DE3330519C2 - Method and device for the contactless transmission of a signal from a rotating component to a stationary component - Google Patents
Method and device for the contactless transmission of a signal from a rotating component to a stationary componentInfo
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- DE3330519C2 DE3330519C2 DE19833330519 DE3330519A DE3330519C2 DE 3330519 C2 DE3330519 C2 DE 3330519C2 DE 19833330519 DE19833330519 DE 19833330519 DE 3330519 A DE3330519 A DE 3330519A DE 3330519 C2 DE3330519 C2 DE 3330519C2
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Übertragung eines Signals von einem rotierenden Bauteil auf ein feststehendes Bauteil, insbesondere eines von einem piezoelektrischen Wandler in eine elektrische Spannung umgesetzten dynamischen Meßwertes von einer rotierenden Welle auf ein feststehendes Teil der Lagerung, durch zwei induktiv miteinander gekoppelte Spulen, wobei die eine Spule Teil eines Resonanzschwingkreises ist, dessen Resonanzfrequenz fR durch das zu übertragende Signal US verstimmt wird, und wobei die andere Spule als Koppelspule Teil eines Auswertekoppelkreises ist, an den eine Oszillatorspannung UO mit konstanter Oszillatorfrequenz fO angelegt wird, wobei in der Spule des Resonanzschwingkreises durch die induktive Kopplung mit der Koppelspule des Auswertekoppelkreises eine Resonanzschwingkreisspannung UR mit einem Resonanzschwingkreisstrom IR induziert wird und wobei zur Bestimmung der Größe des zu übertragenden Signals US ein Phasenvergleich durchgeführt wird. Damit ohne großen elektronischen Aufwand und auf einfache und zuverlässige Weise kontinuierlich die Signale übertragen werden können, wird vorgeschlagen, daß am Auswertekoppelkreis die Oszillatorspannung UO kontinuierlich angelegt wird und daß die Veränderung in der Phasenverschiebung zwischen der an der Koppelspule anliegenden Koppelspulenspannung UK und dem Koppelspulenstrom IK im Auswertekoppelkreis infolge der von der Größe des zu übertragenden ...The invention relates to a method for the contactless transmission of a signal from a rotating component to a stationary component, in particular a dynamic measured value converted into an electrical voltage by a piezoelectric transducer from a rotating shaft to a stationary part of the bearing, by means of two inductively coupled coils, One coil is part of a resonance circuit, the resonance frequency fR of which is detuned by the signal US to be transmitted, and the other coil, as a coupling coil, is part of an evaluation coupling circuit to which an oscillator voltage UO with a constant oscillator frequency fO is applied, with the coil des Resonant circuit through the inductive coupling with the coupling coil of the evaluation coupling circuit, a resonant circuit voltage UR is induced with a resonant circuit current IR and a phase comparison is carried out to determine the size of the signal to be transmitted US will. So that the signals can be transmitted continuously and easily and reliably without great electronic effort, it is proposed that the oscillator voltage UO be continuously applied to the evaluation coupling circuit and that the change in the phase shift between the coupling coil voltage UK applied to the coupling coil and the coupling coil current IK im Evaluation coupling circuit due to the size of the ...
Description
Die Erfindung betrifft eki Verv&hren zur berührungslosen Übertragung eines Signals von einem rotierenden Bauteil auf ein feststehendes Bauteil, insbesondere eines von einem piezo-elektrischen Wandler in eine elektrische Spannung umgesetzten dynamischen Meßwertes von einer rotierenden Welle auf ein feststehendes Teil der Lagerung, durch zwei induktiv miteinander gekoppelte Spulen, wobei die eine Spule Teil eines Resonanzschwingkreises ist, dessen Resonanzfrequenz /« durch das zu übertragende Signal Us verstimmt wird, und wobei die andere Spule als Koppelspule Teil eines Auswertekoppelkreises ist, an den eine Oszillatorspannung Uo mit konstanter Oszillatorfrequenz fo angelegt wird, wobei in der Spule des Resonanzschwingkreises durch die induktive Kopplung mit der Koppelspule des Auswertekoppelkreises eine Resonanzschwingkreisspannung Ur mit einem Resonanzschwingkreisstrom Ir induziert wird und wobei zur Bestimmung der Größe des zu übertragenden Signals Us ein Phasenvergleich durchgeführt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to methods for the contactless transmission of a signal from a rotating component to a stationary component, in particular a dynamic measured value converted into an electrical voltage by a piezo-electric transducer from a rotating shaft to a stationary part of the bearing, by means of two inductively coupled together Coils, one coil being part of a resonant circuit whose resonance frequency / «is detuned by the signal Us to be transmitted, and the other coil, as a coupling coil, is part of an evaluation coupling circuit to which an oscillator voltage Uo with a constant oscillator frequency fo is applied, with in A resonance circuit voltage Ur with a resonance circuit current Ir is induced in the coil of the resonance circuit by the inductive coupling with the coupling coil of the evaluation coupling circuit, and a phase comparison is carried out to determine the size of the signal Us to be transmitted is, as well as a device for performing the method.
Telemetrieeinrichtungen zur Meßwertübertragung von rotierenden Teilen auf feststehende Teile sind bekannt Sie spielen beispielsweise bei der Luftdrucküberwachung eines Fahrzeugrades eine Rolle, wo der Luftdruckwert des bei Fahrt rotierenden Rades auf eine im Fahrzeuggestell untergebrachte Einrichtung zur Überwachung und gegebenenfalls zur Regulierung des Luftdrucks übertragen werden soll. Bekannte Verfahren undTelemetry devices for transmitting measured values from rotating parts to stationary parts are known For example, they play a role in the air pressure monitoring of a vehicle wheel, where the air pressure value is of the wheel rotating while driving on a device for monitoring housed in the vehicle frame and if necessary should be transmitted to regulate the air pressure. Known procedures and
fs Vorrichtungen haben jedoch den Nachteil der auf der schwingkreis bedämpft werden muß, um die durch den ψ Sensorseite für die Signalverstärkung und-übertragung Koppelschwingkreis induzierten Schwingungen ungell erforderlichen Energieversorgung. stört empfangen zu können. Darüber hinaus wird durch ■if Aus der DE-OS 15 66 789 ist eine Anordnung zur be- die diskontinuierliche Signalübertragung die übertragg rührungslosen Übertragung von Meßwerten von einem 5 bare obere Grenzfrequenz des Meßsignals einge-I" rotierenden auf einen feststehenden Teil bekannt Diese schränkt Dies ist insbesondere dann von Nachteil, wenn S besteht aus einem Oszillator mit zwei induktiv miteinan- zeitlich sich schnell verändernde Signale übertragen ή der gekoppelten Spulen, die ringförmig ausgebildet und und registriert werden soILHowever, fs devices have the disadvantage that the resonant circuit has to be damped in order to avoid the energy supply required by the ψ sensor side for signal amplification and transmission of the coupling resonant circuit. disturbs being able to receive. In addition, an arrangement is known from DE-OS 15 66 789 for the discontinuous signal transmission, the transfer, contactless transmission of measured values from a rotating upper limit frequency of the measuring signal to a stationary part This is particularly disadvantageous when S consists of an oscillator with two signals, which inductively change rapidly with one another, transmit ή the coupled coils, which are designed and recorded in a ring shape
ϊ| konzentrisch zur Drehachse des sich rotierenden Teils Durch das DE-GM 18 48 306 ist eine verschluckbareϊ | concentric to the axis of rotation of the rotating part By DE-GM 18 48 306 is a swallowable
rf angeordnet sind. Die eine Spule bildet Teil eines io Sonde zur Erfassung der inneren Körpertemperatur r f are arranged. One coil forms part of an io probe for recording internal body temperature
y . Schwingkreises, der weiterhin aus einem Kondensator von Patienten bekannt Die Sonde enthält einen Paral-y. Resonant circuit, which is still known from a capacitor in patients The probe contains a parallel
f: und eicem Meßindikator besteht Die andere Spule be- lelschwingkreis, dessen Resonanzfrequenz durch die zu f: and there is a measuring indicator
Ij sitzt mehrere Wicklungen und ist im feststehenden Teil erfassende Meßgröße verändert wird. Mit Hilfe einesIj sits several windings and is changed in the fixed part of the measured variable. With help of a
y, als Auswertekreis angeordnet Wird an den Auswerte- über eine Koppelspule kontinuierlich angelegten Oszil- y, arranged as an evaluation circuit Is connected to the evaluation via a coupling coil continuously applied oscilloscope
'■; kreis ein Potential gelegt, erfolgt eine Rückkopplung is latorsignals veränderlicher Frequenz wird die Reso-'■; circuit a potential is applied, there is a feedback is lator signal of variable frequency, the reso-
I= mit dem Schwingkreis im rotierenden Teil, so daß der nanzfrequenz der Sonde durch Auswertung des bei Re-I = with the oscillating circuit in the rotating part, so that the nance frequency of the probe by evaluating the
>i Auswertekreis mit der Resonanzfrequenz des Schwing- sonanz auftretenden Energieentzuges ermittelt> i Evaluation circuit determined with the resonance frequency of the vibrational resonance occurring energy extraction
i!s kreises schwingt Bei Erreichen eines vorgegebenen Ausgehend vom Stand der Technik nach der DE-OSi! s circle oscillates when a specified value is reached, based on the state of the art according to DE-OS
i$ Grenzwertes im Meßindikator wird der Schwingkreis 31 07 947 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein I i $ limit value in the measuring indicator is the resonant circuit 31 07 947, the invention is based on the object of an I
h so stark gedämpft daß aufgrund der Änderung der 20 Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die ohne I h so much attenuated that due to the change in the 20 procedures and a device to be created that without I.
|| Rückkopplungsbedingung mit dem Auswertekreis der großen elektronischen Aufwand auf «Anfache und zuver- ||| Feedback condition with the evaluation group of the large electronic effort on «Anfache and zuver- |
■| Oszillator nicht mehr schwingfähig ist und dvi Schwin- lässige Weise kontinuierlich die Signale von einem ro-■ | Oscillator is no longer able to oscillate and dvi oscillating way continuously the signals from a ro-
U gungen aussetzen. Dieser Zustand wird dadurch festge- tierenden Bauteil auf ein feststehendes Bauteil berüh-Suspend U As a result, the fixed component touches a fixed component in this state.
' stellt, daß der Auswertekreis eine zusätzliche Wicklung rungslos übertragen.'indicates that the evaluation circuit can transfer an additional winding without a motion.
- zur Ansteuerung eines Relais besitzt In dieser zusätzü- 25 Als Lösung wird dafür ein Verfahren vorgeschlagen,- To control a relay, this has additional 25 As a solution, a method is proposed for this,
ί; chen Wicklung wird bei Aussetzen der Schwingungen bei deivi am Auswertekoppelkreis die Oszillatorspan-ί; When the oscillations are suspended, the winding will cause the oscillator voltage to be applied to the evaluation coupling circuit
:' keine Spannung mehr induziert, so daß das Relais abfällt nung Uo kontinuierlich angelegt wird und bei dem die: 'no more voltage induced, so that the relay drops voltage Uo is continuously applied and in which the
·: ■; und ein entsprechendes Signal ausgelöst wird. Veränderung in der Phasenverschiebung zwischen der·: ■; and a corresponding signal is triggered. Change in the phase shift between the
4 Aus der DE-OS 31 07 947 ist ein Verfahren und eine an der Koppelspule anliegenden Koppelspulenspan-4 From DE-OS 31 07 947 is a method and a coupling coil adjacent to the coupling coil clamping
£ Einrichtung zum Übertragen eines Meßwertes von ei- 30 nung Uk und dem Koppelspulenstrom Ik im Auswerte-£ Device for transmitting a measured value of a voltage Uk and the coupling coil current Ik in the evaluation
ff nem beweglichen Gegenstand auf einen feststehenden koppelkreis infolge der von der Größe des zu übertra-ff a moving object on a fixed coupling circuit due to the size of the
Ii Gegenstand der eingangs genannten Art bekannt Die genden Signals Us abhängigen Verstimmung in der Re-Ii subject of the type mentioned is known The lowing signal Us dependent detuning in the Re-
■i? Einrichtung besteht aus zwei Schwingkreisen, die über sonanzfrequenz /« und der Veränderung in der Phasen-■ i? The device consists of two oscillating circuits, which are controlled by the resonance frequency / «and the change in the phase
;; ihre Spulen induktiv miteinander gekoppelt sind. Der verschiebung zwischen der Resonanzschwingkreisspan-;; their coils are inductively coupled to one another. The shift between the resonance circuit
% Koppelschwingkreis weist eine durch das zu übertra- 35 nung Ur und dem Resonanzschwingkreisstrom Ir und % Coupling oscillating circuit has a due to the transmission Ur and the resonance oscillating circuit current Ir and
V, gende Signal veränderliche Induktivität oder Kapazität infolge der induktiven Kopplung der Spulen kontinuier-V, low signal variable inductance or capacitance due to the inductive coupling of the coils continuously-
ii auf, so daß die Resonanzfrequenz des Koppelschwing- lieh gemessen wird. ii on, so that the resonance frequency of the coupling oscillation is measured borrowed.
$ kreises in Abhängigkeit von der Größe des zu übertra- Durch den kontinuierlichen Betrieb des Auswerte-■
genden Meßwertes verstimmt wird. Der andere koppelkreises können die Signale kontinuierlich über-Schwingkreü
ist ein Sende/Empfangsschwingkreis, der 40 tragen werden. Das Verfahren ermöglicht es somit,
abwechselnd mit einer Sendestufe und einer Empfangs- selbst hochfrequente Schwankungen des zu übertragen-/|
stufe wirksam geschaltet wird. Das Übertragungsver- den Signals zu erfassen und an eine Registriervorrichfahren
besteht darin, daß über die Sendestufe der Sen- tung weiterzuleiten. Die Koppelspule des Auswertede/Empfangsschwingkreis
mit einer Oszillatorspannung koppelkreises bildet zusammen mit der Spule des Resomit
einer Referenzfrequenz aktiviert wird. Durch die 45 nanzschwingkreises einen kontinuierlich betrisbenen
induktive Kopplung mit der Spule des Koppelschwing- Transformator. Zur Erhaltung des magnetischen Flusses
kreises wird in diesem entsprechend der Referenzfre- im Transformator und infolge der induktiven Kopplung
quenz des Sende/Empfangsschwingkreises eine Schwin- resultiert eine bestimmte Phasenbeziehung zwischen
gung induziert Nach Abschalten der Sendestufe und der Resonanzschwingkreisspannung Ur, dem Resoggfs.
Bedampfen des Stnde/Empfangsschwingkreises 50 nanzschwingkreisstrom /-, der an der Koppelspule anwird
die Empfangsstufe wirksam geschaltet In dieser liegenden Koppelspillenspannung Uk und dem Koppel-Empfangsphase
wird im Sende/Empfangsschwingkreis spulenstrom Ik- Eine Veränderung in der Phasenveiein
Frequenzsignal induziert welches der Resonanzfre- Schiebung zwischen der Resonanzschwingkreisspanquenz
des durch das zu übertragende Signal kontinuier- nung Ur und dem Resonanzschwingkreisstrom /- hat
Hch verstimmten Koppelschwingkreises entspricht. Ein 55 eine Phasenverschiebung zwischen der Koppelspalen-Phasendetektor
mißt während einer vorbestimmten Pe- spannung UK und dem Koppelspulenstrom Ik zur Folge,
riode die Zeitdifferenz zwischen der Referenzfrequenz Da aber die Phasenverschiebung zwischen der Resoder
Oszillatorspannung und der Resonanzfrequenz des nanzschwingkreisspannung Ur und dem Resonanzverstimmen Koppelschwingkreises. Mittels einer Aus- schwingkreisstroir Ir von der Verstimmung durch das
wertschaltung kann aufgrund der gemessenen Zeitdiffe- ω zu übertragende Signal Us abhängt, läßt sich durch die
renz auf das zu übertragende Signal zurückgeschlossen Messung der Veränderung in der Phasenverschiebung
werden. zwischen der Koppelspulenspannung i/^finddein Kop-Das
bekannte Verfahren hat den Nachteil, daß ein pelspulenstrom Ik im Auswertekoppelkreis die Größe
großer elektronischer Aufwand zur Übertragung des des zu übertragenden Signals Us bestimmen. Ein derar-Signals
notwendig ist. Der Sende/Empfangsschwing- 65 tiger Phasenverglek;*:. hat den Vorteil, daß er sich ohne
kreis muß abwechselnd als Sendestufe und als Emp- großen elektronischen Aufwand durchführen läßt,
fangsstufe wirksam geschähet werden, wobei zusätzlich Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird
vor dem Aktivieren der Empfangsstufe der Sende- zur Messung der Phasenverschiebung zwischen der The circle depends on the size of the measured value to be transmitted. The other coupling circuit can transmit the signals continuously via oscillating circuits is a transmitting / receiving oscillating circuit which 40 will carry. The method thus makes it possible, alternately with a transmission stage and a reception stage, to transmit even high-frequency fluctuations of the / | stage is activated. Detecting the transmission of the signal and forwarding it to a registration device consists of forwarding the transmission via the transmission stage. The coupling coil of the evaluation / receiving resonant circuit with an oscillator voltage forms the coupling circuit together with the coil of the Resomit a reference frequency is activated. The 45 nanzschwingkreises a continuously operated inductive coupling with the coil of the coupling oscillating transformer. Circle for the conservation of the magnetic flux in this according to the Referenzfre- in the transformer and as a result of the inductive coupling frequency of the transmitting / receiving resonant circuit an oscillation results in a certain phase relationship between supply induced After switching off the transmitting stage and the resonant circuit voltage Ur, the Resoggfs. Vaporization of the standing / receiving oscillating circuit 50 nanzschwingkreisstrom / -, the receiving stage is switched to the coupling coil effectively In this lying coupling coil voltage Uk and the coupling receive phase, coil current Ik- A change in the phase curve induces the resonance frequency shift between the resonance circuit voltage of the signal to be transmitted continuously Ur and the resonance circuit current / - Hch corresponds to the detuned coupling circuit. A 55 a phase shift between the coupling coil phase detector measures during a predetermined voltage U K and the coupling coil current Ik , the time difference between the reference frequency Da but the phase shift between the resonator oscillator voltage and the resonance frequency of the resonant circuit voltage Ur and the resonant detuned coupling circuit. By means of an oscillating circuit disturbance Ir from the detuning by the value circuit, the signal Us to be transmitted can depend on the measured time difference, and measurement of the change in the phase shift can be deduced from the reference to the signal to be transmitted. between the coupling coil voltage i / ^ finddein Kop-The known method has the disadvantage that a coil current Ik in the evaluation coupling circuit determines the size of the large electronic expenditure for the transmission of the signal Us to be transmitted. Such a signal is necessary. The transmit / receive oscillating 65 tiger phase verglek; * :. has the advantage that it can be carried out alternately as a transmission stage and as a reception without a circle,
In addition, according to a further feature of the invention, prior to activating the receiving stage, the transmitting stage is used to measure the phase shift between the
5 6 rf5 6 rf
Koppelspulenspannung Uk und dem Koppelspulen- lediglich die Koppelspulenspannung Uk und den Kop- \% Coupling coil voltage Uk and the coupling coil only the coupling coil voltage Uk and the coupling \%
strom Ik im Auswertekoppelkreis vorgeschlagen, daß pelspulenstrom Ik messen, um daraus die Phasenver- '%'current Ik in the evaluation coupling circuit suggested that pelspulenstrom Ik measure in order to derive the phase difference '%'
die Werte der Koppelspulenspannung Uk und des Kop- Schiebung zu bestimmen. Dies läßt sich ohne großen 0 to determine the values of the coupling coil voltage Uk and the Kop shift. This can be done without a capital 0
pelspulenstromes /* gleichzeitig gemessen und mitein- elektronischen Aufwand realisieren, so daß auf kosten- ||pelspulenstromes / * measured at the same time and realized with an electronic effort, so that at cost ||
ander multipliziert werden. Dieses Verfahren läßt sich s günstige und zuverlässige Weise eine Signalübertratechnisch einfach realisieren, wobei das analoge oder gung möglich istbe multiplied differently. This method can be used in a favorable and reliable manner for signal transmission easy to implement, analog or gung is possible
digitale Ausgangssignal eine direkte Aussage über die Vorzugsweise ist im Auswertekoppelkreis als Shuntdigital output signal a direct statement about the preferably is in the evaluation coupling circuit as a shunt
Größe der Phasenverschiebung und somit über die Grö- eine phasenschiebende Reaktanz geschaltet die entwe-The size of the phase shift and thus a phase-shifting reactance switched via the
Be des zu übertragenden Signals erlaubt der eine Induktivität oder eine Kapazität oder beidesIn the signal to be transmitted, it allows an inductance or a capacitance or both
Bei einer bevorzugten Verfahrensdurchführung wird io sein kann. Mit einem derartigen Phasenschieber läßtIn a preferred implementation of the method, io can be. With such a phase shifter can
' bei Gleichheit der Oszillatorfrequenz fo und der Reso- sich insbesondere erreichen, daß bei Gleichheit der Os- Ά 'with equality of the oscillator frequency fo and the Reso- in particular achieve that if the Os- Ά
nanzfrequenz /« die Phasenverschiebung zwischen der zillatorfrequenz fo und der Resonanzfrequenz Ir die :nanz frequency / «the phase shift between the oscillator frequency fo and the resonance frequency Ir which:
Koppelspulenspannung Uk und dem Meßwert des Kop- Phasenverschiebung zwischen der Koppelspulenspan-Coupling coil voltage Uk and the measured value of the coupling phase shift between the coupling coil voltage
pelspulenstroms /< durch einen Phasenschieber auf 90° nung UK und dem Meßwert des Koppelspulenstroms Ik pelspulenstroms / <through a phase shifter to 90 ° voltage U K and the measured value of the coupling coil current Ik
eingestellt Dadurch nimmt der Gleichanteil der Aus- \s 90° beträgt, da dann die von der Spule des Resonanz- ';This increases the adjusted DC component of the training \ s 90 °, since then the resonance of the coil of the ';
gangsspannung des Multiplizierers bei unverstimmten Schwingkreises auf die Koppelspule des Auswertekop-output voltage of the multiplier in the case of undistuned oscillating circuit to the coupling coil of the evaluation head
Resonanzkreis, d. h. immer dann, wenn keine Signal- pelkreises transformierte Impedanz einen reinen Wirk- ■Resonance circuit, d. H. whenever no signal circuit transformed impedance is a pure active ■
spannung U, anliegt den Wert Null an. Der Wechselan- widerstand darstellt.voltage U, the value zero is present. The alternating resistance represents.
te:! der A.usgangsspannung des Multiplizierers wird Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist als Aus-te :! the output voltage of the multiplier is
durch ein Tiefpaßfilter unterdrückt 20 werteeinheit ein Multiplizierer vorgesehen, der die20 value unit suppressed by a low-pass filter, a multiplier is provided which the
Sobald die zu übertragende Signalspannung U, den Meßwerte der Koppelspulenspannung Uk und des Kop-Resonanzkreis verstimmt weicht die Phasenverschie- pclspulenstroms Ik zeitgleich multipliziert und in ein bung am Multiplizierer von 90° ab, und die Spannung Ausgangssignal UA umsetzt. Ein derartiger Multiplizie- Ua am Ausgang des Tiefpaßfilters nimmt einen Wert an, rer arbeitet zuverlässig und ist technisch wenig aufwender in einem annähernd linearen Zusammenhang mit 25 dig, so daß bereits mit einfachsten Meßinstrumenten der Signalspannung U, steht Nach entsprechender Ei- eine Übertragung des Signals Us möglich ist chung läßt sich somit nach der Multiplikation und der Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist Tiefpaßfilterung direkt die Größe des Signals Us able- dem Multiplizierer ein Tiefpaßfilter mit einer kleineren sen. Grenzfrequenz als die Oszillatorfrequenz fo zur Glät-As soon as the signal voltage U to be transmitted, the measured values of the coupling coil voltage Uk and the Kop resonance circuit are out of tune, the phase shifting coil current Ik is multiplied at the same time and in an exercise at the multiplier deviates from 90 °, and the voltage converts the output signal U A. Such a multiplication Ua at the output of the low-pass filter assumes a value, rer works reliably and is technically less expensive in an almost linear relationship with 25 dig, so that even with the simplest measuring instruments of the signal voltage U, there is a transmission of the signal according to Ei- Us is possible deviation can thus be after the multiplication and the according to a further feature of the invention is low-pass filtering directly the magnitude of the signal Us offshoots the multiplier a low pass filter with a smaller sen. Cutoff frequency than the oscillator frequency fo for smoothing
Schließlich wird mit dem Verfahren vorgeschlagen, 30 tung nachgeschaltet. Zum Nachstimmen der Oszillator- jFinally, with the method, it is proposed that there be a downstream device. To retune the oscillator j
daß zum Nullabgleich die Oszillatorfrequenz /odes Aus- frequenz fo kann weiterhin ein von dem Ausgangssignal ,that for zero adjustment the oscillator frequency / odes out frequency fo can continue to be one of the output signal,
wertekoppelkreises in Abhängigkeit von der gemesse- Ua des Multiplizierers angesteuerter Regler vorgesehenvalue coupling circuit as a function of the measured Ua of the multiplier controlled controller provided
nen Phasenverschiebung nachgestimmt wird. Auf diese sein. Dadurch können Rückwirkungen der Demodula-phase shift is adjusted. Be on this. As a result, repercussions of the demodula
Weise kann erreicht werden, daß zu Beginn einer neuen torschaltung auf den Resonanzschwingkreis ausgegli- ■'■■'. In this way it can be achieved that at the beginning of a new gate circuit the resonance circuit is balanced.
Meßreihe die Oszillatorfrequenz fo neu eingestellt wer- 35 chen werden. ;Measurement series, the oscillator frequency fo can be reset. ;
den kann. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstandescan. This is particularly advantageous when further details and advantages of the subject
bei unverstimmten Resonanzschwingkreis, wenn also der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be-with undistuned resonance circuit, i.e. if the invention results from the following
kein Signal Us anliegt die Oszillatorfrequenz fo gleich Schreibung der zugehörigen Zeichnung, in der eine be- "no signal Us is applied, the oscillator frequency fo is the same as the writing of the associated drawing, in which a "
der Resonanzfrequenz (r und das Ausgangssignal Ua vorzugte Ausführungsform zur berührungslosen Über-the resonance frequency (r and the output signal Ua preferred embodiment for contactless transfer
der gemessenen Phasenverschiebung Null sein soll. 40 tragung eines Signals von einem rotierenden Bauteil aufthe measured phase shift should be zero. 40 application of a signal from a rotating component
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah- ein feststehendes Bauteil dargestellt worden ist In der ;To carry out the method according to the invention, a stationary component has been shown in the;
rens wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, wobei der Zeichnung zeigt '.rens a device is proposed, the drawing shows'.
Resonanzschwingkreis am rotierenden Bauteil und der Fig. 1 einen I^ngsschnitt durch eine Übertragungs-Resonance circuit on the rotating component and Fig. 1 shows an I ^ ngsschnitt by a transmission
Auswertekoppelkreis am feststehenden Bauteil ange- vorrichtung mit zwei ineinandergeschobenen Spulen,Evaluation coupling circuit attached to the stationary component with two coils pushed into one another,
ordnet ist und die Spule des Resonanzschwingkreises 45 wobei der untere Teil weggelassen istis arranged and the coil of the resonance circuit 45 wherein the lower part is omitted
und die Koppelspule des Auswertekoppelkreises ring- F i g. 2 ein Prinzipschaltbild der Demodulatorschal-and the coupling coil of the evaluation coupling circuit ring-F i g. 2 a block diagram of the demodulator circuit
förmig ausgebildet und konzentrisch zur Drehachse des tung undshaped and concentric to the axis of rotation of the device and
sich rotierenden Bauteils angeordnet sind, bei der der F i g. 3 eine prinzipielle Strom-Spannungs- und Kapa-rotating component are arranged, in which the F i g. 3 a basic current, voltage and capacitance
Auswertekoppelkreis an eine Auswerteeinheit zur Mes- zitäts-Spannungskennlinie einer Kapazitätsdiode. ;Evaluation coupling circuit to an evaluation unit for the measurement-voltage characteristic of a capacitance diode. ;
sung der an der Koppelspule anliegenden Koppelspu- 50 Die in Fig. 1 dargestellte Übertragungsvorrichtung :solution of the coupling coil applied to the coupling coil 50 The transmission device shown in Fig. 1:
lenspannung Uk end dem Koppelspulenstrom Ik sowie besteht aus zwei konzentrisch zueinander und zu» Dreh- ■ ■+lens voltage Uk end the coupling coil current Ik and consists of two concentric to each other and to »rotary ■ ■ +
zur Bestimmung der Phasenverschiebung aus den erhal- achse 1 einer Welle 2 angeordneten Spulen Lr, Lk- Die . ■;to determine the phase shift from the receiving axis 1 of a shaft 2 arranged coils Lr, Lk- Die. ■;
tenen Meßwerten angeschlossen ist innere Spule Lr ist fest mit der drehbaren Welle 2 ver- ;|The inner coil Lr is firmly connected to the rotatable shaft 2; |
Durch die konzentrische Anordnung der Spulen ist bunden, während die äußere Koppelspule LK feststeht §jThe concentric arrangement of the coils is tied, while the outer coupling coil L K is fixed §j
jederzeit eine Übertragung des Signals unabhängig von 55 und an einem schematisch dargestellten, feststehenden ί ■A transmission of the signal at any time independently of 55 and on a schematically shown, fixed ί ■
der relativen Stellung der Bauteile zueinander möglich. Bauteil 3 angeordnet ist '-.' the relative position of the components to each other possible. Component 3 is arranged '-.'
Der durch die Koppelspule des Auswertekoppelkreises Zur Übertragung eines Signals Us von der Welle 2 auf ϊ|By the coupling coil of the evaluation coupling circuit to transmit a signal Us from shaft 2 to ϊ |
erzeugte magnetische FIuB durchsetzt vollständig die das feststehende Bauteil 3 ist die Spule Lr Teil eines -'"· generated magnetic FIuB completely penetrates the fixed component 3, the coil Lr is part of a - '"·
Spule des Resonanzschwingkreises, so daß ein optima- Resonanzschwingkreises Sr und die Koppelspule Lk *iCoil of the resonance circuit, so that an optima resonance circuit Sr and the coupling coil Lk * i
ler Signal-Störabstand bei der Messung des Signals Us 60 Teil eines Auswertekoppelkreises Sk- Die Schaltung ist :J ler signal-to-noise ratio when measuring the signal Us 60 part of an evaluation coupling circuit Sk- The circuit is : J
möglich ist Die Übertragung ist unabhängig von der in F i g. 2 dargestellt Neben der Induktivität der Spule ^is possible The transmission is independent of the in F i g. 2 shown in addition to the inductance of the coil ^
Drehzahl des rotierenden Bauteils, so daß ein bestimm- Lr wird der Parallelresonanzschwingkreis Sr durch die ·Speed of the rotating component, so that a certain Lr is the parallel resonance circuit Sr by the
ter Wert des Signals Us immer zu einer reproduzierba- Kapazität einer Kapazitätsdiode CD definiert Die prm- \A The value of the signal Us always defines a reproducible capacitance of a varactor diode CD The prm- \ A
ren Phasenverschiebung im Auswertekoppelkreis und zipielle Wirkungsweise der Kapazitätsdiode CD ist in }ren phase shift in the evaluation coupling circuit and zipielle mode of operation of the capacitance diode CD is in}
damit zu einem reproduzierbaren Ausgangssignal Ua 65 F ί g. 3 dargestellt, wo sowohl die Kapazität (C) als auch % thus to a reproducible output signal Ua 65 F ί g. 3 where both the capacity (C) and %
führt Von Vorteil ist insbesondere, daß die Öbertra- der Strom (J) gegen die Spannung (U) aufgetragen ist SjjIt is particularly advantageous that the transmission current (J) is plotted against the voltage (U) Sjj
gung des Signals Us auch bei stillstehenden Bauteilen Dabei ist zu erkennen, daß bei sich vergrößernder Span- '&% supply of the U signal even when stationary components It can be seen that enlarging with him chipboard '&%
einwandfrei gewährleistet ist Die Auswerteeinheit muß nung die Kapazität exponentiell abfällt Weiterhin ist zu pThe evaluation unit must voltage the capacity drops exponentially. Furthermore, p
7 87 8
erkennen, daß der Strom zunächst sehr stark abfällt, im nen Tiefpaßfilter 5, dessen Grenzfrequenz kleiner als dierecognize that the current initially drops very sharply, in the NEN low-pass filter 5, whose cutoff frequency is less than that
Bereich der Spannung Nuil ebenfalls ungefähr den Wert Oszillatorfrequenz fo ist. Wie im folgenden noch näherThe range of the voltage Nuil is also approximately the value of the oscillator frequency fo . As in the following in more detail
Null annimmt und bei Erhöhung der Spannung (in ent- auszuführen sein wird, ist für das Meßverfahren die Pha-Assumes zero and when the voltage increases (in ent-
gegengesetzer Pießrichtung) sehr schwach ansteigt, um senverschiebung zwischen der KoppelspulenspannungOpposite Pießrichtung) rises very slightly to senverschaltung between the coupling coil voltage
schließlich bei hohen Spannungen sehr stark zuzuneh- 5 Uk und dem Meßwert des Koppelspulenstroms Ik aus-very strong zuzuneh- finally at high voltages 5 Uk and the measured value of the coupling coil current Ik off
men. Der Aussteuerbereich A zur Veränderung der Ka- schlaggebend, so daß zur Messung und Phasenschie-men. The control range A for changing the decisive factor, so that for measurement and phase shift
pazität einer Kapazitätsdiode wird bestimmt durch die bung des Koppelspulenstroms Ik die an der Reaktanz X The capacity of a capacitance diode is determined by the exercise of the coupling coil current Ik at the reactance X.
Strong Spannungskennlinie. In F i g. 3 ist der Aussteuer- anliegende Spannung gemessen und der Auswerteein-Strong voltage characteristic. In Fig. 3 the control voltage is measured and the evaluation input
bereich A durch die beiden parallel zur Ordinate einge- heit 4 zugeführt wird.Area A is fed through the two unit 4 parallel to the ordinate.
zeichneten, gestrichelten Linien dargestellt. In diesem to Die beiden Spulen Lr und Lk bilden einen Transfor-drawn dashed lines. In this to the two coils Lr and Lk form a transformer
Aussteuerbereich A ist die Leistungsaufnahme infolge mator 71 wobei die induktive Kopplung durch die Ge- Control range A is the power consumption due to mator 71 whereby the inductive coupling through the
der geringen Stromes nur klein, d. h. mit einer kleinen geninduktivität M symbolisch in der Zeichnung darge-the low current is only small, that is, with a small mutual inductance M symbolically shown in the drawing
Leistung kann die Kapazität bei einer Kapazitätsdiode stellt ist. Durch den mit der Oszillatorspannung Uo mitPower can be the capacity of a varactor diode. Through the with the oscillator voltage Uo with
verändert werden. konstanter Oszillatorfrequenz fo betriebenen Auswer-to be changed. constant oscillator frequency fo operated evaluation
Die Signalspannung Us wird an die Kapazitätsdiode 15 tekoppelkreis Sk wird im Resonanzschwingkreis 5« eine CD des Resonanzschwingkreises Sr angelegt und ver- Resonanzschwingkreisspannung Ur mit einem Resoändert somit seine Resonanzfrequenz /« und die Phasen- nanzschwingkreisstrom Ir induziert, wobei die Resoverschiebung zwischen der Resonanzschwingkreisspan- nanzfrequenz //? gleich der Oszillatorfrequenz fo ist. nung Ua und dem Resonanzschwingkreisstrom Ir. Eine Durch die induktive Kopplung der beiden Spulen Lk Vorspannung für die Kapazitätsdiode CD ist nicht er- 20 und Lr bildet sich zur Erhaltung des magnetischen Flusforderlich, solange sie nicht in den Durchlaßbereich ge- ses eine feste Phasenbeziehung zwischen der Koppelsteuert wird (steiler Anstieg des Stromes /in Fig.3). spulenspannung Uk, dem Koppelspulenstrom Ik, der Der ohne Vorspannung symmetrisch zum Spannungs- Resonanzschwingkreisspannung Ur und dem Resonullpunkt liegende Aussteuerbereich A wird begrenzt nanzschwingkreisstrom Ir aus. Bei einer Veränderung durch den Durchlaßstrom der Dioden und die damit 25 der Kapazität der Kapazitätsdiode CD durch das Signal verbundene Belastung der Signalspannungsquelle sowie Us ändert sich die Resonanzfrequenz /« des Resonanzdurch die zulässigen nichtlinearen Verzerrungen der Schwingkreises Sr und somit auch die Phasenverschie-Übertragung. Zur Symmetrierung der Belastung der Si- bung zwischen der Resonanzschwingkreisspannung Ur gnalspannungsquelle dient eine Diode D1. Durch Paral- und dem Resonanzschwingkreisstrom Ir, was zur Folge lelschaltung eines Kondensators C im Resonanz- 30 hat, daß sich auch die Phasenverschiebung zwischen der sch* 'ingkreis Sr läßt sich dieser auf die gewünschte Re- Koppelspulenspannung Uk und dem Koppelspulensonanzfrequenz/« abstimmen; dabei ändern sich jedoch strom Ik verändert. Durch diese Veränderung in der gleichzeitig Linearität und Empfindlichkeit der Anord- Phasenverschiebung zwischen der Koppelspulenspannung, nung Uk und dem Koppelspulenstrom Ik verändert sichThe signal voltage Us is tekoppelkreis Sk is applied to the capacitance diode 15 in the resonance circuit 5 ″ a CD of the resonance circuit Sr and a resonance resonance circuit voltage Ur with a Reso thus changes its resonance frequency / ″ and the phase resonance circuit current Ir is induced, with the Reso shift between the resonance circuit voltage frequency //? is equal to the oscillator frequency fo . voltage Ua and the resonant circuit current Ir. Due to the inductive coupling of the two coils Lk bias voltage for the capacitance diode CD is not required and Lr is formed to maintain the magnetic flux as long as it is not controlled in the pass band by a fixed phase relationship between the coupling (steep increase in current / in Fig. 3). coil voltage Uk, the coupling coil current Ik, the modulation range A , which is symmetrical to the voltage resonant circuit voltage Ur and the resonance zero point, is limited to the resonant circuit current Ir from. In the event of a change due to the forward current of the diodes and the load on the signal voltage source and Us associated with the capacitance of the capacitance diode CD , the resonance frequency / «of the resonance changes due to the permissible non-linear distortions of the oscillating circuit Sr and thus also the phase shift transmission. For balancing the load of the Si bung between the resonant circuit voltage Ur gnalspannungsquelle serves a diode D 1. By paral- and the resonant circuit current Ir, which has the consequence lelschaltung a capacitor C in resonance 30, that the phase shift between the sh * ' ing circuit Sr this can be tuned to the desired Re coupling coil voltage Uk and the coupling coil resonance frequency / «; in doing so, however, the current Ik changes. This change in the linearity and sensitivity of the arrangement phase shift between the coupling coil voltage, voltage Uk and the coupling coil current Ik changes
Mit einem Aussteuerungsbereich von etwa lOOmVss 35 auch das Ausgangssignal Ua der Auswerteeinheit 4.
eignet sich die Übertragungsvorrichtung für nahezu alle Solange die Resonanzfrequenz /r des Resonanzverfügbaren elektrodynamischen und piezoelektrischen Schwingkreises Sr gleich der Oszillatorfrequenz fo ist,
Wandler. Infolge der hohen Eingangsimpedanz (Grö- beträgt die Phasenverschiebung zwischen der Resoßenordnung
107 Ohm, 100 pF) wird der Wandler prak- nanzschwingkreisspannung Ur und dem Resonanztisch
nicht belastet 40 schwingkreisstrom Ir Null Grad und die nach der Kop- The output signal Ua of the evaluation unit 4 also has a modulation range of about 100 mVss 35.
the transmission device is suitable for almost all transducers as long as the resonance frequency / r of the electrodynamic and piezoelectric oscillating circuit Sr available at resonance is equal to the oscillator frequency fo . As a result of the high input impedance (the phase shift between the Resossorder is 10 7 ohms, 100 pF), the transducer is not loaded with precision resonant circuit voltage Ur and the resonance table 40 resonant circuit current Ir zero degrees and the
Eine Veränderung der Resonanzfrequenz /« ist auch pelspule Lk transformierte Impedanz stellt einen reinenA change in the resonance frequency / «is also pelspule Lk transformed impedance represents a pure
denkbar, wenn durch das Signal Us die Induktivität der Wirkwiderstand dar. Die Phasenverschiebung zwischenconceivable if the inductance represents the effective resistance through the signal Us. The phase shift between
Spule Lr verändert wird. der Koppelspulenspannung Uk und dem Meßwert desCoil Lr is changed. the coupling coil voltage Uk and the measured value of the
Die kontinuierliche Auswertung der durch das Signal Koppelspulenstroms Ik beträgt daher die Reaktanz X Us abhängigen Verstimmung des rotierenden Reso- 45 90", so daß das Ausgangssignal Ua am Tiefpaßfilter 5 nanzschwingkreises Sä erfolgt mittels des Auswerte- Null Volt beträgt. Eine Verstimmung des Resonanzkoppelkreises Sk. der die variable Resonanzfrequenz /« Schwingkreises Sr durch ein Signal Us beeinflußt die bzw. die Phasenverschiebung zwischen Resonanz- Phasenverschiebung zwischen der Koppelspulenspanschwingkreisspannung Ur und Resonanzschwingkreis- nung Uk und dem Koppelspulenstrom Ik und damit das strom Ir unter Verwendung eines Oszillatorsignals kon- 50 Ausgangssignal Ua- Zwischen der Verstimmung des rostanter Frequenz auswertet Die prinzipielle Schaltung tierenden Resonanzschwingkreises Sr und dem Ausdes Auswertekoppelkreises Sk ist in F i g. 2 auf der rech- gangssignal Ua besteht ein annähernd linearer Zusamten Seite dargestellt menhang, so daß durch den Wert des AusgangssignalsThe continuous evaluation of the coupling coil current Ik caused by the signal is therefore the reactance X Us- dependent detuning of the rotating resonance 45 90 ", so that the output signal Ua at the low-pass filter 5 resonance circuit Sä takes place by means of the evaluation zero volts. A detuning of the resonance coupling circuit Sk. which influences the variable resonance frequency / oscillating circuit Sr by a signal Us or the phase shift between the resonance phase shift between the coupling coil voltage Ur and resonance oscillating circuit Uk and the coupling coil current Ik and thus the current Ir using an oscillator signal . link between the detuning of the rostanter frequency 2 evaluates the basic circuit animal forming the resonant circuit Sr and the Ausdes Auswertekoppelkreises Sk is g in F i. on the right-output signal Ua is an approximately linear Zusamten side shown, so that by the value of Ausgangssigna ls
Der Auswertekoppelkreis Sk besteht aus der Koppel- Ua der Wert des zu übertragenden Signals Us bestimmtThe evaluation coupling circuit Sk consists of the coupling Ua which determines the value of the signal Us to be transmitted
spule Lk und wird mit einer Oszillatorspannung Uo mit 55 istcoil Lk and is with an oscillator voltage Uo with 55 is
einer konstanten Oszillatorfrequenz fo aus einem span- Um Rückwirkungen der Demodulatorschaltung des nungsgesteuerten Oszillator VCO (Voltage Controlled Auswertekoppelkreises Sk auf den Resonanzschwing-Oscillator) betrieben, wobei die Oszillatorfrequenz fo kreis Sr auszugleichen, ist ein automatischer Nullabgleich dem zeitlichen Mittel der Resonanzfrequenz fR gleich vorgesehen, indem das Ausgangssigna] Ua über des rotierenden Resonanzschwingkreises /« ist In den eo einen geeigneten Regler 6 die Oszillatorfrequenz fo des Auswertekoppelkreis Sk ist eine als Shunt und Phasen- spannungsgesteuerten Oszillators VCO nachstimmt schieber dienende Reaktanz ΛΤ (Induktivität oder Kapa- Dies kann dadurch geschehen, daß bei einem Signal Us zität) geschaltet An der Koppelspule Lk des Auswerte- von Null Volt die Oszillatorfrequenz fo so lange veränkoppelkreises Sk wird die Koppelspulenspannung Uk dert wird, bis sie der Resonanzfrequenz /r entspricht abgegriffen und zusammen mit dem über den Shunt X 65 und kein Ausgangssignal Ua vorliegt Die Bemessung gemessenen Koppelspulenstrom Ik einer Auswerteein- des Reglers 6 hat Einfluß auf die untere Grenzfrequenz heit 4, die als Multiplizierer ausgebildet ist, zugeführt der Übertragungsstrecke, weil niederfrequente Das Ausgangssignal UA des Multiplizierers passiert ei- Schwankungen der Resonanzfrequenz /« des Resonanz-a constant oscillator frequency fo from a span In order to repercussions of the demodulator circuit of the voltage-controlled oscillator VCO (Voltage Controlled Auswertekoppelkreises Sk on the resonance oscillator) operated, to compensate for the oscillator frequency fo circuit Sr, an automatic zero adjustment is provided equal to the temporal mean of the resonance frequency f R In that the output signal Ua is above the rotating resonance oscillating circuit / «In the eo a suitable controller 6 the oscillator frequency fo of the evaluation coupling circuit Sk is a shunt and phase-voltage controlled oscillator VCO which adjusts the reactance ΛΤ (inductance or capacitance) that at a signal Us zität) switched on the coupling coil Lk of the evaluation of zero volts the oscillator frequency fo so long veränkoppelkreises Sk , the coupling coil voltage Uk is changed until it corresponds to the resonance frequency / r and tapped together with the via the shunt X 6 5 and no output signal Ua is present The dimensioning of the measured coupling coil current Ik of an evaluation unit of the controller 6 has an influence on the lower limit frequency unit 4, which is designed as a multiplier, fed to the transmission path because the output signal U A of the multiplier happens due to fluctuations in the resonance frequency / «Of the resonance
ίοίο
Schwingkreises Sr ausgeregelt werden. Falls auch statische Signalanteile übertragen werden sollen, ist als Signalspannung
die Regelspannung UReg am Ausgang des
Reglers 6 abzugreifen. In diesem Fall bestimmt der Regler 6 maßgeblich die obere Grenzfrequenz der Signalspannung.
Oscillating circuit Sr are regulated. If static signal components are also to be transmitted, the control voltage UR eg is the signal voltage at the output of the
Regulator 6 to tap. In this case, the controller 6 largely determines the upper limit frequency of the signal voltage.
1010
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