DE9210432U1 - Anordnung zur Analog-Digital Wandlung und zur seriellen Übertragung der Meßwerte wenigstens eines Sensorelements - Google Patents
Anordnung zur Analog-Digital Wandlung und zur seriellen Übertragung der Meßwerte wenigstens eines SensorelementsInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Anordnung zur Analog-Digital
Wandlung und zur seriellen Übertragung der Messwerte eines Drehwinkel- oder Wegsensorelements, gemäß dem Oberbegriff des
üaiAft^^mspruchs 1.
Aus EP0171579 ist eine Anordnung der eingangs genannten
Gattung bekannt bei welcher ein über seinen Meßbereich absolut messender Sensor, insbesondere ein Drehwinkelcodierer
oder Wegmesscodierer, über eine Takt- und eine Datenleitung
mit einer Verarbeitungseinheit verbunden ist. Solche absolut messenden Drehwinkelcodierer sind als optische oder
magnetische Encoder realisiert und stellen auf Grund ihrer Arbeitsweise die Messwerte zunächst in paralleler binär
codierter Form dar. Der benutzte Binärcode ist auf Grund des physikalischen Aufbaus solcher Winkel- oder Wegmesscodierer
der Gray-Code. Mittels eines nachgeordneten Parallel-Seriell Schieberegisters und mit Hilfe von Taktimpulsen werden diese
Meßwerte in serieller Form zu einer Verarbeitungseinheit übertragen. Aus GB2016144A ist ein mit magnetisierten
Codespuren arbeitender Winkelcodierer bekannt; der für jede Spur des Codeträgers einen Lesekopf vorsieht.
Ein nachteilig hoher Aufwand zur Realisierung dieser Winkel- oder Wegmesscodierer ergibt sich daraus, daß die
binären Messwerte zunächst in paralleler Form erzeugt und vorverarbeitet werden. Dies erfordert eine der Anzahl der
Codespuren entsprechende Vielfachheit aller Lese-und Signalverarbeitungselemente. Ein weiterer Nachteil ist durch
die Bindung dieser Codierer an die Darstellung der binären Meßwerte im Gray-Code gegeben. Eine Umcodierung in den von
den üblichen verarbeitenden Steuer- und Regeleinheiten benutzten natürlichen Dualcode ist auf der Seite der
Verarbeitungseinheit mit zusätzlichem schaltungstechnischen oder programmiertechnischen Aufwand verbunden. Bisher ist auf
Grund des hohen Realisierungsaufwands für absolut messende optische oder magnetische Winkel- oder Wegsensoren deren
Einsatz für kostenempfindliche Anwendungen nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Anordnung zur Analog-Digital Wandlung und zur seriellen Übertragung der
Messwerte eines Winkel- oder Wegsensorelements zu schaffen,
welche in besonders kostengünstiger Weise die Umwandlung eines Meßwertes in eine binär codierte Form und eine
Datenübertragung mit hoher Taktrate ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale
des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gegeben.
Danach ist eine Anordnung gegeben zur Analog-Digital Wandlung und zur seriellen Übertragung der Messwerte eines
über seinen Meßbereich absolut messenden Drehwinkel- oder Wegsensorelements, dessen Ausgangssignal eine analoge
Funktion einer Drehwinkel- oder Wegposition ist, mit jeweils einem dem Sensorelement zugeordneten Analog-Digital Wandler,
der über eine Taktleitung und über eine Datenleitung mit einer Auswerteeinheit verbunden ist, einem
Taktimpulsgenerator, der über die Taktleitung Taktimpulsfolgen dem Takteingang des Analog-Digital Wandlers
zuführt, mit einem dem Analog-Digital Wandler zugeführten Signal FREIGABE zur Aktivierung der Analog-Digital Wandlung
jeweils eines Meßwertes. Der Meßwert des über seinen Meßbereich absolut messenden Drehwinkel- oder
Wegsensorelements liegt als analoges Signal an dem Eingang des Analog-Digital Wandlers an. Der Meßwert wird als binär
codiertes Wort von dem Analog-Digital Wandler bitweise seriell ausgegeben. Die binär codierten Meßwerte werden im
Dualcode dargestellt.
Durch diese Anordnung wird vorteilhaft eine elektrische Darstellung des Messwertes als parallele digitale Information
vermieden. Dies ermöglicht durch den Wegfall parallel arbeitender Leseköpfe und Vorverarbeitungselemente eine
besonders kostengünstige und überdies raumsparende Realisierung der dem Sensor zugeordneten elektrischen
Schaltung. Die Darstellung des binär codierten Wortes erfogt
vorteilhaft im natürlichen Dualcode. Da der natürliche Dual-Code im Gegensatz zum Gray-Code direkt von einer üblichen
Steuerungs- oder Regelungseinheit verarbeitet werden kann, entfällt der Schaltungsaufwand für eine Umwandlung vom Gray-Code
in den Dual-Code auf der Seite der Verarbeitungsinheit.
Bei einer Ausführungsform nach Unteranspruch 2. wird das dem Analog-Digital Wandler zugeführte Signal FREIGABE über
eine von den Taktimpulsfolgen getriggerten nachtriggerbaren Zeitstufe gebildet. Dies ermöglicht die Abwicklung der
seriellen Übertragung mit nur zwei Signalleitungen.
In einer Ausführungsform nach Unteranspruch 3. wird das
Signal FREIGABE dem Analog-Digital Wandler von der Verarbeitungseinheit gebildet und über eine zusätzliche
Freigabeleitung zugeführt. Dies ermöglicht eine Realisierung der Anordnung ohne monostabile Zeitstufe und erlaubt damit
die direkte Kontrolle des Datenverkehrs durch die Verarbeitungseinheit ohne Zeitverzögerung.
Zwei weitere Ausführungsformen nach den Unteransprüchen und 5. sehen als Sensorelement Drehpotentiometer mit
Verstellbereichen bis zu mehreren Umdrehungen vor. Dies erlaubt im Gegensatz zu herkömmlichen Winkelencodern eine
besonders kostengünstige und raumsparende Realisierung eines Drehwinkelsensors.
Eine Ausführungsform nach Unteranspruch 6. sieht als
Sensorelement ein Linearpotentiometer vor. Dies erlaubt die kostengünstige Realisierung eines Wegmesssensors.
Eine weitere Ausführungsform nach Unteranspruch 7. sieht als Sensorelement einen Resolver und als Analog-Digital
Wandler einen Resolver-Digital Wandler mit bitserieller Meßwertausgabe vor. Dies ermöglicht in Verbindung mit der
Möglichkeit den Resolver-Digital Wandler entfernt vom Meßort anzuordnen, eine kostengünstige Realisierung einer besonders
robusten Ausführung eines Drehwinkelsensors für solche Einsatzbereiche, die optischen Winkelenkodern auf Grund
erschwerter Umgebungsbedingungen bisher verwehrt blieben. Solche Einsatzbereiche sind der Betrieb bei extremen
Umgebungstemperaturen, mechanischen Schocks, elektromagnetischer Störbeeinflussung.
Eine weitere Ausführungsform nach Unteranspruch 8. sieht
das Sensorelement der erfindungsgemäßen Anordnung als Bestandteil einer Seilzug-Wegaufnehmervorrichtung vor. Dies
erlaubt eine besonders kostengünstige Realisierung eines Wegmessensors für Meßbereiche von wenigen Millimetern bis zu
100 Metern.
Eine letzte Ausführungsform 9. sieht einen
Logikschaltkreis zwischen Analog-Digital Wandler und Verarbeitungseinheit vor. Diese erlaubt das Datenformat des
Analog-Digital Wandlers an das Datenformat der Verarbeitungseinheit durch folgende Maßnahmen anzupassen:
Einfügen eines Paritybit zur Datensicherung, Einfügen eines Fehlerbit zur Störfallerkennung, Umwandlung vom Dual Code in
den Gray Code, Änderung der Bitfolge der Messwertübertragung so daß entweder das höchst- oder das niederwertige Datenbit
zuerst übertragen wird, Einfügen des vom Analog-Digital Wandler gebildeten Binärworts an eine beliebige Stelle eines
zu übertragenden längeren Binärwortes und Besetzen der verbleibenden Bitstellen mit wahlfreier Information. Diese
Ausführungsform erlaubt eine kostengünstige Anpassung der Meßwertübertragung an Verarbeitungseinheiten mit fest
vorgegebenem Datenformat.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beschrieben: Es zeigen
Fig. 1 Blockschaltbild: Anordnung zur Analog-Digital Wandlung einer mit einem veränderbaren Widerstand gemessenen
Winkelstellung und serielle Übertragung des Messwertes.
Fig. 2 Blockschaltbild: Anordnung zur Analog-Digital Wandlung einer mit einem Resolver gemessenen Winkelstellung und
serielle Übertragung des Messwertes.
Fig. 3 Blockschaltbild: Anordnung zur Analog-Digital Wandlung einer Winkelstellung und serielle Übertragung des Messwertes
mit einer vom Meßort entfernt angeordneten Resolver-Digital Wandler.
Fig. 4 Blockschaltbild: Anordnung zur Analog-Digital Wandlung und serieller Übertragung einer Winkelposition mit Anpassung
des Datenformates von Analog-Digital Wandler und Verarbeitungseinheit durch einen Logikschaltkreis.
Fig. 5 Blockschaltbild: Anordnung zur Analog-Digital Wandlung und serieller Übertragung einer Winkelpostion mit
Freigabeleitung.
Fig. 6 Prinzipskizze: Anwendung der erfindungsgemäßen
Anordnung zur Wegmessung mittels einer Seilzug-Wegaufnehmervorrichtung.
Fig. 7 Impulsdiagramm: Datenübertragung bei Bildung des Signals FREIGABE durch nachtriggerbare Zeitstufe
Fig. 8 Impulsdiagramm: Datenübertragung bei Bildung des Signals FREIGABE durch die Verarbeitungseinheit
Fig. 9 Impulsdiagramm: Beispiel für eine Datenübertragung mit Anpassung des Datenformats von Analog-Digital■Wandler und
Verarbeitungseinheit durch einen Logikschaltkreis
Es bedeuten
(1) Sensor (10) Taktimpulsgenerator
(2) Sensorelement (H) Freigabeleitung
(3) Analog-Digital Wandler (12) Logikschaltkreis
(4) nachtriggerbare Zeitstufe (13) Resolversignale
(5) Leitungskoppler (14) Signal FREIGABE (6) Taktleitung (15) Messeil
(7) Datenleitung (16) Feder
(8) Verarbeitungseinheit (17) Messtrommel
(9) Leitungskoppler (18) Welle
Fig. 1 und Impulsdiagramm Fig. 7 zeigen ein Ausführungsbeispiel nach den Ansprüchen 2, 4,'5, 6. Ein
Sensor (1) bestehend aus Sensorelement (2), Analog-Digital Wandler (3), nachtriggerbarer Zeitstufe (4), Leitungskopplern
(5) ist über Taktleitung (6) und Datenleitung (7) verbunden mit einer Verarbeitungseinheit (8), bestehend aus
Leitungskopplern (9) und Taktimpulsgenerator (10). Als
Sensorelement (2) ist bei dieser Ausführungsform ein verstellbarer Widerstand vorgesehen, der einen analogen
elektrischen Spannungswert als Funktion einer zu messenden Winkel- oder Wegposition ausgibt. Der vom Sensorelement
ausgegebene Spannungswert liegt am Eingang des Analog-Digital Wandlers an. Der Analog-Digital Wandler gibt den
Spannungswert bitweise seriell als binäres Wort über die Datenleitung (7) an die Verarbeitungseinheit (8) aus. Der
Start der Analog-Digital Wandlung erfolgt über das von der nachtriggerbaren Zeitstufe gebildete Signal FREIGABE (14),
die bitweise Ausgabe des Binärwortes erfolgt synchron mit einer Taktimpulsfolge, die dem Analog-Digital Wandler über
die Taktleitung (6) zugeführt wird. Das Zeitintervall T der nachtriggerbaren Zeitstufe ist so gewählt, daß T größer ist
j 15 als die für die Datenübertragung zugelassene maximale ] Zeitspanne zwischen zwei Impulsen des Taktsignals und daß T
kleiner ist als die kürzeste zugelassene Pausenzeit zwischen zwei Datenübertragungen. Die nachtriggerbare Zeitstufe wird
von dem ersten Impuls der Taktimpulsfolge getriggert, gibt
; 20 über das Signal FREIGABE die Analog-Digital Wandlung frei und
hält, nachgetriggert von jedem Takt der Taktimpulsfolge, das . Freigabesignal so lange aktiv bis die Taktimpulsfolge beendet
j ist und die Zeitspanne T nach dem letzten Taktimpuls N+l j abgelaufen ist. Die Darstellung des binären Wortes erfolgt im
25 Dual-Code, dessen einzelne Bit bOO, bOl, .. bN-1 beginnend
', mit dem niederwertigsten Bit bOO die Wertigkeit 2exp(0),
2exp(l), 2exp(2), ... 2exp(N-l) bezogen auf den Wertebereich 2exp(N) haben.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel nach den Ansprüchen 2. und 7. Das Sensorelement (2) zur Messung einer
Winkelposition in dieser Ausführungsform ist ein Resolver, der Analog-Digital Wandler (3) ein Resolver-Digital Wandler.
Fig. 3 zeigt wie Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel nach den Ansprüchen 2 und 7. Der Resolver-Digital Wandler ist in
dieser Ausführungsform durch Leitungen (13) zwischen Resolver und Resolver-Digital Wandler vom Meßort entfernt angeordnet.
Fig. 4 und Impulsdiagramm Fig. 8 zeigen ein
Ausführungsbeispiel nach Anspruch 3. Die Freigabe des Analog
Digital Wandlers erfolgt durch ein von der Verarbeitungseinheit gebildetes Signal FREIGABE (14),
zugeführt über die Freigabeleitung (11).
Fig. 5 und Impulsdiagramm Fig. 9 zeigen ein Ausführungsbeispiel nach Anspruch 9. Zur Anpassung der
Datenformate von Analog-Digital Wandler und Verarbeitungseinheit ist ein Logikschaltkreis in den
Signalweg eingefügt. In Impulsdiagramm 9 ist beispielhaft die Einfügung des vom Analog-Digital Wandlers gelieferten N-stelligen
Binärwortes mit den Bit "bOO" bis "bN-1" an eine
beliebige Stelle "M" eines längeren übertragenen Binärwortes gezeigt. Zur Datensicherung ist ein Paritybit 11P" angefügt.
Fig. 6 zeigt eine Anordnung nach Anspruch 8. Ein Drehpotentiometer als Sensorelement (2) der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist Bestandteil einer Seilzug-Wegaufnehmervorrichtung zur Messung einer Wegstrecke X
bestehend aus einem Messeil (15) sowie, verbunden über eine Welle (18), Feder (16), Meßtrommel (17) und Sensorelement
(2). Das Messeil wird mit Hilfe der Feder auf die Messtrommel aufgewickelt. Die mit Hilfe des Drehpotentiometers gemessene
Winkelpostion der Messtrommel ist ein Maß für die mit dem Messeil überspannte Wegstrecke X.
Claims (1)
- - 9 AnsprücheAnordnung zur Analog-Digital Wandlung und zur seriellen übertragung der Messwerte eines über seinen Meßbereich absolut messenden Drehwinkel- oder Wegsensorelements (2), dessen Ausgangssignal eine analoge Funktion einer Winkeloder Wegposition ist, mit jeweils einem dem Sensorelement zugeordneten Analog-Digital Wandler (3), der über eine Taktleitung (6) und über eine Datenleitung (7) mit einer Auswerteeinheit (8) verbunden ist, einem Taktimpulsgenerator (10), der über die Taktleitung (6) Taktimpulsfolgen dem Takteingang des Analog-Digital Wandlers zuführt, mit einem dem Analog-Digital Wandler zugeführten Signal FREIGABE (14) zur Aktivierung der Analog-Digital Wandlung jeweils eines Meßwertes,
dadurch gekennzeichnet,daß der Meßwert des über seinen Meßbereich absolut messenden Drehwinkel- oder Wegsensorelements als analoges Signal an dem Eingang des Analog-Digital Wandlers anliegt,daß der Meßwert als binär codiertes Wort von dem Analog-Digital Wandler bitweise seriell ausgegeben wird,daß die binär codierten Meßwerte im Dualcode dargestellt werden, dessen einzelne Bit bOO, bOl, .. bN-1 beginnend mit dem niederwertigsten Bit bOO die Wertigkeit 2exp(0), 2exp(l), 2exp(2), ... 2exp(N-I) bezogen auf den Wertebereich 2exp(N) haben,daß der Analog-Digital Wandler mit der Verarbeitungseinheit über eine Takt- und eine Datenleitung verbunden ist.
2.Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Analog-Digital Wandler zugeführte Signal FREIGABE (14) über eine von den Taktimpulsfolgen getriggerten nachtriggerbaren Zeitstufe (4) gebildet wird.Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal FREIGABE (14) von der Verarbeitungseinheit (8) gebildet und über eine Freigabeleitung (11) dem Analog-Digital Wandler zugeführt wird. 4.Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement ein veränderbarer Widerstand ist, dessen Ausgangsspannung eine Funktion einer Drehwinkelposition ist. 5.Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement ein veränderbarer Widerstand ist, dessen Ausgangsspannung eine Funktion einer Drehwinkelposition ist und dessen Meßbereich größer als eine Umdrehung ist. 6.Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement ein veränderbarer Widerstand ist, dessen Ausgangsspannung eine Funktion einer Wegposition ist. 7.Anordnung nach einem der Ansprüche l bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement ein Resolver ist und daß der Analog-Digital Wandler ein Resolver-Digital Wandler mit bitserieller Meßwertausgabe ist. 8.Anordnung nach einem der Ansprüche l bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement Bestandteil einer Seilzug-Wegaufnehmervorrichtung ist.Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Logikschaltkreis zwischen Analog-Digital Wandler und Verarbeitungseinheit eingefügt ist, die es erlaubt das Datenformat des Analog-Digital Wandlers an das Datenformat der Verarbeitungseinheit wahlweise dadurch anzupassen,daß ein Paritybit zur Datensicherung eingefügt wird, daß ein Fehlerbit zur Sensorselbstüberwachung eingeführt wird,daß eine Umwandlung vom Dual Code in den Gray Code durchgeführt wird,daß bei der Übertragung der Bitfolge eines Meßwertes das höchstwertige Bit zuerst übertragen wird, daß bei der Übertragung der Bitfolge eines Meßwertes das niederwertige Bit zuerst übertragen wird,daß das vom Analog-Digital Wandler gebildete Binärwort an einer beliebigen Stelle eines zu übertragenden längeren Binärwortes eingefügt wird und die verbleibenden Bitstellen mit Information wahlfrei besetzt werden.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE9210432U DE9210432U1 (de) | 1992-08-04 | 1992-08-04 | Anordnung zur Analog-Digital Wandlung und zur seriellen Übertragung der Meßwerte wenigstens eines Sensorelements |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE9210432U DE9210432U1 (de) | 1992-08-04 | 1992-08-04 | Anordnung zur Analog-Digital Wandlung und zur seriellen Übertragung der Meßwerte wenigstens eines Sensorelements |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE9210432U1 true DE9210432U1 (de) | 1993-12-02 |
Family
ID=6882327
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE9210432U Expired - Lifetime DE9210432U1 (de) | 1992-08-04 | 1992-08-04 | Anordnung zur Analog-Digital Wandlung und zur seriellen Übertragung der Meßwerte wenigstens eines Sensorelements |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE9210432U1 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4439578C1 (de) * | 1994-11-05 | 1996-02-08 | Leitz Mestechnik Gmbh | Verfahren zum Auswerten von Sensorsignalen sowie Tastkopf zur Durchführung des Verfahrens |
-
1992
- 1992-08-04 DE DE9210432U patent/DE9210432U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4439578C1 (de) * | 1994-11-05 | 1996-02-08 | Leitz Mestechnik Gmbh | Verfahren zum Auswerten von Sensorsignalen sowie Tastkopf zur Durchführung des Verfahrens |
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