättigt ist, wenn er neben einem der Zwischenräume 16 liegt. Auf diese Weise wird der Kern 10 aufeinanderfolgend gesättigt und ungesättigt entsprechend der Winkelgeschwindigkeit des Rades.

Ein Permanentmagnet 19 ist neben dem Umfang des Kernes 10 auf der gegenüberliegenden Seite des rotierenden Erregerrings 12 gelagert. Der Magnet 19 ist so magnetisiert, daß seine Längsseiten 21 und 23 entgegengesetzte Polaritäten besitzen, wie in der Zeichnung dargestellt ist. Der Zweck des Permanentmagneten 19 ist es, einen magnetischen Fluß

e ο,9 β ae/.0 7 7.7

durch den Kern 1O zu dem Erregerring 12 zu liefern, da der Erregerring 12 vorzugsweise aus nichtmagnetischem Material gebildet wird. Falls der Erregerring 12 aus einem magnetischen Material hergestellt ist, würde das wesentlich die Herstellungskosten des Ringes erhöhen, jedoch könnte der kleine Permanentmagnet 19 dann weggelassen werden.

Eine Windung 18 ist induktiv um den Ringkern 10 gewickelt und mit einem Hochfrequenzwechselstromoszillator 20 verbunden, um ein Trägersignal an den Kern 10 zu liefern. Der Oszillator 20 kann ein beliebiger Typ eines geeigneten Hochfrequenzoszillators sein und ist in der dargestellten Ausführung ein Colpitts Oszillator, dessen Frequenz in der Größenordnung von einem MHz liegt. Der Oszillator 20 besitzt einen Transistor 22, dessen Emitter 24 mit der Wicklung 18 und dessen Kollektor 26 mit dem Anschluß 28 einer positiven Spannungsquelle verbunden ist. Die Basis 30 des Transistors 22 liegt an dem Verbindungspunkt von zwei Widerständen 32 und 34. Die andere Seite des Widerstandes 34 liegt an dem geerdeten Anschluß 36, während die andere Seite des Widerstands 32 mit dem Kollektor 36 des Widerstands 22 verbunden ist. Ein Koppelköndensato^{r 3S} liegt zwischen der Basis 30 und- dem einen Ende der Verbindung eines Kondensators 40 und einer Induktivität 42, deren anderes Ende mit dem geerdeten Anschluß 36 verbünden ist. Der zweite Anschluß des Kondensators 4O ist mit der Verbindung

SO 9 8 δ 67 0 7 Tt

eines weiteren Kondensators 44 und dem Emitter 24 des Transistors 22 verbunden» Die zweite Seite des Kondensators 44 ist ebenfalls mit dem Endabschnitt 36 verbunden. Die Kondensatoren 40 und 44 und die Induktivität 42 bilden die frequenzbestiminenden Elemente des Oszillators 20. Der Strom von dem Oszillator 20 fließt durch die Windung 18 und einen Widerstand 46, der in Reihe mit der Windung 18 liegt _t zur Erde über den geerdeten Anschluß 48.

Der Abschnitt der Schaltung in der Zeichnung, der soeben beschrieben wurde, ist aus dem Stand der Technik bei Schaltungen zum Erfassen der Geschwindigkeit bekannt. Um die Modulationen durch unrunden Lauf des Erregerrin.ges zu eliminieren, die auf der Exzentrizität des Erregerringes 12

der
beruhen, verwendet /beschriebene Geschwindigkeitssensor die Demodulations- und Ausgangsschaltung 50. Die Schaltung 50 besitzt einen Eingangsanschluß 52, der mit der Verbindung des Widerstandes 46 und der Wicklung 18 verbunden ist, sowie einen Ausgangsanschluß 54. Das zusammengesetzte modulierte Eingangssignal, das an dem Eingangsanschluß 52 erscheint, besitzt ein Modulationskomponentensignal, das von der Winkelgeschwindigkeit des Erregerrings oder Rades 12 in Übereinstimmung mit der Rate, mit der die hervorstehenden Zähne 14 den Kern 10 passieren, abhängig ist. Falls der Erregerring 12 ein perfektes Rad wäre, besäße er keine Exzentrizität bezüglich seiner Mitte 13. Jedoch ist es in der

109 886/077"?

Praxis unmöglich,, bei vertretbaren Kosten einen Erregerring herzustellen, der nicht zumindest ein gewisses Maß an Exzentrizität besitzt» Diese Exzentrizität oder der unrunae Lauf liefern eine unerwünschte Modulation des Trägersignals, das irrtümliche Geschwindigkeitsanzeigen verursachen kann. Die Demodulation und Ausgangsschaltung 50 nach der vorliegenden Erfindung liefert ein Mittel, wodurch die Modulationskomponente, die durch den unrunden Lauf oder die Exzentrizität des Erregerringes erzeugt wird, im wesentlichen eliminiert wird.

Die Modulation durch unrunden Lauf wird in der Schaltung im wesentlichen durch die Verwendung von zwei Demodulationshetzwcrken 56 und 58 eliminiert. Der Ausgang des Demodulationsnetzwerkes 56 ist mit dem nichtinvertierenden Eingangsans:;hluß 60 einer Komparator schaltung 62 verbunden, während der Ausgang der Dernodulationssehaltung 58 mit dem invertierenden Eingang 64 des Komparators 62 verbunden ist. Ein verstellbarer Widerstand 65 zur Verstärkungsregelung für das Netzwerk 58 mit der Verbindung des Eingangs des Netzwerks 56 und des Eingangs des Netzwerks 58 verbunden.

Das Derüoäulationsnetzwerk 56 besteht aus einer Diode 66, deren Anode 68 mit dem Eingangsanschluß 52 und deren Kathode 70 mit dem anderen Ende des Kondensators 72 verbunden ist, dessen zweite Seite -an dem geerdeten Anschluß 74 liegt.

— 6 —

SO 9.8 86/0777'-

Ein Widerstand 76 liegt im Nebenschluß über dem Kondensator 72, wobei ein Ende des Widerstands 56 mit dem geerdeten Anschluß 74 verbunden ist und die andere Seite des Widerstandes an dem nichtinvertierenden Eingang 60. des Komparators 62 liegt.

Das Demodulationsnetzwerk 58 besteht aus einer Diode 78, deren Anode 80 mit dem einen Ende eines Widerstands 65 und deren Kathode 82 mit dem einen Anschluß eines Kondensators 84 verbunden ist, dessen andere Seite an dem geerdeten Anschluß 86 liegt; Ein Widerstand 88 liegt im Nebenschluß über dem Kondensator 84, wobei das eine Ende des " " Widerstandes mit dem geerdeten Anschluß 86 und das andere Ende des Widerstandes mit dem invertierenden Eingang 64 " des Komparators 62 verbunden ist. ------

Die Werte für den Kondensator 72 und den Widerstand 76 des Netzwerks 56 werden so ausgewählt, daß der Ausgang der Demodulationsschaltung 56 an den nientinvertierenden Eingang 60 ein Signal liefert, das sowohl für die erwünschte Geschwindigkeitsmodulationsko.mponente und die unerwünschte Modulationskomponente, bewirkt durch den unrunden Lauf, kennzeichnend ist. Die Entladeaeit des Kondensators 72 und des Widerstands 76 sollte wesentlich größer als die Periode (1/f) des Trägers und kleiner als die Moöulationsperiode sein. Für ein Rad mit einem Reifen, das einen 60-zahnigen

"j —

6 0 9 8 8 6/0777

Erreger verwendet..und sich mit einer ,Winkelgeschwindigkeit dreht, die 1.6.0 km/Stunde (1Q0 .Meilen/Stunde) entspricht, beträgt die ,Modulationsfrequenz, iitwa 1 IcHx. Modulationentdu'rch unrunden Lauf treten typisch erweise mit einem, Zyklus pro Umdrehung des Erregers auf (d.h. bei diesem Beispiel IkHz* = 17 Hz). Der Kondensator 72 erhält für diesen Fall einen Wert von Qr01 itiF und der Widerstand 76 einen Wert von . 100

Der Kondensator 84 des Netzwerks 5.8 besitzt einen wesent-. lieh größeren Wert als der Kondensator .72, und der Wert des Widerstands 88- ist dementsprechend wesentlich größer .als der Wert des Widerstands -7-6. Somit ist die RC-Zeitkonstante für das DemodulatojOietzv,^Terk 58 erheblich größer als die RC-Zeitkonstance für das Demodulatornetzwerk 56. Die Modulationswirksamkeit des Netzwerks 58 für die gewünschte- Geschwindigkeitssignalmodulation ist dementsprechend sehr viel geringer und somit im wesentlichen eine Funktion lediglich des .Modulationssignals durch den ünrunden Lauf. Der Verstärkungseinstellungswiderstand 56 wird verwendet, um die Amplitude des Signals von dem Netzwerk 56 zu dem Anschluß 64 des Komparator^ 62 zu verringern. Dies wird vorgenommen, so daß das Signal an dem Anschluß 60 in der Lage ist, sowohl über und unter dem Niveau des Signals, das an dem Anschluß 64 erscheint, zu schwingen.

ORIGINAL iäNSPECTED

10 9 886/0777

Der Komparator 62 ist eine konventionelle !Comparators chaltung, die so ausgelegt ist, daß sie eine hohe Verstärkung besitzt, so daß jedesmal, wenn das Signal am Anschluß 60 das Signal am 7mschluß 64 übertrifft, der Ausgang 54 von dem einen Signalniveau auf das andere schaltet, um ein digitales Ausgangssignal zu liefern. Die Anzahl der Ausgangsimpulse, die am Ausgangsanschluß 54 während eines gegebenen Zeitraumes erscheinen, ist gleich der Anzahl der Zähne 14, die den Kern 10 während dieses Zeitraumes passiert haben. Auf diese Weise wird ein Impulsfolgeausgangssignal 90 erzeugt, das direkt proportional der Geschwindigkeit des Erregerrings 12 ist, das im wesentlichen durch ein unrundes Laufen oder eine Exzentrizität des Erregerringes unbeeinflußt ist.

In der oben beschriebenen Darstellung kann zum Beispiel der Kondensator 84 einen Wert in der Größenordnung von 0,2 mF besitzen, während der Widerstand in der Größenordnung von 1 Megohm liegen kann, um eine RC-Zeitkonstante für die Demodulationsschaltung 58 zu liefern, die etwa 200mal größer als die RC-Zeitkonstante für die Demodulationsschaltung 56 Ist.t um die erwünschten demodulierten Eingangssignale für den Komparator 62 zu erzeugen.

§09886/097?

Claims

Α η s ρ r ü c he ι

O Schaltung zum Erfassen einer Geschwindigkeit mit einem ringförmigen Magnetkern, der neben einem sich drehenden Erregerteil liegt, dessen Winkelgeschwindigkeit erfaßt werden soll und das eine aufeinanderfolgende Reihe von Vorsprüngen und Zwischenräumen an seinem Umfang trägt, wobei eine Induktivwicklung um den Kern gewickelt ist/ und eine Wechselsignalquelle mit der Wicklung verbunden ist, um sie mit einem Trägersignal zu versorgen, und an die eine Ausgangsschaltung angeschlossen ist, gekennzeichnet durch einen Komparator mit einem ersten, nichtinvertierenden Eingang und einem zweiten, invertierenden Eingang, eine erste Demodulationsvorrichtung mit einer ersten Eingangsverbindung, die zur Aufnahme des zusammengesetzten, modulierten Signals angeschlossen ist, das in der Wicklung auftritt, und eine Ausgangsverbindung, die mit dem ersten Eingang des Kornparators verbunden ist, wobei sie eine erste RC-Zeitkonstante von einer Größe besitzt, so daß das gewünschte Geschwindigkeitsmodulationssignal und ein beliebiges, durch un-' runden Lauf erzeugtes Modulationssignal durch die erste Demodulationseinrichtung demoduliert wird, und eine zweite Demodulationseinrichtung mit einer .zweiten Eingangsverbindung, die angeschlossen ist zur Aufnahme des zusammengesetzten Modulationssignais, das in der Windung auftritt,

- 10 -

10988 6/0777

und eine Ausgangsverbindung, die mit dem zweiten Eingang des Komparators verbunden ist, die eine zweite RC-Zeitkonstante besitzt, die wesentlich größer als die erste RC-Zeitkonstante ist und einen Wert hat, so daß das erwünschte Geschv.'indigkeits signal nicht wesentlich demoduliert wird und nur das unerwünschte, durch unrunden Lauf erzeugte Modulationssignal im v;esentlichen demoduliert wird und auf den zweiten Eingang durch die zweite Demodulationseinrichtung gegeben wird.
2. DemodulaMonssystem zur Demodulierung eines zusammengesetzten modulierten Signals, das als Komponenten ein erwünschtes Modulationssignal· und ein unerwünschtes Modulationssignal besitzt, wobei das unerwünschte Modulationssignal eine Frequenz hat, die wesentlich, geringer als die Frequenz das erwünschten Modulationssignals ist, gekennzeichnet durch eine Schaltung zur Aufnahme und Verarbeitung des zusammengesetzten, modulierten Signals mit einem Komparator, der einen ersten, nichtinvertierenden Eingang und einen sweitsn invertierenden Eingang und einen Ausgang besitzt, an dem ein Ausgangssignal erzeugt wird, eine erste Demodulationseinrichtung einer ersten Eingangs verb indung, die angeschlossen ist, um das zusammengesetzte modulierte Signal aufzunehmen, und eine Ausgangsverbindung,, die an dem ersten Eingang des Komparators liegt, wobei die erste Dsmodulationsein-

- 11 -

SO 9 8-8 67 0 7 7-7

richtung eine erste RC-Zeitkonstante mit einem Wert besitzt,, so daß das gewünschte Modulationssignal und das unerwünschte Modulationssignal durch die erste Demodulationseinrichtung demoduliert werden, und eine zweite Demodulierungseinrichtung mit einer zweiten Eingangsverbindung, die angeschlossen ist, um das zusammengesetzte modulierte Signal aufzunehmen, und eine Ausgangsverbindung, die an dem zweiten Eingang des !Comparators angeschlossen ist, wobei die zweite Demodulationseinrichtung eine zweite RC-Zeitkonstante besitzt, die wesentlich größer als die erste RC-Zeitkonstante ist und einen Wert hat, so daß das erwünschte Modulationssignal nicht wesentlich demoduliert wird und nur-das unerwünschte Signal wesentlich demoduliert wird und an den ersten Anschluß durch die zweite Demodulationseinrichtung angebracht wird.

609886/0^77

Leerseite