DE3804721A1 - Messumformer fuer weg- und/oder winkelmessungen an rotierenden teilen nach dem traegerfrequenzprinzip - Google Patents

Messumformer fuer weg- und/oder winkelmessungen an rotierenden teilen nach dem traegerfrequenzprinzip

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DE3804721A1 DE19883804721 DE3804721A DE3804721A1 DE 3804721 A1 DE3804721 A1 DE 3804721A1 DE 19883804721 DE19883804721 DE 19883804721 DE 3804721 A DE3804721 A DE 3804721A DE 3804721 A1 DE3804721 A1 DE 3804721A1
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    • G—PHYSICS
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Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Meßumformer für Weg- und/oder Winkelmessungen an rotierenden Teilen nach dem Trägerfrequenz­ prinzip, bei dem eine von der zu messenden Größe abhängige Amplitudenänderung des Trägerfrequenzsignals hervorgerufen wird.
Stand der Technik
Bei einer bekannten Meßanordnung aus "Siemens-Katalog MP 15", 1986, Seite 23 wird mit einem Trägerfrequenzoszillator, der einen induktiven Aufnehmer speist, dessen Induktivität, von Luftspaltänderungen hervorgerufen, durch das zu messende Objekt verändert. Das Trägerfrequenzsignal wird phasenselektiv gleichgerichtet und anschließend verstärkt und angezeigt. Bei der Messung, beispielsweise von Wegen an rotierenden Elementen (z. B. Maschinenwellen), mittels induktiver Verfahren werden durch remanente Magnetfelder in den rotierenden Elementen Impulse mit einem Spektrum entsprechend dem ganzzahligen Viel­ fachen der Drehfrequenz (Drehzahl/60) in den Spulen der Weg­ aufnehmer erzeugt. Durch die Demodulation des Trägerfrequenz­ signals entstehen somit Summen- und Differenzfrequenzen von Nutz- und Störsignal, von denen die Differenzfrequenzen eine störende Amplitudenmodulation des auszuwertenden Gleichstrom­ signals verursachen.
Im bekannten Meßumformer zur Messung der axialen Wellendehnung ist die Oszillatorfrequenz f OSZ konstant und so gewählt, daß eine möglichst hohe Differenzfrequenz Δ f entsteht, welche durch den Tiefpaßfilter unterdrückt werden kann:
f OSZ = (n + 0,5) · Drehzahl/60 mit n = ganzzahlig z. B. Drehzahl 3000 min-1,
n = 18 → f OSZ = 18,5 · 50 Hz = 925 Hz (1)
Δ f = f OSZ - (n · Drehzahl/60) (2)
Im genannten Beispiel sind daher die niederfrequentesten Störungen:
f st = (925 - 900) Hz = 25 Hz und (925 - 950) Hz = -25 Hz (3)
Diese Methode ist nicht für inkonstante Drehzahlen geeignet, wenn die Drehzahländerungen so groß sind, daß dabei Δ f=0 durchschritten wird oder Δ f in den Durchlaßbereich des Tiefpaß­ filters fällt.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Meßumformer für eine Drehwinkel-/Wegmessung zu schaffen, der auch bei nichtkonstanter Drehzahl des rotierenden Teils gute Ergebnisse liefert.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist der eingangs beschriebene Meß­ umformer so fortgebildet, daß
  • - ein Phasenregelkreis vorhanden ist, der die Frequenz des Oszillators auf ein definiertes Vielfaches der Drehfrequenz des rotierenden Teils regelt.
Die Frequenz des Oszillators wird in vorteilhafter Weise über den Phasenregelkreis auf ein definiertes Vielfaches (z. B. das (n+0,5)-fache) der Drehfrequenz des rotierenden Teils gere­ gelt, so daß, unabhängig von der Drehzahl, immer eine ausrei­ chend hohe Differenzfrequenz entsteht. Die Drehzahl kann in einfacher Weise, z. B. von einem Drehzahlmeßgerät, einem Phasen­ markenaufnehmer oder von der Generatorfrequenz, übernommen wer­ den.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird anhand einer Figur erläutert, die eine Prinzipdarstellung des Meßumformers mit Phasenregelkreis für Messungen an einer Maschinenwelle darstellt.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
In der Figur ist eine Maschinenwelle MW dargestellt, die eine Drehfrequenz f w aufweist und im Betrieb einen axialen Weg a als zu messende Größe zurücklegen kann. Zur Detektion dieser Größe ist als Bestandteil eines Trägerfrequenzmeßgeräts TF ein induk­ tiver Meßwertaufnehmer MA vorhanden, der von einem Oszillator OS mit einer Frequenz f OSZ beaufschlagt wird. Das Ausgangssignal des Meßwertaufnehmers MA wird über einen Demodulator DE und einen ersten Tiefpaß TP 1 auf eine Anzeige A geführt. Der an­ gezeigte Wert auf der Anzeige A ist bei dem dargestellten Meß­ umformer proportional zum axialen Weg a der Maschinenwelle MW.
Weiterhin ist in der Figur eine Mitlaufbaugruppe MB als Be­ standteil eines Phasenregelkreises PLL gezeigt, die an ihrem Eingang entweder mit dem Ausgangssignal eines Phasenmarken­ aufnehmers PM oder mit dem drehzahlproportionalen Ausgangs­ signal eines Generators G beaufschlagt werden kann. In beiden Fällen steht eine der Maschinenwellendrehzahl proportionale Größe f w zur Verfügung. Eine solche Phasenregelschleife ist beispielsweise in U. Tietze/Ch. Schenk: "Halbleiter-Schaltungs­ technik", 5. Auflage, 1980, Seite 714, Springer-Verlag Berlin beschrieben.
In einer Mitlaufbaugruppe MB wird dieses Signal über einen ersten Frequenzteiler FT 1, einen Phasendetektor PD und einen zweiten Tiefpaß TP 2 auf den Spannungseingang eines spannungs­ geregelten Oszillators VCO geführt. Der Ausgang des spannungs­ geregelten Oszillators VCO, an dem ein Signal mit der Frequenz f 2 anliegt, wird über einen zweiten Frequenzteiler FT 2 auf den zweiten Eingang des Phasendetektors PD zurückgeführt. Das Ausgangssignal des spannungsgeregelten Oszillators VCO mit der Frequenz f 2 stellt das Ausgangssignal der Mitlaufbaugruppe MB dar, welches auf einen Frequenzregeleingang des Oszillators OS geführt ist. Bei dem dargestellten Meßumformer ist somit sicher­ gestellt, daß die Ausgangsfrequenz f OSZ des Oszillators OS der Frequenz f 2 des Ausgangssignals der Mitlaufbaugruppe MB und somit proportional zur Drehfrequenz der Maschinenwelle MW ist.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Mit der Erfindung kann eine Überwachung von rotierenden Maschi­ nenteilen vorgenommen werden, die sich der Genauigkeit und Zu­ verlässigkeit von Meßumformern nach dem Trägerfrequenzprinzip bedient.

Claims (3)

1. Meßumformer für Weg- und/oder Winkelmessungen an rotierenden Teilen nach dem Trägerfrequenzprinzip mit
  • - einem Trägerfrequenzoszillator (OS), der einen induktiven Aufnehmer (MA) speist, dessen Induktivität, von Luftspalt­ änderungen hervorgerufen, durch das zu messende Objekt (MW) veränderbar ist, wobei
  • - nach Gleichrichtung und Tiefpaßfilterung die gemessene Größe in einer Anzeige (A) angezeigt wird, und mit
  • - einem Phasenregelkreis (PLL), der die Frequenz des Oszilla­ tors (OS) auf ein definiertes Vielfaches der Drehfrequenz des rotierenden Teils regelt.
2. Meßumformer nach Anspruch 1 mit
  • - einer Mitlaufbaugruppe (MB) im Phasenregelkreis (PLL), die
  • - einen ersten Frequenzteiler (FT 1), der mit dem Signal eines Phasenaufnehmers (PM) beaufschlagt ist,
  • - einen nachgeschalteten Phasendetektor (PD),
  • - einen nachgeschalteten zweiten Tiefpaß (TP 2),
  • - einen nachgeschalteten spannungsgeregelten Oszillator (VCO) und
  • - einen vom Ausgang des spannungsgeregelten Oszillators (VCO) und dem Ausgang des Phasenregelkreises (PLL) auf einen zweiten Eingang des Phasendetektors (PD) zurückgekoppelten zweiten Frequenzteiler (FT 2) aufweist.
3. Meßumformer nach Anspruch 1 mit
  • - einer Mitlaufbaugruppe (MB) im Phasenregelkreis (PLL), die
  • - einen ersten Frequenzteiler (FT), der mit dem Ausgangs­ signal (f w ) des das rotierende Teil antreibenden Generators (G) beaufschlagt ist,
  • - einen nachgeschalteten Phasendetektor (PD),
  • - einen nachgeschalteten zweiten Tiefpaß (TP 2),
  • - einen nachgeschalteten spannungsgeregelten Oszillator (VCO) und
  • - einen vom Ausgang des spannungsgeregelten Oszillators (VCO) und dem Ausgang des Phasenregelkreises (PLL) auf einen zwei­ ten Eingang des Phasendetektors (PD) zurückgekoppelten zwei­ ten Frequenzteiler (FT 2) aufweist.
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