DE2724064C3 - Induktiver Winkelgeber - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich aut einen induktiven Winkelgeber, insbesondere Kreiselabgriff, mit zwei von einem Wechselstromgenerator gespeisten Spulen, deren Induktivität durch die Winkelstellung eines senkrecht zu seiner Drehachse ausgerichteten Rotors beeinflußt wird, wobei die einen festen Kern aufweisenden Spulen nebeneinander angeordnet sind und entsprechende Spulenwindungen der beiden Spulen jeweils in einer gemeinsamen Ebene liegen, wobei der Rotor eine kreissegmentförmige Scheibe bildet und aus magnetisch nicht leitendem Material besteht und außerhalb der Spulen parallel zu den durch die Spulenwindungen gebildeten Ebenen angeordnet ist.

Aus der DE-PS 1285 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 Krcismittclpunkl 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.

Aus Rohrbach, Handbuch für elektrisches Messen mechanischer Größen, 1967, Seiten 190 bis 192 ist ein induktiver Differential-Transformator-Winkelgeber bekannt, bei dem zu zwei in einem Kreis angeordneten Primärspulen konzentrisch eine Sekundärspnle angeordnet ist. Ein halbkreisförmiger Kern aus magnetischem Material ist mit der Drehachse des Rotors verbunden und beeinflußt je nach seiner Drehstellung den Kopplungsgrad zwischen den gegeneinander geschalteten Primärspulen und der Sekundärspule. Wie

bei dem obengenannten induktiven Winkelgeber wird nier der mit dem Rotor verbundene Spulenkern als das Ausgangssignal bestimmende Drehelement verwendet Aus dem genannten Handbuch sind ferner Transformatorgeber bekannt, bei denen eine Kupplungsände-

-" rung zwischen Primär- und Sekundärspulen durch Verschieben eines nicht magnetischen metallischen Schirmes erreicht wird. Primär- und Sekundärspulen liegen sich dabei gegenüber, wobei der Schirm in den Zwischenraum zwischen diesen Spulen eintaucht Sollen

-> derartige Transformatorgeber als Winkelgeber ausgebildet werden, so sind Maßnahmen erforderlich, um die Drehachse entweder durch den Kern der Spulen oder außerhalb des Transformators zu führen. Als Kreiselabgriff wäre ein derartiger Winkelgeber nur bedingt

«ι verwendbar.

Bei Kreiselabgrcfien von ferngelenkten Flugkörpern wird angestrebt, diese Kreiselabgriffe möglichst klein und einfach zu gestalten und sie so auszuführen, daß ewa vorhandene mechanische Kreiselabgriffe auch umgerü-

'*' stet werden können. Hierfür bieten sich induktive Kreiselabgriffe an, da diese berührungsfrei arbeiten und, solange sie, wie der bekannte Winkelgeber gemäß der DE-PS 12 85158 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,

ι · wobei die Möglichkeit bestehen soll, bereits bestehende, etwa mechanische Kreiselabgriffe gegen einen induktiven Kreiselabgriff auszuwechseln.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die Kombination folgender Merkmale gelöst:

a) die Spulen sind je nach Drehstellung der Scheibe entsprechend anteilig überdeckt,

b) die mit ihren Wicklungsanfängen mit dem Wechselstromgenerator (12) verbundenen Spulen sind mit ihren Wicklungsenden mit den Eingängen eines gegengekoppelten Verstärkers (13, i3a) verbunden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Spulen und die elektrischen bzw. elektronischen Baugruppen auf einer zur Scheibe parallelen Leiterplatte befestigt.

Für einen induktiven Winkelgeber gemäß der Erfindung wird der 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 Kreisscg-

mentscheibe und den Spulen. Diese Spulen sind einfach nebeneinander angeordnet, wobei dann die mit der Drehachse des Rotors verbundene kreissegmentförmige Scheibe je nach Drehstellung die Spulen entsprechend anteilig überdeckt. Der Winkelgeber ist konstruk- > tiv sehr einfach aufgebaut, da einerseits die kreissegmentförmige Scheibe außerhalb von den Spulen angeordnet und sämtliche elektrischen und elektronischen Bauteile sowie deren elektrischen Verbindungen auf einer Leiterplatte angeordnet sind. Hierdurch ergibt m 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 π 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 >u anhand der Zeichnung näher erläutert Hierin stellen dar:

F i g. 1 einen Lagekreisel mit einem induktiven Kreiselabgriff gemäß der Erfindung und

Fig.2 eine elektrische Schaltung für den Kreiselab- >ί griff gemäß der F i g. 1.

Ein kardanisch gelagerter Kreisel besteht aus einem in F i g. 1 teilweise aufgeschnittenen zylindrischen Gehäuse 1, in dessen Mittelachse zwei Achsen 2 und 2a für einen äußeren Rahmen 3 gelagert sind. Senkrecht zu κι 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 r. 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 4-> 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 71, Kapazitäten Cl, C2, C3, Widerständen Al, R2, /?3, einer Zenerdiode D1 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 dci anteiligen Überdeckung beider Spulen und der damit bewirkten anteiligen lnci.Ativitätsänderung jeder Spule. Die gegebenenfalls unterschiedlichen Wechselströme der beiden Spulen werden zwei gegengekoppelten Verstärkern zugeführt, die jeweils aus einem Transistor 72 bzw. 73 in Basisschaltung bestehe·*. 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 10.1 und 10.2 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 ±90° gemessen werden; hierzu könnten beispielsweise die Flachspulen etwa eine halbkreisförmige Spulenfläche aufweisen oder die Scheibe wäre als stumpfwinklige Kreissektorscheibe auszubilden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Induktiver Winkelgeber, insbesondere Kreiselabgrifi, mit zwei von einem Wechselstromgenerator gespeisten Spulen, deren Induktivität durch die Winkelstellung eines senkrecht zu seiner Drehachse ausgerichteten Rotors beeinflußt wird, wobei die einen festen Kern aufweisenden Spulen nebeneinander angeordnet sind und entsprechende Spulenwindungen der beiden Spulen jeweils in einer gemeinsamen Ebene liegen, wobei der Rotor eine kreissegmentförmige Scheibe bildet und aus magnetisch nicht leitendem Material besteht und außerhalb der Spulen parallel zu den durch die Spulenwindungen gebildeten Ebenen angeordnet ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) die Spulen sind je nach Drehstellung der Scheibe entsprechend anteilig überdeckt;

b) die mit ihren Wicklungsanfängen mit dem Wechselstromgenerator (12} verbundenen Spulen sind mit ihren Wicklungsenden mit den Eingängen eines gegengekoppelten Verstärkers (13,13a^verbunden.

2. Induktiver Winkelgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Spulen (10.1,10.2) und

b) die elektrischen bzw. elektronischen Baugruppen (11, 12, 13, 14) auf einer zur Scheibe (8) parallelen Leiterplatte (9) befestigt sind.