DE2724064A1

DE2724064A1 - Induktiver winkelgeber

Info

Publication number: DE2724064A1
Application number: DE19772724064
Authority: DE
Inventors: Ralph Juergenssen
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1977-05-27
Filing date: 1977-05-27
Publication date: 1978-11-30
Also published as: IT1095914B; DE2724064C3; IT7823853A0; DE2724064B2

Description

Induktiver Winkelgeber
Die Erfindung bezieht sich auf einen induktiven Winkelgeber, insbesondere einen Kreiselabgriff, mit zwei von einem Wechselstrom gespeisten Induktivitäten, deren Induktivität durch die Winkelstellung einer senkrecht zur Drehachse ausgerichteten kreissegmentförmigen Scheibe beeinflußt wird.
Aus der DT-PS 1 285 188 ist ein Winkelgeber mit zwei gegensinnig gewickelten Spulen und einem Kern bekannt, wobei der flache scheibenförmige Kern eine Kreishälfte aus einem magnetisch leitenden und eine Kreishälfte aus einem magnetisch nicht leitenden Material aufweist. Die Spulen sind eisenlose Flachspulen, deren durch die Spulenwindungen gebildete Ebenen etwa senkrecht auf der vom Kern gebildeten Kreisebene stehen und diese in zwei zueinander parallelen zum Kreismittelpunkt symmetrischen Sekanten durchdringen. Die Induktivitätsänderung erfolgt bei diesem Winkelgeber dadurch, daß die Kreishälfte des Kerns aus magnetisch leitendem Material je nach Drehstellung mit unterschiedlichen Anteilen in die Flachspulen eintaucht und dadurch deren Induktivität ändert. Der dort beschriebene Winkelgeber ist als kompakte Einheit aufgebaut und liefert sehr gute Meßergebnisse. Dadurch, daß das mit der Drehachse verbundene Kreissegment aus magnetischem Material als Kern ausgebildet ist, muß der Winkelgeber auch eine gewisse Größe aufweisen, um gut zu unterscheidende Meßwerte zu liefern. Der Winkelgeber hat danach etwa Abmessungen wie ein Mikrophon eines herkömmlichen Fernsprechapparates.
Bei Kreiselabgriffen von ferngelenkten Flugkörpern wird angestrebt, diese Kreiselabgriffe möglichst klein und einfach zu gestalten und sie so auszuführen, daß etwa vorhandene mechanische Kreiselabgriffe auch umgerüstet werden können.
Hierfür bieten sich induktive Kreiselabgriffe an, da diese berührungsfrei arbeiten und, solange sie, wie der bekannte Winkelgeber, mit Wechselstrom arbeiten, auch rückwirkungsfrei sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen rückwirkungsfrei arbeitenden induktiven Winkelgeber der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß er ohne hohen konstruktiven Aufwand mit herkömmlichen Lagekreiseln in Flugkörpern verbunden werden kann, wobei die Möglichkeit bestehen soll, bereits bestehende, etwa mechanische Kreiselabgriffe gegen einen induktiven Kreiselabgriff auszuwechseln.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Scheibe aus magnetisch nicht leitendem Material besteht und senkrecht zur Spulenachse der mit einem Kern versehenen Spulen angeordnet ist, wobei sie diese je nach Drehstellung entsprechend anteilig überdeckt, und daß die mit ihrem Wicklungsanfang mit einem Oszillator verbundenen Spulen mit ihren Wicklungsenden jeweils mit den Eingängen eines gegengekoppelten Verstärkers verbunden sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Spulen und die weiteren elektrischen, bzw. elektronischen Bauteile auf einer zur kreissegmentförmigen Scheibe parallelen Leiterplatte angeordnet.
Gemäß der Erfindung wird demnach der vor allem aus der Hochfrequenztechnik bekannte Effekt ausgenutzt, daß die Induktivität einer Spule durch Annäherung magnetisch nicht leitender Materialien, so z.B. Aluminium, verringert wird. Durch die Verwendung solcher Materialien ergeben sich keine mechanischen Rückwirkungen zwischen der Kreissegmentscheibe und den Spulen.
Der Winkelgeber ist zudem konstruktiv sehr einfach aufgebaut, da sämtliche elektrischen und elektronischen Bauteile auf einer Leiterplatte angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, etwa vorhandene mechanische Kreiselabgriffe umzurüsten, indem der mechanische Kreiselabgriff von der freien Kreiselachse bzw. dem entsprechenden Rahmen entfernt und auf diese bzw. diesen die kreissegmentförmige Scheibe aufgesetzt wird. Die Leiterplatte mit den Spulen und den weiteren elektrischen und elektronischen Bauteilen wird dann parallel zu dieser Scheibe angeordnet und etwa am Kreiselgehäuse befestigt.
Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierin stellen dar: Fig. 1 einen Lagekreisel mit einem induktiven Kreiselabgriff gemäß der Erfindung und Fig. 2 eine elektrische Schaltung für den Kreiselabgriff gemäß der Fig. 1.
Ein kardanisch gelagerter Kreisel besteht aus einem in Fig. 1 teilweise aufgeschnittenen zylindrischen Gehäuse 1, in dessen Mittelachse zwei Achsen 2 und 2a für einen äußeren Rahmen 3 gelagert sind. Senkrecht zu diesen Achsen 2, 2a sind im äußeren Rahmen 3 zwei Achsen 4, 4a für einen inneren Rahmen 5 gelagert, in dem wiederum senkrecht zu den Achsen 4, 4a eine Achse 6 für einen mit hohen Touren laufenden Rotor 7 gelagert ist. Die Achse 6 verharrt hierdurch in bekannter Weise in ihrer raumfesten Lage.
Am Rahmen 3 ist eine halbkreisförmige Scheibe 8 befestigt, deren Ebene senkrecht zu den Achsen 2, 2a verläuft. Unterhalb der Scheibe 8 befindet sich, vorzugsweise am Boden des Gehäuses befestigt, eine Leiterplatte 9, die alle für den Betrieb des induktiven Kreiselabgriffs erforderlichen elektrischen Bauteile trägt. Dazu gehören auch zwei Flachspulen 10.1 und 10.2 mit Eisenkern, deren Windungen in einer Ebene parallel zur Scheibe 8 verlaufen.
In der Ruhelage der Scheibe 8, die dem Winkel Null Grad zugeordnet ist, sind beide Flachspulen jeweils zur Hälfte abgedeckt. Wird das Gehäuse 1 gegenüber dem Rahmen 3 verdreht, so werden entsprechend dem Drehwinkel die beiden Flachspulen anteilig abgedeckt, wie das in Fig. 1 für einen Winkel von etwa 15° dargestellt ist.
Die elektrische Schaltung besteht aus einer Batterie 11, einem Oszillator 12 mit den Spulen 10.1 und 10.2, zwei gegengekoppelten Verstärkern 13 und 13a sowie einer Demodulations-und Differenzverstärkerstufe 14. Der Oszillator, bestehend aus einem Transistor T1, Kapazitäten C1, C2, C3, Widerständen R1, R2, R3, einer Zenerdiode Dl und der aus der Parallelschaltung beider Spulen resultierenden Induktivität, arbeitet mit kapazitiver Rückkopplung in der bekannten, hier leicht abgewandelten Colpitts-Schaltung. Der in den beiden Spulen fließende Wechselstrom wird beeinflußt vom Ausmaß der anteiligen Überdeckung beider Spulen und der damit bewirkten anteiligen Induktivitätsänderung jeder Spule. Die gegebenenfalls unterschiedlichen Wechselströme der beiden Spulen werden zwei gegengekoppelten Verstärkern zugeführt, die jeweils aus einem Transistor T2 bzw. T3 in Basisschaltung bestehen. Das am Kollektor der Transistoren anstehende Ausgangssignal der Verstärker wird über jeweils eine Diode D2 bzw. D3 gleichgerichtet und in einem nachfolgenden Tiefpaß R4, C4 bzw. R5, C5 geglättet. Die beiden Gleichspannungssignale, deren Werte sich zueinander wie die Amplituden der Wechselströme in den beiden Spulen lO.lund und verhalten, werden jeweils einem Eingang eines Differenzverstärkers 15 zugeführt, dessen Ausgangssignal dem Überdeckungsgrad der Spulen durch die Halbkreisscheibe 8 und damit dem Drehwinkel zwischen der Achse 2 und dem Gehäuse 1 proportional ist.
Mit dem beschriebenen Winkelgeber können je nach Größe und Form der Spulen 10 und der Scheibe 8 Winkel bis annähernd + 900 gemessen werden; hierzu könnten beispielsweise die Flachspulen etwa eine halbkreisförmige Spulenfläche aufweisen oder die Scheibe wäre als stumpfwinklige Kreissektorscheibe auszubilden.
Leerseite

Claims

Induktiver Winkelgeber PATENTANSPRÜCHE 1. Induktiver Winkelgeber, insbesondere Kreiselabgriff, mit zwei von einem Wechselstromgenerator gespeisten Spulen, deren Induktivität durch die Winkelstellung einer senkrecht zur Drehachse ausgerichteten kreissegmentförmigen Scheibe beeinflußt wird, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Scheibe (8) aus magnetisch nicht leitendem Material besteht und parallel zu den durch die Spulenwindungen gebildeten Ebenen angeordnet ist, wobei sie die Spulen (10.1 und 10.2) je nach Drehstellung entsprechend anteilig überdeckt, und daß die mit ihrem Wicklungsanfang mit einem Oszillator (12) verbundenen Spulen mit ihren Wicklungsenden mit den Eingängen eines gegengekoppelten Verstarkers (15) verbunden sind.
2. Winkelgeber nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Spulen (10.1, 10.2) und die weiteren elektrischen und elektronischen Bauteile (11,12,13,14) auf einer zur Scheibe (8) parallelen Leiterplatte (9) angeordnet sind.
3. Winkelgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß jeweils den Ausgängen der Verstärker (13,13a) zwei Gleichrichter (D2, D3) und ein Differenzverstärker(15) folgt.