DE4428396A1 - Vorrichtung zur berührungsfreien Messung einer Drehgeschwindigkeit und einer Drehrichtung - Google Patents
Vorrichtung zur berührungsfreien Messung einer Drehgeschwindigkeit und einer DrehrichtungInfo
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P13/00—Indicating or recording presence, absence, or direction, of movement
- G01P13/02—Indicating direction only, e.g. by weather vane
- G01P13/04—Indicating positive or negative direction of a linear movement or clockwise or anti-clockwise direction of a rotational movement
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- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
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- G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
- G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
- G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
- G01P3/486—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals delivered by photo-electric detectors
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet Meßtechnik.
Sie geht aus von einer Vorrichtung zur berührungsfreien
Messung einer Drehgeschwindigkeit und einer Drehrichtung
nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs. Die Vorrich
tung ist insbesondere für die Messung der Fahrtrichtung
und -geschwindigkeit von Schienenfahrzeugen geeignet.
Eine solche Vorrichtung wird schon in der Zeitschrift
"Messen Prüfen Automatisieren", April 1985, Seiten 190 ff.
beschrieben. Bei schienengebundenen Fahrzeugen kommen
heute vor allem Wiegand Sensoren oder optische Sensoren
zum Einsatz. Der Wiegand Sensor ist in der Zeitschrift
"Industrie-Elektrik + Elektronik", 25. Jahrgang 1980, Nr.
21, auf den Seiten 703 ff. beschrieben.
Nachteilig bei den optischen Drehgebern ist, daß ihr
Einsatz aufgrund der großen Schmutzbelastung in elektri
schen Lokomotiven stark eingeschränkt wird. Problematisch
beim Wiegand-Sensor, der ja auf einem magnetischen Effekt
beruht, ist vor allem die schlechte elektromagnetische
Verträglichkeit (EMV).
Aufgrund dieser den heutigen Drehrichtungs- und Drehge
schwindigkeitserfassungssystemen anhaftenden Unzuläng
lichkeiten ist es bis heute nicht möglich, die Geschwin
digkeit von Lokomotiven auf einfache und zuverlässige Art
berührungslos zu messen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine
Vorrichtung zur berührungsfreien Messung einer Drehge
schwindigkeit bzw. einer Drehrichtung anzugeben, welche
einfach aufgebaut ist, gegen Verschmutzung unempfindlich
ist und keine Probleme bezüglich EMV-Vorschriften stellt.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs ge
nannten Art durch die Merkmale des ersten Anspruchs ge
löst.
Kern der Erfindung ist es also, daß das Geberrad ein
asymmetrisches, dreidimensionales, dem Sensor zugewandtes
Oberflächenprofil aufweist. Der Sensor mißt den Abstand
zum Oberflächenprofil auf optischem Wege. Dieser Abstand
ändert sich aufgrund der Drehbewegung des Rades mit der
Zeit. Die Asymmetrie des Profils ist notwendig, um die
Drehrichtung feststellen zu können.
In einem bevorzugten und realisierten Ausführungsbeispiel
ist das Profil sägezahnförmig ausgebildet. Das Profil
kann je nach geforderter Auflösung der Messung auch peri
odisch ausgeführt sein, d. h. mehr als einen Zahn umfas
sen.
Vorzugsweise wird ein Sensor bestehend aus einem Empfän
ger und einem Sender verwendet. Vom Sender emittiertes
Licht wird am Oberflächenprofil reflektiert und im Emp
fänger detektiert. Aufgrund des sich ändernden Abstandes
zwischen Empfänger und Geberradoberfläche schwankt die
Intensität des empfangenen Lichtsignals mit der Form des
Oberflächenprofils. Nach Maßgabe dieses Signals können
nun in einer Verarbeitungseinheit die Drehgeschwindigkeit
und die Drehrichtung bestimmt werden.
Ein solcher Sensor, der für optische Entfernungsmessung
geeignet ist, wird zum Beispiel unter der Bezeichnung
"Fiber-Optic Sensor FOS 5" von der Firma Mettler/Toledo
vertrieben. Für die genaue Funktionsweise eines derarti
gen Sensors wird auf das entsprechende Datenblatt verwie
sen.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Aufbaus besteht darin,
daß die Vorrichtung nur eine Lichtleiterstrecke (Hin- und
Rückleiter) benötigt und damit einfach aufgebaut ist. Da
die Messung optisch erfolgt, ist die Anordnung zudem un
empfindlich gegenüber elektromagnetischen Einflüssen und
Temperaturschwankungen. Wird die Vorrichtung zudem an ge
eigneter Stelle angeordnet, z. B. im Gehäuse des Fahrmo
tors, so ist sie praktisch unempfindlich gegenüber Ver
schmutzungen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei
spielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläu
tert.
Es zeigen:
Fig. 1 Eine schematische Darstellung einer erfindungs
gemäßen Vorrichtung;
Fig. 2 Eine detaillierte Ansicht des Sensors und des
Oberflächenprofils;
Fig. 3a, b Den Verlauf des vom Empfänger gelieferten Si
gnals bei Drehung des Geberrades nach Fig. 1 im
Gegenuhrzeigersinn (a) bzw. im Uhrzeigersinn
(b).
Die in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen und de
ren Bedeutung sind in der Bezeichnungsliste zusammenge
faßt aufgelistet. Grundsätzlich sind in den Figuren
gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrich
tung. Sie besteht im wesentlichen aus einem Geberrad 1,
einem Sensor 2 und einer Verarbeitungseinheit 3. Das Ge
berrad 1 kann Teil eines Antriebes sein. Besonders bevor
zugt wird die Vorrichtung nach der Erfindung bei Schie
nenfahrzeugen eingesetzt. In diesem Fall kann das Geber
rad beispielsweise in das Fahrmotorgehäuse zwischen der
Wicklung und dem Lager eingesetzt werden. Damit ist die
Vorrichtung besonders gut gegen Verschmutzungen
geschützt. Beim Sensor 2 handelt es sich um einen opti
schen Sensor, der den Abstand zum Geberrad 1 zu messen
vermag. Die Verarbeitungseinheit 3 umfaßt die notwendi
gen elektronischen Wandler-, Zähl-, Anzeige- und Rechen
schaltungen.
Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird im folgenden anhand der Fig. 2 und 3a, b erläu
tert. Beim im Zusammenhang mit der Erfindung verwendeten
Sensor 2 handelt es sich um einen optische Entfernungs
messer. Dieser umfaßt im grundsätzlich einen Sender 5
und einen Empfänger 6. Der Sender 5 strahlt Licht, gege
benenfalls über eine optische Faser 7, zum Geberrad. Dort
wird das Licht reflektiert und in den Empfänger 6 zurück
gestrahlt. Je nach Abstand d zwischen Sender 5 und Geber
rad 1 bzw. Empfänger 6 und Geberrad 1 ist die Intensität
des zurückgestrahlten Lichts größer oder kleiner. Weist
nun das Geberrad 1 wie nach der Erfindung ein dreidimen
sionales, dem Sensor 3 zugewandtes Oberflächenprofil 4
auf, so variiert der Abstand d bei der Drehung des Geber
rades 1, und aufgrund des empfangenen Signals kann die
Drehgeschwindigkeit bestimmt werden. Ist das Profil 4 zu
dem noch in Laufrichtung des Geberrades 1 asymmetrisch,
so kann die Drehrichtung bestimmt werden. Falls sich das
Rad 1 im Uhrzeigersinn dreht, erhält man ein Signal im
Empfänger 6 wie in Fig. 3b; falls sich das Rad 1 im Ge
genuhrzeigersinn dreht, erhält man ein Signal wie in
Fig. 3a.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die dargestellten
sägezahnförmigen Profile 4. Diese werden jedoch bevor
zugt, da die Flankensteilheit des Sägezahns linear ist.
Dadurch kann die Auswertschaltung in der Verarbeitungs
einheit 3 vergleichsweise einfach aufgebaut sein; andern
falls müßte die Nichtlinearität noch elektronisch kom
pensiert werden.
In der Verarbeitungseinheit 3 wird das empfangene Signal
abgetastet und anhand der wiederkehrenden Flanken die
Drehgeschwindigkeit bestimmt. Dies kann im einfachsten
Falls durch Zählen erfolgen. Die Drehrichtung wird nach
Maßgabe der detektierten Flankensteilheit bestimmt.
Wieviele Zähne bzw. Profileinheiten verwendet werden ist
unerheblich. Mindestens eine Einheit würde für die Funk
tion genügen. Aufgrund der höheren Auflösung werden aber
vorzugsweise mehrere verwendet.
Bezugszeichenliste
1 Geberrad
2 optischer Sensor
3 Verarbeitungseinheit
4 Oberflächenprofil
5 Sender
6 Empfänger
7 optische Faser
d Abstand zwischen Sensor und Geberrad
t Zeit
I Intensität
2 optischer Sensor
3 Verarbeitungseinheit
4 Oberflächenprofil
5 Sender
6 Empfänger
7 optische Faser
d Abstand zwischen Sensor und Geberrad
t Zeit
I Intensität
Claims (3)
1. Vorrichtung zur berührungsfreien Messung einer Dreh
geschwindigkeit und einer Drehrichtung eines Geber
rades (1), umfassend einen optischen Sensor (2) und
eine Verarbeitungseinheit (3) zur Bestimmung der
Drehgeschwindigkeit bzw. der Drehrichtung aus dem im
optischen Sensor (2) detektierten Signal, wobei die
dem Sensor (2) zugewandte Oberfläche des Geberrades
(1) eine reflektierende Struktur aufweist, dadurch
gekennzeichnet, daß die Struktur der Oberfläche
mindestens ein asymmetrisches, dreidimensionales
Profil (4) umfaßt und der optische Sensor (2) einen
Abstand d zwischen dem bezüglich des Geberrades (1)
mechanisch feststehenden optischen Sensor (2) und
dem Oberflächenprofil (4) des Geberrades (1) mißt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Profil (4) sägezahnförmig ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der optische Sensor (2) einen Sender
(5) und einen Empfänger (6) umfaßt, wobei der Emp
fänger (6) vom Sender (5) emittiertes und am Ober
flächenprofil (4) des Geberrades (1) reflektiertes
und damit zum Abstand d zwischen dem Oberflächenpro
fil (4) und dem Empfänger (6) proportionales Licht
detektiert und die Verarbeitungseinheit (3) aus der
Intensität des reflektierten Lichtes ein zur Drehge
schwindigkeit und zur Drehrichtung proportionales
Signal erzeugt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944428396 DE4428396A1 (de) | 1994-08-11 | 1994-08-11 | Vorrichtung zur berührungsfreien Messung einer Drehgeschwindigkeit und einer Drehrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19944428396 DE4428396A1 (de) | 1994-08-11 | 1994-08-11 | Vorrichtung zur berührungsfreien Messung einer Drehgeschwindigkeit und einer Drehrichtung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4428396A1 true DE4428396A1 (de) | 1996-02-15 |
Family
ID=6525404
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19944428396 Withdrawn DE4428396A1 (de) | 1994-08-11 | 1994-08-11 | Vorrichtung zur berührungsfreien Messung einer Drehgeschwindigkeit und einer Drehrichtung |
Country Status (1)
Country | Link |
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