DE3022074A1

DE3022074A1 - Faseroptikcodiervorrichtung, insbesondere -positionscodiervorrichtung

Info

Publication number: DE3022074A1
Application number: DE3022074A
Authority: DE
Inventors: Thomas Glenwood Lenox
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1979-06-14
Filing date: 1980-06-12
Publication date: 1980-12-18
Also published as: US4240066A; FR2459506A1; GB2052195B; FR2459506B1; JPS564899A; GB2052195A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Nachrichtenübertragung mittels Faseroptik und betrifft insbesondere eine Vorrichtung zum Codieren eines zu übertragenden Positionssignals.

In modernen Industrieanlagen wird mehr und mehr von ausgeklügelten Parametersteuervorrichtungen zur Optimierung von Betriebskenndaten Gebrauch gemacht. Kritisch für den Betrieb von solchen Parametersteuervorrichtungen ist die genaue Positionsabfühlung von Anlagenuntereinheiten. Beispielsweise gehören in modernen Gasturbinentriebwerken zu solchen steuerbaren Parametern die Brennstoffzufuhr, der Strömungswegumriß und der Druck längs des Strömungsweges. Zu einstellbaren Einheiten für die Steuerung dieser Parameter gehören Brennstoffdosierventile, bewegliche Auslaßdüsen und Strömungswegüberdruckventile. Für eine wirksame Koordinierung der variablen Parameter ist

es wichtig, daß die Istposition der steuernden Einheiten ständig bekannt ist.

Die Genauigkeit des gesamten Steuersystems ist selbstverständlich weitgehend von der Genauigkeit der Positionscodiereinrichtungen oder Positionsmelder abhängig, die zu verarbeitende Signale bilden. Faseroptiksysteme ergeben bekanntlich eine wirksame Datenübertragung, insbesondere in aggressiven Umgebungen, die elektromagnetischer Störung und thermischen Schwankungen ausgesetzt sind. Ein solcher Anwendungsfall in einer aggressiven Umgebung ist aus der US-PS 4 116 000 bekannt. Gemäß dieser Patentschrift fühlt die Codiervorrichtung die Position der Auslaßdüse eines Gasturbinentriebwerks ab. Eine hohe Temperatur an der Auslaßdüse und eine elektromagnetische Störung längs der Datenübertragungsleitungen machen Faseroptiksysteme für diesen Anwendungsfall attraktiv.

Ein Problem, das Faseroptikvorrichtungen eigen ist, ist jedoch die Unterbringung der mehreren Kanäle, die zum Codieren und Übertragen von Positionsinformationsbits erforderlich sind. Eine größere Anzahl von Kanälen ist zum Codieren einer genaueren Positionsabfühlung erwünscht. Eine kleinere Anzahl von Kanälen vereinfacht den Codiereraufbau und verringert die körperliche Größe des Codierers. Eine Technik zum Verringern der Anzahl der Kanäle ohne Verringerung der Anzahl der Informationsbits ist aus der US-PS 4 117 460 bekannt. Gemäß dieser Patentschrift werden die Informationssignale in einer Reihe angeordnet, um mehrere Informationsbits über jeden Kanal zu schicken. Die Größe des Übertragungskabels wird verringert. Die Größe der Codiervorrichtung bleibt jedoch im wesentlichen unverändert. Gemäß beiden vorgenannten Patentschriften werden Codierer mit einer flachen Platte oder Scheibe benutzt.

Wenn eine genauere Abfühlung gewünscht wird, wird die Codierergröße zu einem zunehmenden Problem. Jeder neue Kanal, der aus Genauigkeitsgründen hinzugefügt wird, erfordert eine zusätzliche Lochzeile auf der Codiererplatte. Es ergibt sich eine größere Codiererplatte. Große flache Codiererplatten neigen

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nicht nur dazu, sich in ihren Lagerbahnen zu verklemmen, sondern können sich auch durch Wärme und Vibration verwinden. Mechanische Störungen, die die Bewegung der Codiererplatte behindern, können Signalverzögerungen und Hystereseeffekte in dem codierten Signal verursachen. Ein beträchtlicher Spalt zwischen dem Sende- und dem Empfangskopf des Codierers wird in herkömmlichen Systemen vorgesehen, um solche erwarteten Verwindungen zu berücksichtigen. Darüber hinaus ist eine reibungsfreie Lagervorrichtung, die in der Lage ist, für eine genaue Ausrichtung der Codeplatte zu sorgen, gewöhnlich groß und sperrig.

Hersteller und Konstrukteure von Faseroptikcodierern setzen die Suche nach neuen Techniken fort, die Verringerungen der Codierergröße ermöglichen, und nach neuen Unterbringungskonzepten, die den mechanischen Betrieb der Codeplatte verbessern.

Ein Hauptziel der Erfindung ist es, eine Faseroptikcodiervorrichtung mit besserer Unterbringung der Codiererplatte zu schaffen. Eine gute Positionsauflösung und ein zuverlässiger mechanischer Betrieb in einem Codierer kompakter Größe werden angestrebt.

Gemäß der Erfindung ist die Codeplatte einer Faseroptikcodiervorrichtung zu einer Zylindergeometrie geformt und zwischen einem Sendekopf im Inneren der zylindrischen Codeplatte und einem Empfangskopf außerhalb der Codeplatte verschiebbar.

Ein Hauptmerkmal der Erfindung ist die zylindrische Codeplatte. Zeilen von Löchern in der Codeplatte sind in einem Binär- oder Gray-Codemuster angeordnet, das in der Lage ist, ein codiertes Signal des zur Verwendung in einer digitalen Informationsverarbeitungsanlage geeigneten Typs zu erzeugen. Ein Sendekopf ist im Inneren der zylindrischen Codeplatte angeordnet.

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Ein Empfangskopf ist außerhalb der Codeplatte angeordnet. Die Codeplatte ist in einer Keilnut verschiebbar, um eine genaue radiale Ausrichtung der Lochzeilen auf die Sende- und Empfangsköpfe zu schaffen. Lichtwege des Sende- und des Empfangskopfes treten in den Codierer über einen einzelnen Optikverbinder ein.

Ein Hauptvorteil des Codierers nach der Erfindung ist die Fähigkeit der Vorrichtung, ein genaues Signal einer Mehrbitinformation zu codieren. Eine gute Auflösung ist in einer relativ kleinen, attraktiven Packung erzielbar. Die zylindrische Gestalt der Codeplatte eignet sich mehr für eine reibungsfreie Lagerung als eine ebene Platte, die die gleiche Anzahl von Codezeilen enthält. Die thermische Verwindung der Codeplatte wird durch die zylindrische Geometrie der Platte im wesentlichen vermieden, übertragungsVerluste in dem Codierer werden durch eine ermöglichte Verringerung des Abstandes zwischen den Sende- und Empfangswegen verringert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 in auseinandergezogener Darstellung

einen Sendekopf, eine Codeplatte und einen Empfangskopf,

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines der

Sendewege und

Fig. 3 eine vereinfachte Längsschnittansicht

einer typischen Codiervorrichtung, in der von der Erfindung Gebrauch gemacht wird.

Die grundlegenden Elemente eines gemäß der Erfindung aufgebauten Digitalcodierers sind in Fig. 1 in auseinandergezogener Darstellung gezeigt. Eine Codeplatte 10 ist zylindergeometrisch

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ausgebildet und hat mehrere Lochzeilen 12, die in gegenseitigem Umfangsabstand auf dem Umfang des Zylinders angeordnet sind. Die Löcher 14 jeder Zeile sind so bemessen, daß ein Binär- oder Gray-Codemuster vorliegt.

Ein Sendekopf 16 ist ebenfalls zylindergeometrisch ausgebildet und so bemessen, daß die Codeplatte 10 über dem Sendekopf verschiebbar ist. Ein Bündel 18 von einzelnen Glasfasern 20 erstreckt sich in das Innere des Sendekopfes und ist in eine Anzahl diskreter Lichtwege 22 unterteilt. Die Anzahl der Lichtwege ist gleich der Anzahl der Lochzeilen 12. Der gegenseitige Abstand der Wege entspricht dem gegenseitigen Abstand der Zeilen, und jeder Weg ist so ausgerichtet, daß er in der Lage ist, eine Lichtspalte aus dem Sendekopf radial nach außen zu der entsprechenden Lochzeile zu richten.

Ein Empfangskopf 24 ist ebenfalls zylindergeometrisch ausgebildet und so bemessen, daß die Codeplatte 10 innerhalb des Empfangskopfes verschiebbar ist. Mehrere diskrete Lichtwege 26 sind in gegenseitigem umfangsabstand um den Empfangskopf angeordnet. Die Lichtwege 26 liegen jeweils einem entsprechenden Lichtweg 22 des Sendekopfes gegenüber und bestehen jeweils aus mehreren einzelnen Fasern 28. Jeder Lichtweg 26 ist nach innen gewandt und so ausgerichtet, daß er in der Lage ist, eine nach außen gerichtete Lichtspalte zu empfangen. Acht Gruppen von einander gegenüberliegenden Lichtwegen und Lochzeilen sind gezeigt. Fig. 2 zeigt einen der Sendelichtwege 22.

Fig. 3 zeigt den Sendekopf 16, die Codeplatte 10 und den Empfangskopf 24, die in einer typischen Anordnung in ein Gehäuse eingeschlossen sind. Der Empfangskopf 24 ist in einem Gehäuse 30 angebracht und an diesem befestigt. Der Sendekopf 16 ist innerhalb des Empfangskopfes angeordnet und an diesem befestigt. Die Fasern 20 des Bündels 18 gehen in das Innere des Sendekopfes und sind an einem Ende desselben breit und flach als die Wege 22 radial nach außen geführt. Eine Endplatte 32 bedeckt die Fasern 20 an dem Ende des Kopfes. Die Fasern 28

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jedes Lichtweges 26 des Empfangskopfes 24 sind an dsm Ende des Erapfangskopfes axial nach hinten gebogen und erstrecken sich in Längsrichtung an der Außenseite des Emfpangskopfes entlang. Eine Endplatte 34 bedeckt die Fasern 28 an dem Ende des Empfangskopfes. Die Enden der Fasern 20 jedes Lichtweges 22 liegen den Enden der Fasern 28 eines entsprechenden Lichtweges 26 über einen Ringspalt G gegenüber.

Die Fasern der Lichtwege sind in die Köpfe eingekittet und erstrecken sich von den Köpfen aus in den Optikverbinder 36. Der Optikverbinder ist von der aus der US-PS 4 076 379 bekannten allgemeinen Bauart. Innerhalb des Gehäuses sind die Fasern durch eine Vergußmasse 38 abgestützt. Die Vergußmasse, in der die Fasern abgestützt sind, muß ausreichend flexibel sein, so daß sie eine begrenzte Winkelverformung während der Handhabung der Vorrichtung zuläßt, aber ausreichend tragfähig sein, um eine Faserbeschädigung zu verhindern.

Die Codeplatte 10 ist in dem Gehäuse enthalten und in dem Spalt G zwischen dem Sendekopf und dem Empfangskopf verschiebbar. Ein Ansatz, wie beispielsweise der Stift 40, gleitet innerhalb einer Keilnut, wie dem Schlitz 42, in dem Empfangskopf, um die Lochzeilen 12 auf die entsprechenden Sende- und Empfangswege auszurichten. Ein Codeplattenarm 44 erstreckt sich von der Codeplatte nach außerhalb des Gehäuses. Der Arm ist an der Vorrichtung befestigbar, deren Position abzufühlen ist. Eine Translationsbewegung der abzufühlenden Vorrichtung bewirkt eine entsprechende Translationsbewegung der Codeplatte zwischen dem Sende- und dem Empfangskopf.

Eine genaue Positonsauflösung ist mit einer relativ kleinen zylindrischen Vorrichtung erzielbar, wenn diese mit herkömmlichen Codiererkonstruktionen mit ebener Platte verglichen wird. Beispielsweise arbeitet ein Codierer mit ebener Scheibe, der einen Hub von 12,70 mm hat und in der Lage ist, eine Position auf innerhalb von 0,05 mm aufzulösen, typischerweise mit acht Optikkopflöchern, die eine Größe von 0,05 mm χ 4,98 nun haben*

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Es ergeben sich eine aktive Breite der Codeplatte von 52,02 mm und eine Gesamtcodiererbaugruppenbreite einschließlich des Tragrahmens und der Ausrichtführungen von ungefähr 76,20 mm. Im Gegensatz dazu erfordert ein zylindrischer Codierer der oben beschriebenen Art eine Codeplatte mit einem Durchmesser von nur 16,51 mm und einen Gesamtbaugruppendurchmesser von weniger als 38,10 mm.

Die zylindrische Codiererplatte ist beträchtlich stabiler als eine gleichwertige ebene Platte und kann mit geringerer Dicke hergestellt werden. Die Platte ist außerdem für eine thermische Verwindung beträchtlich weniger empfänglich und auch für eine Verbiegung durch Vibration weniger empfänglich als eine entsprechende ebene Platte. Demgemäß wird der Spalt G, der zum Ermöglichen einer störungsfreien Bewegung erforderlich ist, gegenüber dem vergleichbaren Spalt, der bei Codierern mit ebener Platte erforderlich ist, verringert. Der Übertragungswirkungsgrad wird verbessert.

Außerdem hat die zylindrisch ausgebildete Codeplatte eine kleinere Masse als die Codeplatte mit ebener Geometrie und ist für Reibungsverluste, die durch die Plattenlagerung und die Führungseinrichtung verursacht werden, weniger anfällig. Es ergibt sich eine geringere Neigung zur Erzeugung von Hystereseeffekten in der Abführvorrichtung.

Die zylindrische Konfiguration erleichtert die Integration der Codiererpackung in Hydraulikbetätigungselemente, die entsprechend zylindrisch ausgebildet sind. Außerdem verbessert die zylindrische Konfiguration die Einfachheit der Herstellung von eng tolerierten Codiererelementen, so daß der Spalt G auf einen Minimalwert verringert werden kann, der beträchtlich kleiner als der entsprechende Spalt von Codierern mit ebener Platte ist.

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Claims

Patentansprüche ;

1.,Faseroptikcodiervorrichtung mit einem Sendekopf, der mehrere Lichtwege enthält, mit einem Empfangskopf, der mehrere, den Lichtwegen des Sendekopfes entsprechende Lichtwege enthält, und mit einer Codeplatte, die zum Codieren eines Positionssignals zwischen dem Sendekopf und dem Empfangskopf angeordnet ist,

gekennzeichnet durch eine zylindergeometrisch ausgebildete Codeplatte (10), die zwischen dem Sendekopf (16) und dem L'mpfangskopf (24) translatierbar ist, und durch eine Ausrichtung des Sende- und des Empfangskopfes derart, daß ein Codiersignal radial durch die zylindrische Codeplatte übertragen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Codeplatte (10) über dem Sendekopf (16)- verschiebbar ist und daß die Lichtwege (22) des Sendekopfes jeweils so ausgerichtet sind, daß sie in der Lage sind, eine Lichtspalte von dem Sendekopf radial nach außen zu der Codeplatte zu richten.

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ORTGlNAL INSPECTED

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Codeplatte (10) in dem Empfangskopf (24) verschiebbar ist und daß die Lichtwege (26) des Empfangskopfes jeweils so ausgerichtet sind, daß sie in der Lage sind, die radial gerichtete Lichtspalte aus einem der Lichtwege (22) des Sendekopfes (16) zu empfangen.

4. Faseroptikpositionscodiervorrichtung,

gekennzeichnet durch einen zylindrischen Sendekopf (16), der ein Bündel (18) von Lichtleitfasern (2 0) enthält, die sich in das Innere des Kopfes erstrecken und aus dem Inneren des Kopfes breit und flach radial nach außen geführt sind, um mehrere diskrete Lichtwege (22) zu bilden, die in gegenseitigem Umfangsabstand angeordnet und so ausgerichtet sind, daß sie in der Lage sind, Lichtspalten aus dem Sendekopf radial nach aussen zu richten;

durch einen zylindrischen Empfangskopf (24) , der in radialem Abstand von dem Sendekopf angeordnet ist, so daß zwischen Ihnen ein Ringspalt (G) verbleibt, und der mehrere Lichtwege (26) aufweist, die entsprechend den Sendewegen in gegenseitigem Umfangsabstand angeordnet und so ausgerichtet sind, daß sie in der Lage sind, die radial gerichteten Lichtspalten aus dem Sendekopf zu empfangen; und

durch eine zylindrische Codeplatte (10), die in einer Translationsbewegung in dem Spalt zwischen dem Sende- und dem Empfangskopf verschiebbar ist und mehrere Lochzeilen (12) entsprechend den Lichtwegen (22, 26) aufweist, damit eine ausgewählte Übertragung der Lichtspalten über den Spalt gemäß der Längsposition der Codeplatte innerhalb des Spalts möglich ist.

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