DE3225805A1 - Einrichtung zur beruehrungslosen wellendrehzahlmessung - Google Patents

Einrichtung zur beruehrungslosen wellendrehzahlmessung

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DE3225805A1
DE3225805A1 DE19823225805 DE3225805A DE3225805A1 DE 3225805 A1 DE3225805 A1 DE 3225805A1 DE 19823225805 DE19823225805 DE 19823225805 DE 3225805 A DE3225805 A DE 3225805A DE 3225805 A1 DE3225805 A1 DE 3225805A1
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    • G01P3/48Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage

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Description

  • B:ESCHREIBUNG
  • Die Erfindung bezieht sich auf Meßeinrichtungen, insbesondere auf Einrichtungen zur berührungslosen Wellendrehzahlmessung.
  • Die Erfindung kann zur Ermittelung der Wellendrehzahlen von Mechanismen und Maschinen, beispielsweise Turbinen, Elektromotoren, Zentrifugen u.dgl.m. verwendet werden. Am vorteilhaftesten kann die Erfindung für Präzisionsmessungen der Drehzahlen von Wellen verwendet werden, die an schwer zugänglichen Stellen angeordnet sind bzw. kleine Abmessungen aufweisen.
  • Gegenwärtig gibt es verschiedenartige Einrichtungen, die Messungen der Wellendrehzahl ohne mechanischen Kontakt zwischen der rotierenden Welle und der Meßeinrichtung ermöglichen. Solche Messungen können mittels spezies ler Einrichtungen, beisielsweise einer Lichtquelle bzw.
  • eines Funksenders durchgeführt werden, welche auf der Weile angeordnet sind und eine Strahlung erzeugen, die von einem Empfänger, der entfernt aufgestellt ist, empfangen und weiterhin zu einem elektrischen Signal geformt wird, dessen Frequenz der Wellendrehzahl proportional ist. Die Anordnung von speziellen Einrichtungen auf der Welle ist aber nicht immer möglich. Wenn die Welle schwer zugänglich ist, wenn sie bei sehr hohen bzw. sehr niedrigen Temperaturen arbeitet bzw. kleine Abmessungen aufweist, kann sich die Anordnung einer speziellen Einrichtung auf der Welle als unmöglich erweisen.
  • Die Messung der Wellendrehzahl kann auch mittels eines (Gebers) beispielsweise induktiven, kapazitiven bzw.
  • lichtelektrischen durchgeührt werden, welcher in der Nähe der Welle angeordnet ist. Die Anordnung des Gebers in der Nähe der Welle ist aber auch nicht immer möglich. Außerdem es ist zu berücksichtigeh,daß/bei dem Einsatz der vorstehend angeführten Geber zur Gewahrleistung einer Änderung des Signais am Geberausgang mit einer der Wellendrehzahl proportionalen Frequenz erforderlich ist, daß die Konturen des Wellenquerschnitts wesentlich von einem Kreis abweichen oder aber auf der Welle ein konstruktives Element angeordnet wird, das die erforderlichen Konturen aufweist. Widrigenfalls müssen auf der Welle spezielleEu'ichtungen installiert werden, was wie vorstehend angeführt, nicht immer möglich ist. Außerdem sprechen kapazitive Geber nur auf die Drehung einer Welle an,die aus stromleitendem Werkstotf hergestellt ist, und induktive Geber sprechen nur auf die Drehung einer aus magnetischem Werkstoff gefertigten Welle an.
  • Die Wellendrehzahlmessung kann auch mit Hilfe des Stroboskopeffektsdurchgeführt werden d.h. mittels der Beleuchtung einer auf die Welle aufgetragenen Striohmarke mit Impuleliahb und der Ermittelung derjenigen Impulsfrequenz, bei der die Strichmarke dem Beobachter unbeweglich erscheint. In diesem Falle ist zur Durchführung der Drehzahlmessung die Anwesenheit eines Menschen unumgänglich, was im Falle der NotweSs,glceit einer laufenden Drehzahlkontrolle unbequem und bei der Durchführung der Messungen in Verhältnissen, die gesundheitsschädigend sind bzw. die Beobachtungen erschweren, unmöglich ist. Außerdem wird die minimale Höhe der zu messenden Drehzahl durch die Trägheit des menschlichen Auges und die maximale Höhe dieser Drehzahl durch die Trägheit der Lichtquelle begrenzt.
  • Die Wellendrehzahl kann auch im Funkmeßverfahren gemessen werden, d.h. durch Bestrahlen der rotierenden Welle mit elektromagnetischen Schwingungen, den Empfang der elektromagnetischen Schwingungen, die von der Welle, deren Drehzahl gemessen werden soll, bzw. von den auf dieser Welle angeordneten konstruktiven Elementen (£alls vorhanden) reflektiert werden, und das Messen der Frequenz der Einhüllenden der Schwingungen, die empfangen werden. Es ist beispielsweise eine Einrichtung zur berührungslosen Wellendrehzahlmessung mit einer Sende- und Empfangsantenne, die mit einem monochromatisohen SHF-Signalgenerator in Ver bindung steht, einem Mischer, dessen Eingang mit dem Generator und der Sende und Empfangsantenne zusammengekoppelt ist, und einem Frequenzmesser, der mit dem Mischer ausgang über eine Schwellenwertschaltllng mit einstellbarem Schwellenwert verbunden ist, bekannt (siehe, beispielsweise den Aufsatz von B.Bhartia und andere "Doppler Radar Determination of the Hotational Speed of Schafts", veröffentlicht in der Zeitschrift "IEEE Transactions on Industrial Electronics and Control Instrumentation", vol.IE124, Nr. 1, 1977, Seite i4143). Die Sende- und Empfangsantenne strahlt in Richtung der rotierenden Weile elektromagnetische UHF-Schwingungen aus und empfängt elektromagnetisohe Schwingungen, die von der Welle bzw. von den auf dieser Welle angeordneten konstruktiven Elementen reflektiert worden sind. Hierbei sind die reflektierten elektromagnetischen Schwingungen ampl it uden- und phasenmoduliert, was durch mechanische und elektrische Ungleichartigkeiten an der Wellenoberfläche bedingt wird. Infolge der Wechselwirkung zwischen dem von dem Generator erzeugten Signal und dem von der Antenne kommenden Signal bildet sich am Mischerausgang eine Spannung, deren Form kompliziert ist und deren Spektrum dem niederfrequenten Modulationsspektrum der reflektierten Schwingungen entspricht. Jedesmal, wenn die Spannung am Mischerausgang den Schwellenwert überschreitet, wird am Ausgang der chwellenwertschaltung ein Impuls erzeugt. Die Impulsfrequenz der von der Schwellenwertschaltung erzeugten Impulse wird mit einem Frequenzmesser gemessen.
  • Eine derartige Einrichtung ermöglicht die Durchführung der Wellendrehzahlmessung ohne daß auf der Weile spezielle Einrichtungen angeordnet werden müssen, wodurch die Durchführung der Messungen in Fällen möglich ist, bei denen die Welle Schwer zugänglich ist bzw. kleine Abmessungen aufweist und/in Verhältnissen sehr hoher bzw. sehr niedriger Temperaturen befindet. Die Sende- und Empfangsantenne kann in einer gröBeren Entfernung (beispielsweise über d0 m) von der rotierenden Welle aufgestelt werden, und die Messungen können derart durchgeführt werden, daß die ausgestrahlten elektromagnetischen Schwingungen in ein Pnhr, das mit der Welle in Verbindung steht, geführt werden, bzw. durch einen dielektrischen Stopfen im Gehause oder-in der Raumwand. Dadurch wird die Durchführung der Wellendrehzahlmessung in Verhältnissen ermöglicht, die eine Sichtkontrolle ausschließen.
  • Das von dem Mischer auegesonderte IModulationsspek- trum der reflektierten Schwingungen weist einen komplizierten Charakter auf. Das Signal am Älischerausgang enthält außer der Komponente mit der Frequenz, die der Drehzahl f der Welle entspricht, auch höhere Harmonische, deren Frequenzen ein Vielfaches der Wellendrehzahl darstellen und zwar 2f, 3f usw. Im allgemeinen kann die höhere Harmonische eine größere Amplitude aufweisen als die Harmonische mit der der WellenLdrehzahl gleichen Frequenz £, be ispielewe ise inFällen,bei denendie konturen des Wellenquerschnitts bzw. der auf der Welle angeordneten konstruktiven Elemente wesentlicxl von der Kreisform abweichen. hieno die auf der Welle angeordneten konstruktiven Elemente eine periodische räumliche Struktur bilden, beispielsweise Schaufeln darstellen (wie bei einer Turbine bzw. einem Lüfter), erfolgt eine Vergrößerung der Komponenten des Mischerausgangssignals mit den Frequenzen =, 2Kf, 3Kf usw, worin K eine Zahl der Elemente (beispielsweise Schaufeln) bedeutet, die die periodisohe räumliche Struktur bilden, wobei die Amplituden dieser Komponenten von einer Vielzanl von Faktoren, zum Beispiel von dem Winkel, unter dem die Bestrahlung erfolgt, von den Abmessungen und der Form der auf und der Welle angeordneten Elemente /von dem Abstand bis zur Antenne) abhängig sind und die Amplitude der Komponente, die die der Wellendrehzahl gleiche Frequenz aufweist, wesentlich überschreiten können.
  • Somit kann die Frequenz der Impulse am Ausgang der Schwellenwertschaltung, welche mit dem Frequenzmesser gemessen wird, die tatsächliche Drehzahl der Welle um das zweifache und mehr überschreiten. Zur Beseitigung dieses Fehlers kann man versuchen,eine solche Stellung der Antenne in bezug auf die Welle und einen solchen Ansprechwert für die Schwellenwertschaltung zu finden, die eine minimale Frequenz der Impulse am Ausgang der Sohwellenwertschaltung gewährleisten. Diese Maßnahmen können aber eine Beseitigung des obengenannten Fehlers nicht gewährleisten, insbesondere wenn der Verstellbereich der Antenne begrenzt ist.
  • Außerdem sind im Mischerausgangssignalspektrwn Komponenten enthalten, die Frequenzen aufweisen, welche kein Vielfaches der Wellendrehzahl darstellen. Solche Komponenten treten beispielsweise infolge einer Präzession der Welle und eines Unrundlaufs der Lager in Erscheinung. Das Vorhandensein solcher Komponenten führt zur Erzeugung zusätzlicher Impulse am Ausgang der Schwellenwertschaltung, welche die Meßergebnisse mit Fehlern behaften. Die Reduzierung dieser Fehler bei der Verwendung der bekannten Einrichtung wird durch entsprechende Wahl der Ansprechschwelle der Schwellenwertschaltung und eine solche Einstellung der Antenne in bezug auf die Welle durchgeführt, daß die Form des Signals am Micherausgang sich möglichst der Sinusform annähert, wozu ein am Mischeouggang befindliches Oszilloekop verwendet wird. Aberyin diesem Falle kann ein großer Fehler auftreten, insbesondere wenn gleichzeitig eine minimale Impulsfrequenz am Ausgang der Schwellenwertschaltung angestrebt wird bzw. der Verstellbereich der Antenne enge Grenzen aufweist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur berührungslosen Wellendrehzahlmessung im Funkmeßverfahren zu schaffen, welche derart ausgeführt ist, daß sie eine präzisere Wellendrehzahlmessung mittels der Gewährleistung der Möglichkeit für die Ermittelung des Verhältnisses zwischen der Wellendrehzahl und der angezeigten Frequenz der Komponente, welche aus dem Spektrum der von der Welle reflektierten elektromagnetischen Schwingungen herausgesondert wird, ermöglicht, sowie ein Reduzieren <auf ein MindeatmaB>des Fehlers, der durch gomponenten dieses Spektrums, deren Frequenzen kein Vielfaches der Wellendrehzahl darstellen, bedingt wird bis # gestattet.
  • Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Einrichtung zur berührungslosen Wellendrehzahlmessung mit einer Sende-- und Empfangsantenne, welche mit einem monochromatischen SHF-Signalgenerator verbunden t, einem Mischer, dessen Eingang mit dem Generator und der Empfangs- und Sendeantenne in Verbindung steht, und mit.einem Frequenzmesser, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zusätzlich ein steuerbarer NF-Generator> der eine Grob- und Feinfrequenzeinstellung ermöglicht und dessen Ausgang mit dem Eingang eines Frequenzmessers gekoppelt ist, ein Phasenteiler, dessen Eingang mit dem Ausgang des steuerbaren Generators gekoppelt ist, ein Phasendetektor, dessen einer Ausgang am Ausgang des Mi-und schers liegt /dessen zweiter Eingang mit dem einen Ausgang des Phasenteilers zueammengekoppelt ist und dessen Ausgang über einen Integrator mit dem Eingang für Feineinstellung der Frequenz des steuerbaren NF-Generators in Verbindung steht, und ein zweiter Phasendetektorvorgesehen ist dessen Eingang; mit dem Ausgang des Mischers gekoppelt ist, dessen zweiter Eingang mit dem anderen Ausgang des Phasenteilers gekoppelt ist und dessen Ausgang mit einer Anzeige gekoppelt ist.
  • binde derartige Ausführung der Einriontung gibt praktisch immer die Möglichkeit das Verhältnis zwischen derjenigen Frequenz des Spektrums des elektrischen Signals am Mischer ausgang, die vom Frequenzmesser angezeigt wird, und der tatsächlichen Wellendrehzahl zu ermitteln, und den Fehler, der durch die Komponenten des Signals am Mischerausgang bedingt ist, deren Frequenzen kein Vielfaches der Wellendrehzahl sind, auf ein Mindestmaß zu reduzieren. Dies ermöglichkeit eine hochpräzise Wellendrehzahlmessung.
  • Zur weiteren Steigerung der Meßgenauigkeit kann zwischen den Ausgang des steuerbaren NF-Generators und den Phasenteilereingang ein Frequenzteiler gesohaltet werden.
  • Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf eine Zeichnung erläutert, in welcher das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung zur berünrungslosen Wellendrehzahlmessung dargestellt ist.
  • Gemäß der Zeichnung enthält die Einrichtung zur berührungslosen Well endrehzahlmessung einen monochromatischen SHF-Signalgenerator i, eine Sende- und Empfangsantenne 2, welche über einen Wellenleiter mit dem Generator b in Verbindung steht, und einen Mischer 3, dessen Eingang über einen Wellenleiter mit dem Generator 4 und der Antenne 2 verbunden ist. Die Einrichtung enthält weiter einen Phasendetektor 4, dessen einer Eingang über einen Ver- stärker 5 an den Ausgang des Mischers 3 angeschlossen ist, einen steuerbaren NF-Generator 6, der eine Grob- und Feineinstellung der Frequenz ermöglicht einen Frequenzmesser 7, dessen Eingang an den Ausgang des Generators 6 angeschlossen ist, und einen Phasenteiler 8, dessen Eingang über einen Frequenzteiler 9 an den Ausgang des Generators 6 angeschlossen ist und dessen einer Ausgang 8a am anderen Eingang des Phasendetektors 4 liegt.
  • Der Eingang für Grob- und Feineinstellung der Frequenz des Generators 6 ist mit dem Ausgang des Phasendetektors 4 über einen Integrator 10 geschaltet. Die Grobeinstellung der Generatorfrequenz erfolgt von Hand. Die Einrichtung enthält weiter einen Phasendetektor 4!, dessen einer Eingang über einen Verstärker 5 mit dem Ausgang des Mischers 3 verbunden ist und dessen zweiter Eingang am anderen Ausgang 8b des Phasenteilers 8anliegt, und eine Anzeige 12, die an den Ausgang des Phasendetektors iO angeschlossen ist.
  • Der Generator 1 kann einen Zentimeterwellen- SHF-Generator mit aktivem Glied, das als Gunn-Diode ausgebildet ist, darstellen. Die Sende- und Empfangsantenne 2 kann eine Hornantenne darstellen. Der Mischer 3 kann als SHF-Diode ausgebildet werden. Als Mischer kann auch die Gunn-Diode des Generators d beim Autodynbetrieb fungieren. Der Phasendetektor 4 kann einen Ssnchrondetektor und einen alternierenden Integrator, der am Ausgang des Synchrondetektors liegt, enthalten. Der Verstärker 5 kann einen konventionellen Wechselstrom- NF-Verstärker darstellen. Der steuerbare Generator 6 kann als iYfultivibrator ausgebildet / Séi dem die das Zeitverhalten bestimmenden Stromkreise zwei veranderliche Kondensatoren enthalten, von denen der eine eine größere und der andere etne kleinere Kapazität aufweist, der eine von Hand und der zweite t';iektrisch gesteuert wird und bzw itats&Iode beispielsweise als Warikåp musgeb;ldst ist, dem das Signal zugeführt wird, das an den Eingang für die Feineinstellung der Frequenz des Generators 6 gelangt. Der Frequenzmesser 7 kamin eine konventionelle Anordnung zum Messen der Impulsfolgefrequenz, aufweisen. Der Phasenteiler 8 gewåhrleistet das Umformen des dem Eingang zugeführten Signals in zwei Ausgangssignale mit um 90° gegeneinander versetzter Phasenlage und kann mit drei D-Triggernausgeführt werden, welche derart verbunden sind, daß der D-Eingang des ersten Triggers mit seinem Inversionsausgang und mit dem Synchronisiereingang des zweiten Triggers verbunden ist, der Eingang des zweiten Triggers mit seinem InversioneauEgang in Verbindung steht, der Synohronisiereingang des dritten Triggers mit dem direkten Ausgang des ersten Triggers verbunden ist und der Eingang des dritten Triggers am direkten Ausgang des zweiten Triggers liegt.
  • In diesem Falle bildet der Synchronisiereingang des er-Keten Triggers den Phasenteilereingang und die direkten Ausgänge des zweiten und des dritten Triggers ergeben entsprechend zwei Phasenteilerausgänge. Der Frequenzteiler 9 kann einen konventionellen Impulsfolgefrequenzteiler darsteilen. Der Integrator 80 stellt einen konventionellen alternierenden Integrator dar und kann mit einem Operationsverstärker und zwei Kondensatoren ausgeführt werden, von denen der eine zwischen den Verstärkerausgang und seinen invertierenden Eingang und der zweite zwischen dem nichtinvertierenden Eingang und den Nullpotentialpunkt geschaltet ist. Der Phaseridetektor dd kann identisch mit dem Phasendetektor 4 ausgeführt seine dir Anzeige 12 kann als ein Mikroamperemeter ausgeführt werden, das an den Ausgang des Phasendetektors 11 über einen Widerstand angeschlossen ist.
  • Beim Betrieb der Einrichtung kommt die SiiF-Energie vom Generator d zur Sende- und Empfangsantenne 2, welche die elektromagnetischen Schwingungen in Richtung der Welle (in der Zeichnung nicht dargestellt), deren Drehzahl gemessen werden soll, ausstrahlt. Die von der Welle reflektierten elektromagnetischen Schwingungen treffen auf die Bntenne 2. Da die Wellenoberfläche elektrisch immer ungleichförmig ist (diese Ungleichförmigkeit wird beispielsweise durch die Ungleichförmigkeit des Werkstoffs, aus welchem die Welle gefertigt ist, herbeigefiihrt, bzw. durch das Vorhandensein von mit Oxyden überzogenen Abschnitten) und/oder mechanische Ungleichförmigkeiten aufweist (Einbuchtungen und VorsprüFge,/von der Kreisform abweichenden quersohnitt) sind die zur Antenne 2 zurückkehrenden elektromagnetischen Schwingungen mit einem niederfrequenten Signal moduliert. Dieses Signal umfaßt die Komponente, deren Frequenz der Wellendrehzahl entspricht , sowie Harmonisohle mit höheren Frequenzen, die ein Vielfaches der Wellendrehzahl darstellen. Eine identische niederfrequente Modulation der elektromaimetischen Schwingungen, die zur Antenne 2 zurückkehren, wird auch bei einer Reflexion der Schwingungen von konstruktiven Elementen stattfinden, die auf der Welle angeordnet sind. Außerdem enthält das niederfrequente Modulationssignal auch Komponenten, deren Frequenz kein Vielfaches der Wellendrehzahl ist, was durch die Präzession der Welle, den Unrundlauf der Lager u.dgl.m.
  • herbeigeführt wird.
  • Das SHF-Signal, das die Antenne 2 beim Empfang der reflektierten elektromagnetischen Schwingungen erzeugt, wird dem Mischer 3 zugeführt, an den auch das Signal des Generators d gelangt. Am Ausgang des Mischers 3 wird eine Spannung gebildet, deren Spektrum dem niederfrequenten Teil des Spektrums der reflektierten elektromagnetischen Schwingungen entspricht und Frequenzkomponenten enthält, die dem besagten niederfrequenten Signal, das diese Schwingungen moduliert, entsprechen. Die Spannung am Ausgang des Mischers 3 wird durch den Verstärker 5 verstärkt und den Eingängen der Phasendetektoren 4 und 4 zugeführt. Zur Erhöhung der Störsicherheit kann zwischen den Mischer 3 und den Verstärker 5 ein Bandfilter (nicht dargestellt) geschaltet werden, dessen Durchlaßbereich entsprechend den zu erwartenden Werten der Wellendrehzahlen gewählt wird.
  • Der Rückkopplungskreis, der den Frequenzteiler 9, den Phasenteiler 8, den Phasenuetaktor 4 und den Integrator 10 umfaßt, ergibt die automatische F»quenzres3elurlg mit selbsttätiger Phasenscharfabstimmung des Generators 6. Bei der Ubereinstimmung der Signalfrequenz am Ausgang 8a des Phasendetektors 8 mit der Frequenz der Signalkomponente am Ausgang des Verstärkers 5, welche eine ausreffiend große Amplitude aufweist, erfolgt eine Mitnahme der Frequenz des Generators 6. In diesem Falle führt die Abweichung der Signalfrequenz am Ausgang 8a des Phasenteilers 8 von der Frequenz der besagten Signalkomponente am Ausgang des Verstärkers 5 zum Aufbau einer Gleichspannung am Ausgang des Phasendetektors 4, die mit dem Integrator 10 integriert wird und eine Änderung der Frequenz des Generators 6 in Richtung einer Verminderung der besagten Abweichung herbeiführt. Andere Frequenzkomponenten des Signals am Ausgang des Verstärkers 5 fuhrentzum Aufbau>am Ausgang des Phasendetektors 4 einer Wechselspannung, die nur äußerst unwesentliche Spannungsschwankungen am Ausgang des Integrators i0 verursacht. Infolgedessen wird das Signal am Ausgang 8a des Phasenteilers 8 automatisch in gleicher Phasenlage mit der besagten Signalkomponente am Ausgang des Verstärkere 5 aufrecnterhalten und die Signilfrequanz am Ausgang des Generators 6 wird selbsttätig gleich dem Produkt aus der Frequenz der besagten Komponente mal SFrequenzteilungsverhältnis, welches der den Phasenteiler 8 und den Frequenzteiler 9 umfassende Kreis gewährleistet, gehalten. Die Spannung am Ausgang 8a des Phasenteilers 8 ist hierbei in ihrer Phase um 90° gegenüber der angeführten Signalkomponente am Ausgang des Verstärkers 5 versetzt, wodurch sich am Ausgang des Phasendetektors ii eine der Amplitude der angeführten Komponente proportionale Gleichspannung aufbaut, diemit Hilfe der Anzeige 12 dargesteliwtidDie anderen Frequenzkomponenten des Signals am Ausgang des Verstärkers 5 führen in diesem Falle <zum Aufbau?am Ausgang des Phasendetektors 11 einer Wechselspannung, auf die die Anzeige 12 nicht anspricht, da diese träge ist.
  • Die Frequenz des Signals am Ausgang des Generators 6 zeigt der Frequenzmeseer 7 an.
  • Die Messung der Wellendrehzahl wird wie folgt durchgeführt.
  • Die Antenne 2 wird derart angeordnet, daß die von ihr ausgestrahlten SHF-Schwingungen in Richtung der Welle laufen, deren Drehzahl gemessen werden soll. Zum Einstellen der Antenne 2 in eine optimale Lauge kann man Kopfhörer (in der Zeichnung nicht dargesteLlt) verwenden, die an den Ausgang des Verstärkers 5 angeschlossen sind. In diesem Falle wird die Antenne derart eingestellt, daß die größtmöglichste Lautstärke in den Kopfhörer/n erzielt wird. Vor Begiiin der messungen wird das die Grobeinstellung der Frequenz des Generators 6 gewährleistende Organ in diejenige Stellung gebracht , die der minimalen Frequenz entspricht.
  • Solange das Signal am Ausgang des Generators 6 eine Frequenz aufweist, bei der die Signalfrequenz am Ausgang 8a des Phasenteilers 8 sich wesentlich von der Frequenz jeder beliebigen Komponente des niederfrequenten Spektrums der elektromagnetischen Schwingungen unterscheidet, die von der Welle reflektiert worden ist und eine erheblich Amplitude aufweist, funktioniert die automatische Frequenzregelung mit selbsttätiger Phasenscharfabstimmung nicht, und die Gleichspannung am Ausgang des Phasendetektors 11 ist gleich Null, wie es die Anzeige 12 verdeutlicht.
  • Hiernach wird die Frequenz des Generators 6 allmählich erhöht. Wenn infolge der Frequenzänderung des Generators 6 die Signalfrequenz am Ausgang 8a des Phasenteilers 8 der Frequenz derjenigen Komponente des niederfrequenten Spektrums der elektromagnetischen reflektierten Schwingungen gleich wird, die eine erhebliche Amplitude aufweist, erfolgt eine Mitnahme der Frequenz des Generators 6, wodurch sich am Ausgang des Phasendetektors ii eine Gleichspannung aufbaut, die der Amplitude der besagten Komponente proportional ist und die durch die Anzeige 12 angezeigt wird. Weiterhin wird die Frequenz des Generators 6 allmählich weitererhohg wodurch die automatische Frequenzregelung des Generators 6 aussetzt und die Anzeige 12 auf Null zurückschlägt. Wenn die Signalfrequenz am. Ausgang 8a des Phasenteilers 8 mit der Frequenz einer anderen Komponente des niederfrequenten Spektrums zur reflektierten Schwingungen übereinstiamt die eine große Amplitude aufweist, erfolgt eine Mitnahme einer neuen Frequenz des Generators 6, wobei die Anzeige 12 eine Spannung anzeigt, die der Amplitude der besagten Komponente proportional ist. Hiernach erfolgt eine erneute Erhöhung der Frequenz des Generators 6, während welcher die Anzeige 12 den Aufbau einer Gleichspannung am Ausgang des Phasendetektors jedesmal anzeigen wird, wenn die Signalfrequenz am Ausgang 8a des Phasenteilers 8 mit der Frequenz der Komponente des niederfrequenten Spektraums der reflektierten Schwingungen übereinstimmt, die eine große Amplitude aufweist. Somit funktioniert die automatische Frequenzregelung des Generators 6 mit selbsttätiger Phasenscharfabstimmung wie ein einstellbares Schmalbandfilter.
  • Falls die Welle keinerlei konstruktive Elemente trägt, die vollständig identisch sind und ein Gebilde erzeugen, das in bezug auf die Wellenaohse streng symmetrisch ist, wird das niederfrequente Spektrum der reflektierten elektromagnetischen Schwingungen hauptsächlich aus Komponenten zusammengesetzt sein, von denen die eine eine der Wellendrehzahl gleiche Frequenz aufweist, ährend die Frequenzen der anderen Komponenten ein Vielfaches der Wellendrehzahl darstellen. Aus diesem Grunde erfolgt die Anzeige des Aufbaus einer bedeutenden Gleichspannung am Ausgang des Phasendem detektors {{ erstmalig denm/Augeablick, wenn die Signalfre quenz am Ausgang 8a des Phasenteilers 8 der Wellendrehzahl gleich ist. Im Laufe der nachfolgenden Erhöhung der Frequenz des Generators 6 wird die Anzeige 12 die Ånwesenheit von höheren Harmonischen der Well-endrehzahl im niederfrequenten Spektrum der reflektierten elektromagnetischen Schwingungen anzeigen, falls diese Harmonischen eine ausreichend große Amplitude aufweisen. Die Amplitude der besagen Harmonischen kann an Hand der Darstellung durch die Anzeige 12 beurteilt werden. Die Frequenzen der Komponenten, welche eine bedeutende Amplitude aufweisen, werden durch Division der Werte, die durch den Frequenzmesser 7 im Augenblick angezeigt werden,wenn sich eine erhebliche Gleichspannung am Ausgang des Phasendetektors ii aufbaut, durch das Spannungsteilungsverhältnis ermittelt, welches der aus dem Frequenz teiler 9 und dem Phasenteiler 8 zusammengesetzte Kreis bildet. Fur eine genauere Feststellung dieser Frequenz werden zweckmäßig diejenigen Anzeigen des Frequenzmeseers 7 benutzt, welche derjenigen Spektrumkomponente entsprechen, die die größte Amplitude aufweist.
  • Falls auf der Welle vollständig identische konstruktive Elemente angeordnet sind (beispielsweise Schaufeln), die ein streng symmetrisches Gebilde ergeben, und der Winkel zwischen der Wellenachse und der Richtung der ausgestrahlten elektromagnetischen Schwingungen.groß genug ist (über 400), kann es sich ergeben, daß die Komponente mit der Frequenz, die gleich der Wellendrehzahl ist, äußerst klein ausfällt. In diesem Falle wird der-Aufbau einer bedeutendez Gleichspannung am Ausgang des Phasendetektors 11 erstmalig in7Augenbliok angezeigt, wenn die Signalfrequenz am Ausgang 8a des Phasenteilers 8 dem Produkt aus der Wellendrehzahl mal Zahl der symmetrisch auf der Welle angeordneten konstruktiven Elementen gleich ist, und im weiteren wird die Anzeige 12 die Zeitpunkte anzeigen, bei denen die Signalfrequenz am Ausgang 8a ein Vielfaches des besagten Produkts darstellt. Dieser Umstand wirkt sich praktisch auf die Richtigkeit der Ermittelung der Wellendrehzahl nicht aus, da die Zahl dieser symmetrischen Elemente üblicherweise groß ist (nicht weniger als 4 bis 6) und es somit leicht ist£eßtzustellen, ob der erstmalige Aufbau der Gleichspannung am Ausgang des Phasendetektors 44 durch die Komponente bedingt wird, deren Frequenz gleich der Wellendrehzahl , bzw. dem Produkt aus dieser Wellendrehzahl mal Zahl der konstruktiven Elemente ist.
  • Damit die Anzeige 12 unmittelbar denjenigen Teil der Energie anzeigt, der auf die jeweilige Frequenzkomponente entfällt, kann der Verstärker 5 eine selbsttätige Veretärkungsregelung aufweisen, wodurch eine genormte Größe des Signals an den Ausgängen der Phasendetektoren 4 und 4 gewährleistet wird. Die Verwendung einer automatischen Verstärkungsregelung vermeidet ebenfalls eine Amplitudenbegrenzung des Signals am Ausgang des Verstärkers 5 und eine Verzerrung seines Spektrums bei einer hohen Intensität der elektromagnetischen Schwingungen, welche der Antenne 2 zugeführt werden.
  • Die erfindungsgemäfSe Einrichtung kann auch ohne Frequenzteiler, welcher zwischen den Generator 6 und den verwendet werden Phasenteiler 8 geschaltet ist/, aber die Verwendung eines Frequenzteilers 9 gewährleistet eine bedeutende Erhöhung der Frequenz des Generators 6 gegenüber der Komponente, deren Frequenz zu ermitteln ist, und somit eine Steigerung der Genauigkeit der Wellendrehzahlmessung im reelen Ze itmaßstab.

Claims (2)

  1. EINRICHTUNG ZUR BERÜHRUNGSLOSEN WELLENDREHZAHL-MESSUNG PATENTANSPRÜCHE: 1.Einrichtung zur berührungslosen Wellendrehzahlmessung mit einer Empfangs- und Sendeantenne, welche mit einem monochromatischen SHF-Signalgenerator verbunden ist, einem Mischer, dessen Eingang mit dem Generator und der Empfangs- und Sendeantenne in Verbindung steht, und mit einem Frequenzmesser, g e k e n n z e i c hnet durch einen steuerbaren NF-Generator (6), der eine Grob- und Feinfrequenzeinstellung ermöglicht und dessen Ausgang mit dem Eingang des Frequenzmessers (7) gekoppelt ist, einen Phasenteiler (8), dessen Eingang mit dem Ausgang des steuerbaren NF-Generators (6) gekoppelt ist, einen Phasendetekier (4), dessen erster Eingang am Ausgang des Mischers (3) liegt, ei essen zweiter Eingang mit dem ersten Ausgang (da) des Phasenteilers () zusammengekoppelt ist und dessen Ausgang über einen integrator (O) mit dem dem Eingang für Feineinsteilung der Frequenz dcs steuelbaren NF-Generators (6) in Verbindung steht, und einen zweiten Phasendetektor (11), dessen erster Eingang mit dem Ausgang des Mischers (3) zusammengekoppelt ist, dessen zweiter Eingang mit dem zweiten Ausgang (8b) des Phasenteilers (8) gekoppelt ist und dessen Ausgang mit einer Anzeige (12) gekoppelt ist.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e 1 durch einen Frequenzteiler (9), der zwischen den Ausgang des steuerbaren NF-Generators (6) und den Eingang des Phasenteilers geschaltet ist.
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