NL1001524C2

NL1001524C2 - Meetsysteem.

Info

Publication number: NL1001524C2
Application number: NL1001524A
Authority: NL
Inventors: Arjen Brandsma; Hendriek Groot Hulze
Original assignee: Doornes Transmissie Bv
Priority date: 1995-10-30
Filing date: 1995-10-30
Publication date: 1997-05-02
Also published as: JPH09229791A; US5898298A; DE69618427D1; DE69618427T2; JP3986106B2; EP0772034A1; EP0772034B1

Description

5 Meetsysteem

De uitvinding heeft betrekking op een meetsysteem voor het meten van krachten, vervormingen en verplaatsingen.

10 Dergelijke meetsystemen zijn algemeen bekend en worden op een groot aantal plaatsen binnen de techniek, bijvoorbeeld de werktuigbouwkunde, toegepast. De keuze voor een meetsysteem hangt in belangrijke mate af van de specifieke toe-passingsomstandigheden. Een nadeel van de bekende meetsystemen is dat ze nogal omvangrijk zijn, zeker wanneer bij aflezing van de meting geen direct contact 15 met het te meten voorwerp mogelijk is en bijzondere maatregelen getroffen dienen te worden om de gemeten waarden af te lezen. Hierdoor zijn de toepassingsmogelijkheden van de meeste meetsystemen beperkt.

De uitvinding beoogt een compact, eenvoudig en multifunctioneel meetsysteem te 20 verschaffen waarbij aflezing van de gemeten waarden zonder contact met het voorwerp mogelijk is. De uitvinding wordt gekenmerkt doordat het meetsysteem is voorzien van tenminste één LC-kring, van tenminste één voeding die een spanning en stroom in de LC-kring opwekt, waarbij de frequentie, de amplitude en het faseverschil van de stroom en spanning in een uitgangssituatie bekend zijn en voorts 25 een functie zijn van de met een opnemer te meten variabele, alsmede van tenminste één detectie-eenheid die de frequentie en/of faseverschil en/of de amplitude in de LC-kring detecteert. Het meetsysteem volgens de uitvinding is daarbij compact, eenvoudig en multifunctioneel, terwijl de detectie van de te meten variabele mogelijk is zonder contact met het te meten voorwerp. Dit is zeer gewenst bij metingen aan 30 dynamische voorwerpen. Indien volgens de uitvinding de condensator van de LC-kring een dielektrische constante bezit die verandert als functie van de te meten variabele, of als de LC-kring is voorzien van een rekstrookje, weerstand of spoel, die als opnemer fungeren kan het opnemergedeelte van het meetsysteem op het te meten voorwerp zeer compact blijven.

35 De voeding van het meetsysteem kan volgens de uitvinding een kring met een bron 1001524 2 omvatten. Door de voeding daarbij te voorzien van een voedingsspoel is het mogelijk de voeding van de LC-kring draadloos met de LC-kring te verbinden. Hierdoor ontstaat een grote vrijheid bij het aanbrengen van het meetsysteem. De bron kan bij voorkeur een wisselstroom in de LC-kring opwekken, waardoor een goede fase 5 correlatie tussen de spanning en stroom in de LC-kring ontstaat. De wisselstroom is in het bijzonder sinusvormig.

Volgens een nader kenmerk van de uitvinding omvat de detectie-eenheid een detectiespoel. Hierdoor kan de detectie-eenheid contactloos ten opzichte van de LC-kring worden aangebracht en kan de variabele op afstand van de LC-kring 10 worden afgelezen. Dit is zeer gewenst bij metingen aan dynamische voorwerpen. Volgens een nadere uitwerking van de uitvinding kunnen de voedingsspoel en/of de detectiespoel ringvormig zijn, zodat de spoel van de LC-kring daar voordelig doorheen kan worden geleid. Dit is met name ook zinvol bij eindloze voorwerpen. Ook kan de voedingsspoel en/of de detectiespoel een kern omvatten, waardoor onderlin-15 ge beïnvloeding van spoelen wordt onderdrukt. De kem kan ringvormig zijn.

Het meetsysteem volgens de uitvinding kan twee of meer LC-kringen omvatten. Elke LC-kring kan daarbij een eigen voeding en/of detectie-eenheid bezitten om onderlinge beïnvloeding te voorkomen. Op deze wijze zijn meerdere variabelen, al 20 of niet van dezelfde soort, te meten. Het is echter ook zeer goed mogelijk om de LC-kring sequentieel te meten, waardoor geen extra voedingen en/of detectie-eenheden noodzakelijk zijn. Volgens de uitvinding kan een LC-kring daartoe voorzien zijn van één of meer gelijkrichters, zoals diodes of transistoren. In het bijzonder kan in de LC-kring een hoog frequent meetsignaal worden gesuperponeerd op een 25 laag frequente wisselspanning. Hierdoor wordt gedurende een gedeelte van de laag frequente periode een LC-kring door middel van de sperwerking van de gelij-krichter uitgeschakeld, terwijl gedurende de rest van de tijd een andere LC-kring wordt uitgeschakeld. Volgens weer een andere uitwerking van de uitvinding kan de LC-kring twee of meer subsystemen omvatten, waarbij een subsysteem is voorzien 30 van een condensator en een gelijkrichter. Op deze wijze is slechts één spoel in de LC-kring nodig, waardoor het systeem compact blijft en toch het meten van meerdere variabelen mogelijk is.

Voor toepassing van het meetsysteem in combinatie met een eindloos orgaan wordt het meetsysteem bij voorkeur gekenmerkt doordat de spoel van de LC-kring een of 35 meer windingen omvat en tenminste in hoofdzaak de volledige omtrek van het

100 1 5 2 A

3 orgaan omslaat. De spoel van de LC-kring kan daarbij in het bijzonder opneembaar zijn in en/of op het eindloze orgaan. Dit is met name praktisch bij de dynamische, bijvoorbeeld roterende, eindloze organen als drijfriemen, waarbij door toepassing van de spoel over de volledige omtrek van het eindloze orgaan, ondanks de dyna-5 mische beweging van het voorwerp, continu gemeten kan worden. Voor de opname van de spoel van de LC-kring behoeft het orgaan in het algemeen niet functioneel aangepast te worden, zodat relevante meetgegevens worden verkregen.

In combinatie met een drijfriem waarbij de dwarselementen op een of meer dragers zijn aangebracht, kan volgens de uitvinding het meetsysteem zodanig worden 10 ontworpen dat de opnemers op een of meer dwarselementen kunnen worden aangebracht. Op deze wijze kan onder dynamische omstandigheden, bij het roteren van de drijfriem, op afstand van die drijfriem worden gemeten, zonder dat de drijfriem daardoor functioneel wordt beïnvloed.

15 De uitvinding zal worden verduidelijkt aan de hand van een tekening. De tekening toont: figuur 1a, schematisch het principe van het meetsysteem volgens de uitvinding; figuur 1b, een faseverschil/frequentiediagram voor het meetsysteem van figuur 1a; 20 figuur 2, een eerste uitvoeringsvorm van het meetsysteem volgens de uitvin ding; figuur 3, een tweede uitvoeringsvorm van het meetsysteem volgens de uitvinding; figuur 4, een derde uitvoeringsvorm van het meetsysteem volgens de uitvin-25 ding met twee subsystemen; figuur 5, schematisch een drijfriem voorzien van een meetsysteem volgens de uitvinding; figuur 6, schematisch de drijfriem volgens figuur 5 in doorsnede; figuur 7, schematisch de drijfriem volgens figuur 5 in doorsnede voorzien van 30 een spoel in de drijfriem; en figuur 8, schematisch de drijfriem volgens figuur 5 in doorsnede voorzien van een spoel op de drijfriem.

Het in figuur 1 weergegeven meetsysteem omvat een voeding S met een weerstand 35 R, die een sinusvormige wisselspanning genereert in de LC-kring, die een capaciteit 1001524 4 C en een spoel L omvat. De spoel L is bij stroom doorvoer een bron van zelfinduc-tie. Bij een hoge frequentie zal de stroom 90s fase voorlopen op de spanning omdat in dat geval de capaciteit overheerst. Bij een lage frequentie zal de stroom echter 90* fase in op de spanning naijlen, omdat in dit geval de inductie overheerst. Dit is 5 weergegeven in figuur 2 , met het fase verschil ΔΡ uitgezet tegen de frequentie. Bij de frequentie fr, de zogenaamde resonantie frequentie is het faseverschil 0. Kenmerkend voor de resonantie-frequentie is dus dat alleen bij deze frequentie de stroom en spanning met elkaar in fase zijn.

Van dit principe wordt gebruik gemaakt in het meetsysteem volgens de uitvinding, 10 door de te meten variabelen in te laten werken op de LC-kring zodanig dat het faseverschil van de stroom, de spanning en de amplitude een functie zijn van een met een opnemer te meten variabele. Volgens de uitvinding kan de condensator zelf zeer goed als opnemer dienen. De condensator dient daarbij zodanig te zijn gevormd dat de dielectrische constante van de condensator verandert als functie 15 van de te meten variabele. Door indrukking onder invloed van een kracht, vervorming of verplaatsing zullen de condensator platen dichter bij elkaar komen of juist wijken en/of ontstaan mechanische spanningen in het dielectricum van de condensator waardoor de dielectrische constante verandert en daardoor ook het faseverschil in de LC-kring. Als alternatief kan bijvoorbeeld in de LC-kring ook een rek-20 strookje, een weerstand of een spoel worden toegepast met een voor de variabele ongevoelige condensator.

De eerste uitvoeringsvorm volgens de uitvinding omvat een voedingskring 1 met een voeding S, een weerstand R en een voedingsspoel L$. De voeding S geeft bij 25 voorkeur een sinusvormige wisselstroom af. De LC-kring 2 omvat een detectie-spoel L1 en een condensator C waarvan de dielectrische constante verandert onder invloed van de te meten variabele. Tevens is een detectie-kring 3 aangebracht met een weerstand R en een detectie spoel Ld. De voedingskring 1 met de voedingsspoel Ls wekt een magnetisch veld op dat een stroom induceert in de LC-kring 2. 30 De stroom in de LC-kring veroorzaakt zelf ook weer een magnetisch veld. Dit magnetische veld in de LC-kring 2 veroorzaakt weer een spanning in de detectiekring 3 met detectiespoel 3. Het zal duidelijk zijn dat de magnetische koppeling tussen de voedingsspoel Ls en de detectiespoel Ld zo beperkt mogelijk dient te zijn om te voorkomen dat de werking van de LC-kring wordt onderdrukt. De voedingskring, de 35 LC-kring en de detectiekring zijn weliswaar in één systeem ondergebracht, maar 1001524 5 staan niet rechtstreeks in contact. Daardoor kan het deel van het systeem op het te meten voorwerp beperkt blijven tot de LC-kring en ontstaat een compact en eenvoudig meetsysteem dat tevens multifunctioneel is en in het bijzonder toepassing kan vinden bij het meten van dynamische onderdelen.

5

De uitvoeringsvorm van de uitvinding volgens figuur 3 omvat wederom een voe-dingskring 1 en een detectiekring 3. In dit geval zijn echter twee LC-kringen 2 respectievelijk 2' aangebracht voor het sequentieel meten van twee variabelen, al of niet van dezelfde soort. De LC-kringen 2 respectievelijk 2' zijn voorzien van diodes 10 D1 respectievelijk D2. Door in de LC-kring het hoogfreqeuntie meetsignaal te super-poneren op een laagfrequentie wisselspanning, wordt gedurende een gedeelte van de laagfrequentie periodetijd de ene LC-kring door middel van de sperwerking van de diode ingeschakeld en wordt gedurende de rest van de tijd de andere LC-kring uitgeschakeld. Een beperking van deze uitvoeringsvorm is dat voor beide LC-krin-15 gen en afzonderlijke spoel noodzakelijk is. Dit is ondervangen in de uitvoeringsvorm volgens figuur 4.

De uitvoeringsvorm volgens figuur 4 omvat naast de voedingskring 1 en de detectiekring 3 en LC-kring 2 met een enkele spoel L, en twee subsystemen 4 respectievelijk 5, elk voorzien van een condensator C1 respectievelijk C2 en een diode D1 20 respectievelijk D2.

Door de mogelijke fysieke ontkoppeling tussen voedingskring, LC-kring en detectiekring, is het meetsysteem met name ook geschikt voor meting aan dynamische onderdelen, met roterende onderdelen, in het bijzonder drijfriemen. In figuur 5 is 25 een drijfriem 13 weergeven die is gelegd om de poelies 11, met schijven 11a en 11b, en 12, met schijven 12a en 12b. De schijven 11a, 11b respectievelijk 12a, 12b zijn geplaatst op poelieassen 14 respectievelijk 15. De schijven 11b en 12b zijn axiaal over hun respectievelijk poelieassen verschuifbaar waardoor de radiale positie van de tussen de poelies gelegen drijfriem 13 en daarmee de overbren-30 gingsverhouding kan worden gewijzigd. De drijfriem 13 bestaat uit een tweetal dragers 17 (figuur 6), waarop een groot aantal dwarselementen 16 verschuifbaar zijn aangebracht. Om in dit geval de krachten tussen de dwarselement 16 te kunnen meten is op een geschikte plaats op een dwarselement een condensator 18 aangebracht. De spoel 19 van de LC kring is over de volledige omtrek van de 35 drijfriem aangebracht. Dit kan bijvoorbeeld door de spoel 19 in een uitsparing van 1001524 6 de drijfriem te leggen (figuur 7) of in de dwarselementen bevestigde klemmen 20 (figuur 8). Om de drijfriem 13 zijn een voedingsspoel 21 en een detectiespoel 22 aangebracht. Deze spoelen 21 en 22 zijn op enige afstand van elkaar aangebracht en kunnen voorts van kernen zijn voorzien om de wederzijdse ongewenste beïnvloe-5 ding zo veel mogelijk te voorkomen. Door deze constructie met de spoel 19 over de volledig omtrek van de drijfriem 13 wordt bewerkstelligd dat er voortdurend voeding en detectie bij de voedingsspoel 21 en de detectiespoel 22 kan plaatsvinden bij rotatie van de drijfriem 13. Daardoor wordt een dynamische meting verkregen.

10 Het zal duidelijk zijn dat binnen de uitvindingsgedachte nog vele varianten denkbaar zijn die worden geacht binnen het kader van deze uitvinding te vallen. Zo kunnen in plaats van dioden ook transistoren worden toegepast en kunnen in plaats van een of twee LC kringen ook een veelvoud aan LC-kringen worden toegepast. Voorts kunnen de spoelen en kernen zonder bezwaar cilindrisch zijn.

1001524

Claims

1 Meetsysteem voor het meten van krachten, vervormingen en verplaatsingen, met het kenmerk, dat het meetsysteem is voorzien van tenminste één

5 LC-kring, van tenminste één voeding die een spanning en stroom in de LC- kring opwekt, waarbij de frequentie, de amplitude en het faseverschil van de stroom en spanning in een uitgangspositie bekend zijn en voorts een functie zijn van de met een opnemer te meten variabele, alsmede van tenminste één detectie-eenheid die de frequentie en/of het faseverschil 10 en/of de amplitude in de LC-kring detecteert.

2 Meetsysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de LC-kring een condensator omvat die als opnemer werkzaam is en waarvan de dielecti-sche constante verandert als functie van de te meten variabele. 15

3 Meetsysteem volgens een van de voorgaande conclusies met het kenmerk, dat de LC-kring is voorzien van tenminste één rekstrookje als opnemer.

20. Meetsysteem volgens een van de voorgaande conclusies, met het ken merk, dat de LC-kring is voorzien van een weerstand als opnemer.

5 Meetsysteem volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de LC-kring een spoel omvat die als opnemer fungeert. 25

6 Meetsysteem volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de voeding een kring met een bron omvat.

7 Meetsysteem volgens een van de voorgaande conclusies, met het ken- 30 merk, dat de voeding van een voedingsspoel is voorzien.

8 Meetsysteem volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de voeding een wisselstroom in de LC-kring kan opwekken.

35. Meetsysteem volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de wisselstroom 1001524 δ sinusvormig is.

10 Meetsysteem volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de detectie-eenheid een detectie-spoel omvat. 5

11 Meetsysteem volgens conclusie 7 of 10, met he kenmerk, dat de voedings-spoel en/of de detectie-spoel ringvormig is.

12 Meetsysteem volgens conclusie 7, 10 of 11, met het kenmerk dat de voe- 10 dingsspoel en/of de detectiespoel een kern omvat.

13 Meetsysteem volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de kem ringvormig is. 15 14 Meetsysteem volgens een van de voorgaande conclusies, met het ken merk, dat het meetsysteem twee of meer LC-kringen omvat.

15 Meetsysteem volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat iedere LC-kring een eigen voeding en/of detectie-eenheid heeft. 20

16 Meetsysteem volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat het meetsysteem is ingericht voor het sequentieel meten van meerdere variabelen.

17 Meetsysteem volgens conclusie 16, met het kenmerk, dat een of meer LC- 25 kringen zijn voorzien van een of meer gelijkrichters, zoals diodes of transi- storen.

18 Meetsysteem volgens conclusie 16 of 17, met het kenmerk, dat in de LC-kringen een hoogfrequent meetsignaal wordt gesuperponeerd op een laag 30 frequente wisselspanning.

19 Meetsysteem volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de LC-kring twee of meer subsystemen omvat, waarbij een subsysteem is voorzien van een condensator en een gelijkrichter. 1001524 35

20 Meetsysteem volgens een van de voorgaande conclusies voor toepassing in combinatie met een eindloos orgaan, met het kenmerk, dat de spoel van de LC-kring een of meer windingen omvat en tenminste in hoofdzaak de volledige omtrek van het orgaan kan omslaan. 5

21 Meetsysteem volgens conclusie 20, met het kenmerk, dat de spoel van de LC-kring opneembaar is in en/of op het eindloze orgaan.

22 Meetsysteem volgens een van de voorgaande conclusies, met het ken- 10 merk, dat de LC-kring een teruggekoppelde kring is.

23 Meetsysteem volgens een van de conclusies 19, 20 of 21 voor toepassing in combinatie met een drijfriem. 15 24 Meetsysteem volgens conclusie 23 voor toepassing in combinatie met een drijfriem waarbij dwarselementen op een of meer dragers zijn aangebracht, met het kenmerk, dat opnemers op een of meer dwarselementen kunnen worden aangebracht. 1001524