NO841087L

NO841087L - DEVICE FOR TRANSFER OF RECORDED DATA

Info

Publication number: NO841087L
Application number: NO841087A
Authority: NO
Inventors: Hannu Hannukainen
Original assignee: Valmet Oy
Priority date: 1983-03-21
Filing date: 1984-03-20
Publication date: 1984-09-24
Also published as: BR8401316A; DK160684D0; FI830928L; EP0125433A1; DK160684A; FI830928A0

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en innretning for overfø-ring av informasjon fra en opptager, idet innretningen innbefatter en elektrisk måleopptager, slik som en deformasjonsmåleenhet, en kondensator eller ekvivalent innretning og elektrisk strømforsyningsinnretning ved hjelp av hvilken strømforsyningen blir tilført målekretsen. The present invention relates to a device for transferring information from a recorder, the device including an electrical measuring recorder, such as a deformation measuring unit, a capacitor or equivalent device and electrical power supply device by means of which the power supply is supplied to the measuring circuit.

Det er kjent teknikk å overføre opptatt informasjon på en trådløs måte. Et eksempel på kjent innretning er en innretning for å måle torsjons- eller dreiemomentet til en aksel hvor en stor krave er anbrakt rundt akselen. Innen-for denne kraven er anordnet likestrømskilde og en brokrets ved hvilken deformasjonsmåling av torsjon eller dreiemoment er inkorporert som komponenter. Likevektspenningen til brokretsen blir utført ved en modulator som styrer en 10,7 MHz sendeanordning. Systemet innbefatter dessuten en fast innretning ekstern i forhold til akselen under målingen og som innbefatter en spoleantenne, motta-ger /demodulatorinnretning og innretning for å fremvise eller opptegne målt data. Tidligere kjent innretning, slik som nettopp beskrevet er komplisert ved konstruksjonen og kan derfor ikke bli anvendt ved enhver ønsket anvendelse. It is known technique to transmit busy information in a wireless manner. An example of a known device is a device for measuring the torsion or torque of an axle where a large collar is placed around the axle. Within this requirement, a direct current source and a bridge circuit are arranged in which deformation measurement of torsion or torque is incorporated as components. The equilibrium voltage of the bridge circuit is carried out by a modulator which controls a 10.7 MHz transmitter. The system also includes a fixed device external to the axle during the measurement and which includes a coil antenna, receiving/demodulator device and device for displaying or recording measured data. Previously known device, as just described, is complicated in its construction and therefore cannot be used in every desired application.

En av anvendelsene i foreliggende oppfinnelse er en tråd-løs opptagerdataoverføringsinnretning, dvs. en telemetrisk innretning ved hjelp av hvilken det er mulig å måle tem-peratur, momenter, trykk, spenninger etc. ved forskjelli-ge punkter f.eks. ved en maskin slik som en traktor. One of the applications in the present invention is a wireless recording data transmission device, i.e. a telemetric device with the help of which it is possible to measure temperature, moments, pressure, voltages etc. at different points, e.g. by a machine such as a tractor.

Et formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe for de beskrevne anvendelsene en ny innretning anvendbar ved opptatt dataoverføring. Et bestemt formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en innretning ved hvilken mellomromskravene er små slik at innretningen også kan anvendes for de anvendelser hvor bruken av tidligere kjente innretninger har blitt ubekverne eller i det hele tatt umulige på grunn av deres størrelse. Det er et spesi elt formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en innretning ved hvilken signal/støyforholdet kan bli gjort tilstrekkelig høyt hvor antall komponenter så vel som strømforsyningskravet er gitte og som har minimale tempe-raturavhengigheter. One purpose of the present invention is to provide for the described applications a new device usable for busy data transmission. A specific purpose of the present invention is to provide a device in which the space requirements are small so that the device can also be used for those applications where the use of previously known devices has become impossible or altogether impossible due to their size. It is a special purpose of the present invention to provide a device by which the signal/noise ratio can be made sufficiently high where the number of components as well as the power supply requirement are given and which has minimal temperature dependencies.

For å tilveiebringe ovenfor nevnte formål og andre formål som vil fremgå av nedenfor nevnte er oppfinnelsen hoved-sakeligkarakterisert vedat signalet tilveiebrakt fra den målte kretsen blir tilført en spenning/frekvensomformer som dets inngangssignal, at utgangssignalet til omformeren, dens frekvensavhengighet av opptagerens tilstand blir tilført antenneinnretning, og at frekvensen varieres ved hjelp av trådløs teknikk mottatt med en antenne og med motnings-, demodulerings- og detekteringsinnretning. In order to provide the above-mentioned purpose and other purposes that will be apparent from the below-mentioned, the invention is mainly characterized by the fact that the signal provided from the measured circuit is supplied to a voltage/frequency converter as its input signal, that the output signal of the converter, its frequency dependence on the condition of the recorder is supplied to the antenna device , and that the frequency is varied using wireless technology received with an antenna and with reception, demodulation and detection equipment.

Ifølge foreliggende oppfinnelse blir det tilveiebrakt en enkel anordning som tolerere spenninger bra og krever minimal plass. For sentrale komponenter ved overførings-innretningen for opptatt data har blitt anvendt en spen-ning/f rekvensomf ormer, f.eks. av typen AD 537. Rundt denne sentrale komponenten har blitt anbrakt de andre nødvendige blokkene, som i virkeligheten kun innbefatter brukretsen med dens spenningsstrømforsyning og antennespolen med til-pasningstransistorer. According to the present invention, a simple device is provided which tolerates voltages well and requires minimal space. For central components of the transmission device for busy data, a voltage/frequency converter has been used, e.g. of type AD 537. Around this central component have been placed the other necessary blocks, which in reality only include the bridge circuit with its voltage power supply and the antenna coil with matching transistors.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere med henvisning til et utførelseseksempel av oppfinnelsen og med hjelp av tegningene, hvor: Fig. 1 viser opptagersenderinnretningen ifølge oppfinnelsen i form av et blokkdiagram. Fig. 2 viser nærmere spenning/frekvensomformerenheten anvendt ved oppfinnelsen. In the following, the invention will be described in more detail with reference to an embodiment of the invention and with the help of the drawings, where: Fig. 1 shows the recorder transmitter device according to the invention in the form of a block diagram. Fig. 2 shows in more detail the voltage/frequency converter unit used in the invention.

Pig. 3 viser et mekanisk anvendelseseksempel for innretning ifølge oppfinnelsen og dens bruk i forbindelse med en aksel som det utføres målinger på. Pig. 3 shows a mechanical application example for a device according to the invention and its use in connection with an axle on which measurements are carried out.

Opptager/senderinnretningen vist på fig. 1 innbefatter en spenning/frekvensomformer 10 (V/f) hvis inngangsterminal 2 har blitt forbundet med brokretsen 11 som inneholder opp-tageranordningen. Den stabiliserte spenningsforsyningen til brokretsen 11 er tilført via en operasjonsforsterker 12, hvis buffere har eksisterende referansespenning UR ut-ledet fra terminalen 4 til innretningen 10. Grenene Rb, Rv til broen 11 inneholder opptagermotstanden Rv (18) eller et par motstander, f.eks. en deformasjonsmåler, en temperaturavhengig motstand eller ekvivalent. Feilspennin-gen Uq som reflekterer broavviket blir forsterket med en differensialforsterker 13. Forsterkeren 13 kan også være utsatt dersom broens ubalanse 11 er effektfull og i det tilfellet det blir mulig å styre strømmen tatt opp av omformeren 10 direkte. Forsterkerne 12, 13 er f.eks. av typen LM 258. The recorder/transmitter device shown in fig. 1 includes a voltage/frequency converter 10 (V/f) whose input terminal 2 has been connected to the bridge circuit 11 containing the recording device. The stabilized voltage supply to the bridge circuit 11 is supplied via an operational amplifier 12, whose buffers have the existing reference voltage UR derived from the terminal 4 of the device 10. The branches Rb, Rv of the bridge 11 contain the collector resistor Rv (18) or a pair of resistors, e.g. . a strain gauge, a temperature dependent resistor or equivalent. The error voltage Uq which reflects the bridge deviation is amplified with a differential amplifier 13. The amplifier 13 can also be exposed if the bridge imbalance 11 is effective and in that case it becomes possible to control the current taken up by the converter 10 directly. The amplifiers 12, 13 are e.g. of type LM 258.

Strømforsyningskilden, f.eks. et miniatyrbatteri 20 (9 volt) er forbundet over bryteren K og spenningsregulatoren 12 med terminalen 8 til omformeren 10. Frekvensutgangene 8-9 (fout.) til omformeren 10 har blitt forbundet over en tilpasningstransistor (f.eks. 2 N 3704) med spolen 15 som tjener som sendeantenne. Transistoren 14 har blitt forbundet som en emitterfølger. Båndet for langbølgesendefrek-vensen fou^. til kretsen på fig. 1 er f.eks. mellom 50 og 150 MHz. Sentralfrekvensen fg for omformeren 10 er valgt med hjelp av en kondensator C forbundet over terminalene 6-7 og denne kondensatoren må være av høy nok kvalitet. The power supply source, e.g. a miniature battery 20 (9 volts) is connected across the switch K and the voltage regulator 12 to the terminal 8 of the inverter 10. The frequency outputs 8-9 (fout.) of the inverter 10 have been connected via a matching transistor (e.g. 2 N 3704) with the coil 15 which serves as a transmitting antenna. The transistor 14 has been connected as an emitter follower. The band for the long wave transmission frequency fou^. to the circuit of fig. 1 is e.g. between 50 and 150 MHz. The central frequency fg for the converter 10 is selected with the help of a capacitor C connected across terminals 6-7 and this capacitor must be of sufficiently high quality.

Som vist på fig. 3 innbefatter målesystemet i tillegg til opptager/senderinnretningen en mottagerantenne 22, en mot-tager/modulatorkombinasjon 23 og indikator, skriver eller andre opptegningsinnretninger, slik som en båndopptager. As shown in fig. 3, the measuring system includes, in addition to the recorder/transmitter device, a receiver antenna 22, a receiver/modulator combination 23 and indicator, printer or other recording devices, such as a tape recorder.

Driften av den beskrevne innretningen er som følgende. Med brokretsen 11 blir opptagerdataen Rv omformet til et spen-ningssignal, som blir forsterket og ført til spenning/fre-kvensomf ormeren 10, som omformer spenningssignalet til et radiofrekvenssignal. Det skal bemerkes at frekvensmodula-sjonen blir anvendt. Dersom f.eks. den kommersielt til-gjengelige mikrokretsen AD 537 blir anvendt for omformeren 10 kan den sentrale frekvensen fg bli beregnet som følgen-de med henvisning til fig. 2: The operation of the described device is as follows. With the bridge circuit 11, the recording data Rv is transformed into a voltage signal, which is amplified and fed to the voltage/frequency converter 10, which transforms the voltage signal into a radio frequency signal. It should be noted that frequency modulation is used. If e.g. the commercially available microcircuit AD 537 is used for the converter 10, the central frequency fg can be calculated as follows with reference to fig. 2:

Transistoren 14 tilpasser frekvensen til å bli egnet for antenne 15. Antennen 15 er som regel en liten spole. The transistor 14 adapts the frequency to be suitable for antenna 15. The antenna 15 is usually a small coil.

På fig. 3 har blitt vist et mekanisk utførelseseksempel av opptagerinnretningen ifølge oppfinnelsen. Opptagerinnretningen har blitt anbrakt f.eks. rundt kraftoverførings-akselen 25 til en traktor. Ved denne anvendelsen er det også nødvendig at opptagerinnretningen opptar liten plass, trekker liten energi og gir et godt signal/støyforhold. Ved hjelp av deformasjonsmåleren 18 montert i forbindelse med akselen 25 på i og for seg kjent måte blir f.eks. målt torsjonsmoment overført av akselen 25 på basis av akselens 25 torsjon. In fig. 3, a mechanical embodiment of the recording device according to the invention has been shown. The recording device has been placed e.g. around the power transmission shaft 25 of a tractor. In this application, it is also necessary that the recording device takes up little space, draws little energy and provides a good signal/noise ratio. By means of the deformation gauge 18 mounted in connection with the shaft 25 in a manner known per se, e.g. measured torque transmitted by the shaft 25 on the basis of the shaft 25 torsion.

Opptager/senderinnretningen 10-14 ifølge oppfinnelsen har blitt montert på et elektronisk kretskort 16 og dens komponenter har blitt innleiret i en isolasjonssammensetning 17, f.eks. epoksyharpiks. Kretskortet 16 har ledningen fra opptageren 18 og ledningen fra miniatyrbatteriet 20. Miniatyrbatteriet 20 er anbrakt med henvisning til det elektroniske kretskortet 16 på motsatt side av akselen 25 i en holder 19, idet det i forbindelse med sistnevnte dessuten er anordnet en spenningsregulator 12, fra hvilken en led-ning 21 går ut til kretskortet 16. Med en anbringelse av komponenter som på fig. 3 bevirker ikke innretningen noen skadelig mekanisk ubalanse på akselen 25. Den enkleste må-ten å montere delen 17, 19 og 20 vist på fig. 3 i forbindelse med akselen 25 er å vikle disse delen med tape. Dersom innretningen er ment å være en permanent opptager/sen-derinnretning i forbindelse med akselen 25 er det mulig å anbringe innretningen i et spesielt hus, idet delene av dette huset er fastgjort f.eks. ved hjelp av endeflenser sammen med hverandre og rundt akselen 25. Bryteren K kan være anordnet for fjernstyring eller for å bli drevet av f.eks. sentrifugalkraften slik at den kun vil være lukket når akselen dreies eller når det ellers er behov. The receiver/transmitter device 10-14 according to the invention has been mounted on an electronic circuit board 16 and its components have been embedded in an insulating composition 17, e.g. epoxy resin. The circuit board 16 has the wire from the recorder 18 and the wire from the miniature battery 20. The miniature battery 20 is placed with reference to the electronic circuit board 16 on the opposite side of the shaft 25 in a holder 19, in connection with the latter there is also arranged a voltage regulator 12, from which a line 21 goes out to the circuit board 16. With an arrangement of components as in fig. 3, the device does not cause any harmful mechanical imbalance on the shaft 25. The simplest way to mount the parts 17, 19 and 20 shown in fig. 3 in connection with the shaft 25 is to wrap these parts with tape. If the device is intended to be a permanent receiver/transmitter device in connection with the shaft 25, it is possible to place the device in a special housing, the parts of this housing being attached, e.g. by means of end flanges together with each other and around the shaft 25. The switch K can be arranged for remote control or to be operated by e.g. the centrifugal force so that it will only be closed when the shaft is turned or when otherwise required.

Antennespolen 15 er festet i forbindelse med akselen 25 som skal bli undersøkt. Antennespolen 25 sender inn i om-givelsen en langbølget elektromagnetisk stråling, hvis frekvens<f>Qut er i området fra 50 til 150 KHz som nevnt ovenfor. Strålingen blir mottatt ved hjelp av antennen 22 og med mottager/demodulatorinnretninger 23 anbrakt i nær-heten og den blir detektert og om nødvendig opptegnet med innretningen 24, ved hvilken virksomme signal er avhengig på en kjent måte av resistansen til opptagermotstanden Rv. The antenna coil 15 is fixed in connection with the shaft 25 to be examined. The antenna coil 25 sends into the environment a long-wave electromagnetic radiation whose frequency<f>Qut is in the range from 50 to 150 KHz as mentioned above. The radiation is received by means of the antenna 22 and with receiver/demodulator devices 23 placed in the vicinity and it is detected and if necessary recorded with the device 24, whereby the effective signal depends in a known way on the resistance of the recording resistor Rv.

Det er mulig å forbinde en kjent resistans over og/eller i serie med opptagerresistansen og i dens forbindelse med en bryter hvorved et gitt kunstig avvik fra likevekten til broen 11 blir bevirket. Dette avviket blir anvendt for å kalibrere systemet ved å kontrollere at målesystemet dri-ves riktig. Kalibreringsmotstanden har blitt vist på fig. 1. It is possible to connect a known resistance above and/or in series with the recording resistance and in its connection with a switch whereby a given artificial deviation from the equilibrium of the bridge 11 is effected. This deviation is used to calibrate the system by checking that the measuring system is operated correctly. The calibration resistor has been shown in fig. 1.

Den beskrevne innretningen kan f.eks. bli anvendt for å måle torsjonsmomentet sendt av den belastede akselen 25 til en traktor f.eks. mellom girkassen og klutchen eller dens vibrasjoner enten ved produktutviklingsarbeid eller som en oppdagerinnretning anbrakt i traktoren og forbundet med traktorens elektroniske styresystem eller et belast-ningsindikasjonssystem i traktorens førerhus f.eks. som et indikasjonsinstrument eller en lamperekke. The described device can e.g. be used to measure the torque sent by the loaded axle 25 to a tractor, e.g. between the gearbox and the clutch or its vibrations either during product development work or as a detection device placed in the tractor and connected to the tractor's electronic control system or a load indication system in the tractor's cab, e.g. as an indicating instrument or a string of lamps.

Claims

1. Device for transmitting captured data, the device including an electrical measuring recorder (18), such as a deformation measuring unit, a capacitor or equivalent, and electrical power supply device (12, 20, 21) by means of which the power supply is supplied to the measuring circuit, characterized in that the signal obtained from the measuring circuit is supplied to a voltage/frequency converter 10 to be its input signal (U^n ), that the output signal of the converter (10), whose frequency (fQUt.) depends on the condition of the recorder (18), is supplied to the antenna device (15), and that the varying frequency (<f>Q out) is wirelessly received by an antenna (22) and with reception, demodulation and detection devices (23, 24).

2. Device according to claim 1, characterized in that the recorder is a strain gauge or a pair of strain gauges (Rv) which are part of a bridge circuit (11), the equilibrium voltage (Uq) of the bridge circuit (11) being supplied via the amplifier ( 13) to become the input signal (U^n ) to the voltage/frequency converter (10).

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the voltage/frequency converter (10) is a microcircuit, the capacitor (C) connecting over certain terminals (6-7) until this is used to set the central frequency (fg) for the converter (10) .

4. Device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the frequency band of the f frequency modulated measurement signal (^out ^ as sltal kli sent by means of wireless technology is in the range of about 50 to 150 kHz.

5. Device according to any one of claims 1 to 4, for indicating and/or measuring load and/or vibration of a power transmission shaft (25), such as a tractor shaft, e.g. to control, characterized in that the device includes an electronic circuit board (16) and a miniature battery (20), these parts together with a recorder (18), such as a deformation measuring pair, are connected in connection with the axle during the measurement.

6. Device according to claim 5, characterized in that the components (10, 11, 12, 13, 14) on the electronic card (16) have been embedded in a protective composition (17) and that the electronic card (16, 17) and the miniature battery (20) with the bracket (19), if any, has been fixed around the shaft (25) during measurement with tape and/or with a special protective housing.

7. Device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the antenna of the recorder/transmitter device is a coil (15) of small size.

8. Device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that above and/or therein with the recording resistance close to incorporated in the bridge circuit has been connected with a known resistance and in its connection a switch with the help of which it is possible to effect a given artificial deviation in the equilibrium of the bridge (11) and that the deviation has been added for the calibration of the measurement system and the control of its operation.