PL178538B1

PL178538B1 - Sposób i układ do pomiaru momentu obrotowego na obracającym się wale

Info

Publication number: PL178538B1
Application number: PL95319378A
Authority: PL
Inventors: Frantz Karsten Smith; Marvin Sigmund Storesund
Original assignee: Frantz Karsten Smith; Marvin Sigmund Storesund
Priority date: 1994-09-26
Filing date: 1995-09-21
Publication date: 2000-05-31
Also published as: DE69528906D1; FI971295A7; DK0783675T3; NO943559L; KR100385377B1; CN1162990A; CN1114821C; AU3620695A; EP0783675B1; EP0783675A1; JPH10506191A; NO943559D0; FI971295A0; US5918286A; FI111992B; PL319378A1; AU698246B2; ATE228241T1; DE69528906T2; NO300940B1

Abstract

1. Sposób pomiaru momentu obrotowego na obra- c a j a c y m sie wale, na którym osadzone sa dwie oddalone od siebie jednakowe tarcze kodowe, wspólpracujace z glowica- mi fotodetekcyjnymi, polegajacy na tym, ze przesyla sie dwie wiazki swiatla poprzez dwa swiatlowody i moduluje sie te wiazki swiatla w szczelinach powietrznych dwóch glowic fotodetekcyjnych, a otrzymane sygnaly swietlne przetwarza sie na sygnaly elektryczne i mierzac przesunie- cie czasowe miedzy tymi sygnalami w yznacza sie kat skrecenia walu, który jest proporcjonalny do momentu obrotowego, znamienny tym, ze zm odulowane wiazki swiatla laczy sie w jedna wiazke, a przy przetwarzaniu polaczonego sygnalu swietlnego na sygnal elektryczny, mierzy sie czas pomiedzy zboczami narastajacymi kolej- nych impulsów, jak równiez mierzy sie czas pomiedzy zbo- czami opadajacymi tych impulsów, przy czym utworzone impulsy elektryczne zlicza sie w elektronicznym ukladzie liczacym (47), w którym przechowuje sie informacje, a na- stepnie za pomoca dupleksowej linii telekomunikacyjnej (48) przekazuje sie je do komputera (49) i na podstawie zmierzo- nych czasów wyznacza sie kat skrecenia walu, a nastepnie ze znanej zaleznosci wyznacza sie wartosc momentu obroto- wego na wale. FIG. 6 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do pomiaru momentu obrotowego na obracającym się wale, poprzez pomiar kąta skręcenia obciążonego wału. Znajomość tego kąta umożliwia obliczenie momentu obrotowego i mocy jeśli znana jest również, lub zmierzona, liczba obrotów wału na minutę.

Najczęściej stosowany dotychczas sposób pomiaru mocy na obracającym się wale, stosowany w różnego typu urządzeniach, wykorzystuje czujniki tensometryczne przyklejone do walu. Mierzone za pomocą czujnika tensometrycznego sygnały przesyłane są do przyrządu elektronicznego i monitora za pomocą pierścieni ślizgowych lub metodami telemetrycznymi. Przy stosowaniu telemetrii niezbędne jest zastosowanie nadajnika przymocowanego do obracającego się wału i zasilanego obracającą się z nim baterią, lub w nowszych systemach, bezprzewodowego przekaźnika mocy do elektrycznych czujników tensometrycznych na wale.

Nowszy system wykorzystuje tzw. magnetyczne czujniki Halla. Czujniki te zbierają sygnały za pomocą dwóch kół zębatych umieszczonych na wale w odpowiedniej odległości od siebie. Po obciążeniu wału występuje opóźnienie czasowe pomiędzy impulsami wykrytymi przez dwa czujniki Halla, z których każdy pracuje na kole zębatym. Opóźnienie czasowe między impulsami wyznacza kąt skręcenia obciążonego wału. Układ tego rodzaju opisany jest w publikacji pt. Antriebstechnik 33 (1994), nr 8, strona 53: Entwicklung eines robusten berhhrongslosen Drehzahl-Drehmoment-Messystems.

Z opisu patentowego nr US 4 637 264 znane jest urządzenie wyposażone w dwa światłowody do przesyłania sygnałów świetlnych, dołączone do dwóch głowic fotodetekcyjnych. Dwie wiązki światła przesyła się przez dwa światłowody oraz wiązki te moduluje się w głowicach fotodetekcyjnych, a sygnały świetlne wytworzone w czujnikach fotoelektrycznych przetwarza się na impulsy elektryczne.

W opisie patentowym nr US 4 520 681 ujawniono system wykorzystujący zasadę ciągu impulsów, z zamocowanymi na wale, w odpowiedniej odległości względem siebie tarczami kodowymi. Kąt skręcenia jest mierzony za pomocą opóźnienia czasowego pomiędzy impulsami elektrycznymi. Dwa czujniki zamocowane sąw odpowiedniej odległości od siebie, jeden czujnik na każdej tarczy kodowej. Wspomniany czas opóźnienia pomiędzy impulsami z czujników mierzony jest za pomocą elektronicznych układów liczących. W rozwiązaniu według opisu patentowego nr US 4 520 681 stosowane są zarówno czujniki optyczne jak i magnetyczne. W systemie tym, wykorzystywane są podobne lub identyczne zasady jak w systemie opisanym na str. 53 wspomnianej już publikacji pt. Antriebstechnik 33 (1994), nr 8.

178 538

Przedstawione znane systemy mają wspólną zasadę działania, polegającą na wykorzystaniu dwóch elektronicznych czujników umożliwiających detekcję kąta skręcenia obciążonego wału.

Aby osiągnąć wystarczającą dokładność w układach wykorzystujących dwa czujniki umieszczone w odległości od siebie, niezbędne jest aby punkty wyzwalania czujników nie zmieniały położenia względem siebie. Starzenie się i/lub zmiany temperatury mogą spowodować zmiany położenia punktów wyzwalających względem siebie, również w przeciwnych kierunkach.

Sposób pomiaru momentu obrotowego na obracającym się wale, na którym osadzone są dwie oddalone od siebie jednakowe tarcze kodowe, współpracujące z głowicami fotodetekcyjnymi, polegający na tym, że przesyła się dwie wiązki światła przez dwa światłowody i moduluje się te wiązki światła w szczelinach powietrznych dwóch głowic fotodetekcyjnych, a otrzymane sygnały świetlne przetwarza się na sygnały elektryczne i mierząc przesunięcie czasowe między tymi sygnałami wyznacza się kąt skręcenia wału, które jest proporcjonalne do momentu obrotowego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zmodulowane wiązki światła łączy się w jedną wiązkę, a przy przetwarzaniu połączonego sygnału świetlnego na sygnał elektryczny mierzy się czas pomiędzy zboczami narastającymi kolejnych impulsów, jak również mierzy się czas pomiędzy zboczami opadającymi tych impulsów, przy czym utworzone impulsy elektryczne zlicza się w elektronicznym układzie liczącym, w którym przechowuje się informacje, a następnie za pomocą dupleksowej linii telekomunikacyjnej przekazuje się je do komputera i na podstawie zmierzonych czasów wyznacza się kąt skręcenia wału, a następnie ze znanej zależności wyznacza się wartość momentu obrotowego na wale.

Korzystnym jest, gdy przy pomiarze czasu pomiędzy zboczami impulsów akumuluje się podwójną liczbę opóźnień dla liczby obrotów wału.

Korzystnym jest, gdy akumuluje się opóźnienie pomiędzy zboczami narastającymi jak również pomiędzy zboczami opadającymi dla określonej, liczby obrotów wału, następnie oblicza się wartość średniąprzedziału czasu pomiędzy zboczami narastającymi i zboczami opadającymi.

Układ do pomiaru momentu obrotowego na obracającym się wale, zaopatrzony w światłowody transmitujące sygnały świetlne, dołączone do dwóch głowic fotodetekcyjnych, które wraz z tarczami kodowymi zaopatrzonymi w zęby lub wycięcia i zamocowanymi na wale w określonej od siebie odległości wzdłuż wału, według wynalazku charakteryzuje się tym, że jedno wyjście sygnału świetlnego zespołu nadawczo-odbiorczego jest połączone pierwszym odcinkiem światłowodu z pierwszą głowicą fotodetekcyjną, w której szczelinie powietrznej znajduje się pierwsza tarcza kodowa z zębami lub wycięciami, a drugie wyjście sygnału świetlnego zespołu nadawczo-odbiorczego jest połączone drugim odcinkiem światłowodu z drugągłowicąfotodetekcyjną, w której szczelinie powietrznej znajduje się druga tarcza kodowa z zębami lub wycięciami, przy czym wyjście pierwszej głowicy fotodetekcyjnej jest połączone, poprzez trzeci odcinek światłowodu, z wejściem sumatora impulsów świetlnych, z którym połączone jest również wyjście drugiej głowicy fotodetekcyjnej czwartym odcinkiem światłowodu, a wyjście tego sumatora jest poprzez piąty odcinek światłowodu dołączone do wejściowego czujnika fotoelektrycznego zespołu nadawczo-odbiorczego, przetwarzającego połączony impulsowy sygnał świetlny.

Korzystnym jest, gdy głowica fotodetekcyjną posiada szczelinę powietrzną obejmującą tarczę kodową, oddzielającą przetwornik optyczny i odbiornik optyczny.

Korzystnym jest również, gdy do wyjścia zespołu nadawczo-odbiorczego dołączony jest elektroniczny układ liczący, który jest połączony z przetwarzającym sygnały komputerem, za pośrednictwem dulpeksowej linii telekomunikacyjnej.

W drugiej odmianie układ do pomiaru momentu obrotowego na obracającym się wale, według wynalazku charakteryzuje się tym, że wyjście sygnału świetlnego zespołu nadawczo-odbiorczego jest połączone pierwszym odcinkiem światłowodu z pierwszą głowicą fotodetekcyjną, w której szczelinie powietrznej znajduje się pierwsza tarcza kodowa z zębami lub wycięciami, a wyjście tej pierwszej głowicy fotodetekcyjnej drugim odcinkiem światłowodu jest połączone z wejściem drugiej głowicy fotodetekcyjnej, w której szczelinie powietrznej znajduje się druga tar178 538 cza kodowa z zębami lub wycięciami, przy czym wyjście tej drugiej głowicy fotodetekcyjnej jest przez trzeci odcinek światłowodu dołączone do wejściowego czujnika fotoelektrycznego zespołu nadawczo-odbiorczego przetwarzającego odebrany impulsowy sygnał świetlny.

Korzystnym jest, gdy głowica fotodetekcyjna zawiera przetwornik optyczny i odbiornik optyczny oddzielone od siebie szczeliną powietrzną.

W rozwiązaniu według wynalazku wykorzystuje się do pomiaru kąta skręcenia obracającego się obciążonego wału pojedynczy system czujnikowy. Wyklucza to możliwość dryftu pomiaru opóźnienia czasowego pomiędzy wykrywanymi impulsami, powodującego występowanie niedokładności. Rozwiązanie według wynalazku jest układem o wysokim stopniu dokładności pomiaru i długookresowej stabilności. Pomiar momentu obrotowego obracającego się wału przeprowadzany jest za pomocą pomiaru szerokości impulsu generowanego prze dwie tarcze kodowe zamocowane do wału w określonej odległości od siebie. Do pomiaru kąta skręcenia wykorzystuje się wąską wiązkę światła przerywaną przez zęby lub wycięcia tarcz kodowych, a wszystkie informacje dotyczące kąta skręcenia zawarte sąw ciągu impulsów świetlnych o modulowanej szerokości, odbieranym przez czujnik fotoelektryczny, wytwarzający impulsy elektryczne, które mogąbyć przechowywane w pamięci komputera, dla dalszego ich przetwarzania, tak żeby wielkość momentu obrotowego wału mogła być wyświetlana na ekranie monitora.

Przedmiot wynalazku został uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia układ pomiarowy ze źródłem światła jako nadajnikiem, fig. 2 - przykład zastosowania kabla światłowodowego, fig. 3A i 3B przedstawiają dwa przykłady wykonania układu według wynalazku z dwoma tarczami kodowymi, fig. 4 przedstawia impuls świetlny, fig. 5 - ciągi impulsów świetlnych, fig. 6 - praktyczną realizację sposobu według wynalazku, fig. 7A-7D przedstawiają przykłady wykonania tarcz kodowych z zębami lub wycięciami, a fig. 7E przedstawia ciągi impulsów świetlnych dla przykładów tarcz kodowych z fig. 7c i 7D.

Układ pomiarowy przedstawiony na fig. 1 wyposażony jest w jedno źródło światła stanowiące nadajnik 1 oraz odbiornik optyczny 5 połączony z czujnikiem fotoelektrycznym 6. Źródło światła pełniące rolę nadajnika 1 jest korzystnie źródłem laserowym lub diodą elektroluminescencyjną LED. Z nadajnika 1 emitowana jest wąska wiązka światła 2 równoległa względem obracającego się wału 4. Podczas obracania się wału 4, wiązka światła 2 jest przerywana przez zęby 3a i 3b zamocowane do wału w określonej odległości od siebie. Generowane tą metodą impulsy świetlne są odbierane w odbiorniku optycznym 5. Czujnik fotoelektryczny 6 generuje impulsy elektryczne. Gdy wał 4 zostaje obciążony, zęby 3a i 3b zostaną przesunięte o kąt równoważny kątowi skręcenia.

Czas oświetlenia/braku oświetlenia zwiększa się od czasu t dla wału nieobciążonego, do t+At dla wału obciążonego, jak przedstawiono na fig. 4, przy czym zęby 3a i 3b są odsunięte względem siebie na odległość odpowiadającą czasowi At.

Na figurze 2 przedstawiono przykład zastosowania kabla światłowodowego 9. Wiązka ze wspomnianego kabla przerywana jest przez zęby 3a i 3b. Wiązka światła przesyłana jest od źródła światła stanowiącego nadajnik 1, przecina obszar zęba 3a, następnie wychwytywana jest przez odbiornik optyczny 7, przesyłana prze kabel światłowodowy 9, soczewkę optyczną 10 i przechodzi przez obszar drugiego zęba 3b do drugiego odbiornika optycznego 11, który jest połączony z czujnikiem fotoelektrycznym 6, zawierającym układy generujące impulsy elektryczne. Użycie do przesyłania światła kabla światłowodowego pozwala ominąć takie przeszkody, jak podpora 8 wału 4. Umożliwia to powiększenie odległości pomiędzy zębami przerywającymi wiązkę światła i zwiększenie dokładności pomiaru.

Na figurze 3A przedstawiono układ z dwoma tarczami kodowymi zaopatrzonymi w zęby, stosowanymi do modulacji wiązki światła. Jak pokazano na fig. 3A, wiązka światła jest przesyłana z wyjścia zespołu nadawczo-odbiorczego 12 przez pierwszy odcinek światłowodu 13 do pierwszej soczewki optycznej stanowiącej przetwornik optyczny 14. Wiązka światła 15 po przejściu przez modulującą impulsy pierwszą tarczę kodową 16, jest odbierana przez pierwszy odbiornik optyczny 17, który z kolei przekazuje impulsowo modulowaną wiązkę światła przez przyłączony drugi odcinek światłowodu 18 i następnie przez drugą soczewkę optyczną stano6

178 538 wiącą drugi przetwornik optyczny 19. Wiązka światła 20 przechodzi z kolei przez drugą tarczę kodową 21 i jest odbierana przez drugi odbiornik optyczny 22, z którego jest przekazywana poprzez trzeci odcinek światłowodu 23 do wejścia zespołu nadawczo-odbiorczego 12, zawierającego czujnik fotoelektryczny. W ten sposób wiązka światła przekształcona zostaje na określoną liczbę impulsów po każdym obrocie wału. Przesunięcie między zębami lub wycięciami tarcz kodowych 16 i 21 wyznacza szerokość impulsu, która jest miarą kąta skręcenia, momentu obrotowego i mocy wału.

Na figurze 3B przedstawiono drugi przykład układu pomiarowego z dwoma tarczami kodowymi. Na fig. 3A wiązka światła 15, 20 przesyłana jest przez odcinki światłowodów ułożone szeregowo w taki sposób, że musi przejść przez obszary dwóch tarcz kodowych 16 i 21. W układzie pokazanym na fig. 3B, wiązka światła przekazywana z zespołu nadawczo-odbiorczego 12 rozdziela się na dwie równoległe wiązki. Wiązka światła przesyłana przez pierwszy odcinek światłowodu 24a przechodzi przez soczewkę optyczną stanowiącą pierwszy przetwornik optyczny 25 i dalej w postaci wiązki świetlnej 26 przez zęby lub wycięcia pierwszej tarczy kodowej 16a. Druga wiązka światła 30 przechodzi przez obszar zębów lub wycięć drugiej tarczy kodowej 21 a. Obydwie wiązki światła 26 i 30 modulowane są impulsowo odpowiednio przez tarcze kodowe 16a i 2 la, które mają odwrotne proporcje szerokości zębów i wycięć w porównaniu w tarczami kodowymi 16 i 21 z fig. 3 A. Tarcze kodowe 16a i 21 a sąjednakowe i mają wąskie wycięcia i szersze zęby. Odpowiedni stosunek szerokości zębów do szerokości wycięć wynosi 1:4. Modulowane impulsowo sygnały świetlne są dalej transmitowane przez trzeci i czwarty odcinek światłowodu 18a i 28b. Te dwie impulsowe wiązki światła są zsumowane w sumatorze optycznym 32. W rezultacie, na wyjściu sumatora optycznego 32 występuje sygnał świetlny o modulowanej szerokości impulsów, który z kolei jest przekazywany do czujnika fotoelektrycznego na wejściu zespołu nadawczo-odbiorczego 12, poprzez piąty odcinek światłowodu 33.

Każdy z układów pomiarowych przedstawionych na fig. 3A i 3B zawiera dwie głowice fotodetekcyjne, z których każda zawiera przetwornik optyczny (z przetworników optycznych 14, 19; 25, 29) oraz odbiornik optyczny (z odbiorników optycznych 17, 22; 27, 31).

Oba układy pokazane na fig. 3 A i 3B dostarczająw zasadzie jednakowe informacje do czujnika fotoelektrycznego zespołu nadawczo-odbiorczego 12. Układ przedstawiony na fig. 3B jest korzystny z powodu mniejszego tłumienia światła w porównaniu z układem przedstawionym na fig. 3 A. Wiązka światła rozdziela się na dwie równoległe ścieżki, a każda wiązka przechodzi tylko przez jeden obszar powietrzny. Ponadto, lepiej jest stosować wąskie otwory świetlne w wycięciach tarcz kodowych i szersze zęby, jak to pokazano na fig. 3B, aby uniknąć przesunięcia impulsów świetlnych w sygnale wyjściowym sumatora optycznego 32, po zsumowaniu impulsów z trzeciego i czwartego odcinka światłowodu 28a i 28b.

Na figurze 5 zilustrowano ciągi impulsów świetlnych 34 i 35, oznaczonych jako impulsy Al...An i Bl...Bn, po ich przejściu przez tarcze kodowe 16 i 21 z zębami i wycięciami, jak przedstawiono na fig. 3 A. W rozwiązaniu przedstawionym na fig. 3B tarcze kodowe 16a i 21 a mają odwrotne proporcje szerokości zębów i wycięć w porównaniu do tarcz kodowych 16 i 21 z fig. 3 A.

Obie tarcze kodowe 16 i 21 przedstawione na fig. 3 A, jak również tarcze kodowe 16a i 21 a z fig. 3B, przymocowane do jednego wału 4, są kongruentne i rozmieszczone w określonej odległości od siebie.

Wzajemne położenie tarcz kodowych 16 i 21 nie jest krytyczne dla nieobciążonego wału 4. Normalnie są one przymocowane w takim położeniu, że impulsy Bl...Bn drugiego ciągu 35, wypadają pomiędzy impulsami AL..An pierwszego ciągu 34, w taki sposób, że ich wzajemne zachodzenie jest niemożliwe w czasie obciążenia wału 4. Sytuację taka przedstawiono na fig. 5. Gdy wał 4 obraca się, czujnik fotoelektryczny zespołu nadawczo-odbiorczego 12 odbiera trzeci ciąg impulsów świetlnych 36, jak pokazano na fig. 5. Gdy wał 4 jest nieobciążony, występuje przesunięcie czasowe wskazujące czas przesunięcia t pomiędzy impulsami A i B dwóch tarcz kodowych z zębami i wycięciami. Gdy wał 4 jest obciążony, ten czas przesunięcia zwiększa się do t+At, gdzie At wyraża stopień obciążenia.

178 538

W wyniku odbioru sygnałów świetlnych przez czujnik fotoelektryczny zespołu nadawczo-odbiorczego 12, układu z fig. 3 A lub 3B, generowane są impulsy elektryczne o modulowanej szerokości. Impulsy o modulowanej szerokości generowane sązgodnie z wynikiem pomiaru czasu pomiędzy zboczami narastającymi impulsów i podobnie również pomiaru czasu pomiędzy zboczami opadającymi impulsów.

Poszczególne impulsy czwartego ciągu impulsów 37 z fig. 5 generowane są przez narastające zbocza impulsów A i B ciągów 34 i 35. Zboczem opadającym impulsów A i B ciągów 34 i 35 odpowiada piąty ciąg impulsów 38. Taki sposób generacji impulsów podwaja liczbę impulsów podczas każdego obrotu wału, która równa jest dokładnie dwukrotnej ilości zębów lub wycięć tarcz kodowych.

Ciągi impulsów 37 i 38 o modulowanej szerokości są zbierane w szybkich rejestrach elektronicznych. Suma czasu trwania jest uśredniana i aktualizowana dla odpowiedniej ilości obrotów wału lub przedziałów czasu.

Gdy czas przesunięcia t, który jest czasem przesunięcia wału nieobciążonego, jest wyzerowany, przesunięcie czasowe At zostaje obliczone przez uśrednienie zgromadzonej zawartości rejestrów po odpowiednich przedziałach czasu. Aktualizacja czasu t może być przeprowadzana dla wybranych przedziałów.

Obliczenia ilości obrotów na minutę dokonuje się przez zliczanie impulsów zegara odpowiadających jednemu obrotowi wału. Ponieważ do sterowania licznika wykorzystywane są raczej wysokie częstotliwości cyklu zegara, pomiar ilości obrotów na minutę posiada wysoki stopień rozdzielczości i dokładności.

Uśrednione przesunięcie czasowe At, zmierzona liczba obrotów na minutę oraz znajomość parametrów stali, z której wykonany jest wał, umożliwiająobliczenie momentu obrotowego oraz mocy wału.

Praktyczna realizacja rozwiązania według wynalazku może być wykonana tak, jak przedstawiono to na fig. 6. Wiązka światła jest emitowana ze źródła światła 45 wchodzącego w skład zespołu nadawczo-odbiorczego 41,45 poprzez dwa oddzielne odcinki światłowodów 24a i 24b. Każda z dwóch wiązek światła przechodzi przez głowicę fotodetekcyjną, odpowiednio 39, 40, stanowiącą optyczny zespół przetwornikowy, utworzony w kształcie litery U, dla zamiany wiązki światła na ciąg impulsów, korzystnie wykonanyjako rozwidlenie optyczne. Szczeliny powietrzne w tych głowicach majądługość rzędu 5-10 mm. Podobnie jak w układzie pokazanym na fig. 3 A i 3B wspomniana wiązka światła modulowana jest przez obracające się z wałem tarcze kodowe 16 i 21 z zębami i wycięciami, przechodzące przez szczeliny głowic fotodetekcyjnych 39 i 40.

Po przejściu przez głowice fotodetekcyjne 39 i 40, zmodulowane wiązki światła zsumowane zostają w sumatorze optycznym 32. Sumaryczny sygnał świetlny zostaje przesłany przez kolejny odcinek światłowodu 33 do odbiornika 41 z czujnikiem fotoelektrycznym. Kształt ciągu impulsów świetlnych 36 jest pokazany na fig. 5. Odbiornik 41 zawiera czujnik fotoelektryczny o bardzo krótkiej, szybkiej odpowiedzi. Elektryczne impulsy wyjściowe z detektora są sygnałami na poziomie układu logicznego tranzystorowo-tranzystorowego TTL. Te sygnały czasu rzeczywistego, przetwarzane są w niezmiernie szybkich układach liczących PLD 47, w których informacje są początkowo gromadzone i używane do uśrednienia i aktualizacji zmierzonego kąta skręcenia. Proces ten jest sterowany poprzez dupleksową linię komunikacyjną 48 łączącąukład liczący 47 ze standardowym komputerem PC 49.

Aby wyeliminować niedokładności spowodowane przez ruchy przypadkowe, takie jak wibracje itp., sygnały reprezentujące informacje o kącie skręcenia są sumowane i uśredniane po wybranej ilości obrotów wału.

Dane zmierzone i obliczone w przedstawiony sposób wystarczają do dokładnego obliczenia ilości obrotów na minutę, momentu obrotowego oraz mocy.

Liczba obrotów na minutę, moment obrotowy oraz moc sąprzedstawione zarówno graficznie jak i cyfrowo na monitorze 50 komputera PC 49 i/lub na wskaźniku ciekłokrystalicznym.

178 538

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest zastosowanie tylko jednego źródła światła i pojedynczego detektora fotoelektrycznego. W układach pokazanych na fig. 3B oraz fig. 6 mogąbyć zastosowane dwa niezależne źródła światła dla dostarczenia światła do dwóch odcinków, światłowodu 24a i 24b. Zastosowanie jednego lub dwóch źródeł światła jest jedynie kwestią wy-, boru. Korzystną cechą tego wynalazku jest zastosowanie światłowodów dostarczających wiązki światła z przetworników optycznych do odbiorczego czujnika fotoelektrycznego. Zaletą układu według wynalazku jest to, że tarcze kodowe są zamocowane do wału w najdogodniejszej odległości od siebie.

Dwa punkty odczytu, tzn. dwie tarcze kodowe z zębami i wycięciami mogą być zamocowane na wale w dużej odległości od siebie. Stosując rozwiązanie według wynalazku można ominąć więcej podpór oraz przegród, a odległość pomiędzy punktami odczytu może być dowolnie zwiększana w celu zwiększenia dokładności. Na fig. 3A, 3B i fig.. 6 przedstawiono układ pomiarowy tylko z jedną podporą 8 omijaną przez światłowód.

Na figurach 7A - 7D przedstawiono dwa przykłady wykonania tarcz kodowych 51 i 52. Tarcza kodowa 52 z fig. 7B jest odwróconą wersją tarczy kodowej 51 z fig. 7A. Pierwsza tarcza kodowa 51 reaguje na brak światła, a drugi przykład tarczy kodowej 52 reaguje na występowanie światła. W rozwiązaniu według wynalazku mogąbyć stosowane obydwa przykłady tarcz kodowych. Ciągi impulsów odpowiadające wystąpieniu/brakowi wystąpienia światła, które trafiają, do detektora fotoelektrycznego, po przejściu przez dwie tarcze kodowe z zębami 51 A, 51 B lub 52A, 52B są oznaczone odpowiednio jako A1, B1....A12, B12. Liczba zębów przedstawionych tarcz kodowych wynosi 12, a ciąg impulsów A1....B12 odpowiada jednemu obrotowi wału. Kółko 53 na fig. 7C i 7D oznacza miejsce, w którym korzystnie umieszczone jest źródło światła. Jak to już opisano, odstępy pomiędzy impulsami A1, B1 itd. wyrażają skręcenie i odpowiednio moment obrotowy wirującego wału.

178 538

178 538 rc

178 538

Α1 η

Β1

JL

Α1 Β1

Π Π t + At t + At

A2

JL

B2

JL

A3 B2

JUL

FIG. 5

A3 An ji____________________ji_*B3 Bn _ll·___________________JLA3 B3 An Bn

JU1________________JLU

J L________________J _ul________________rn_34

178 538

FIG. 6

24α

24b

178 538

7E /

Α1 Β1 Α2 Β2 Α12 Β12 ππτο Lnr

Α1 Β1 Α2 Β2 Α12 Β12 _JUUU1_Π_Π_

178 538

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób pomiaru momentu obrotowego na obracającym się wale, na którym osadzone są dwie oddalone od siebie jednakowe tarcze kodowe, współpracujące z głowicami fotodetekcyjnymi, polegający na tym, że przesyła się dwie wiązki światła poprzez dwa światłowody i moduluje się te wiązki światła w szczelinach powietrznych dwóch głowic fotodetekcyjnych, a otrzymane sygnały świetlne przetwarza się na sygnały elektryczne i mierząc przesunięcie czasowe między tymi sygnałami wyznacza się kąt skręcenia wału, który jest proporcjonalny do momentu obrotowego, znamienny tym, że zmodulowane wiązki światła łączy się w jedną wiązkę, a przy przetwarzaniu połączonego sygnału świetlnego na sygnał elektryczny, mierzy się czas pomiędzy zboczami narastającymi kolejnych impulsów, jak również mierzy się czas pomiędzy zboczami opadającymi tych impulsów, przy czym utworzone impulsy elektryczne zlicza się w elektronicznym układzie liczącym (47), w którym przechowuje się informacje, a następnie za pomocą dupleksowej linii telekomunikacyjnej (48) przekazuje się je do komputera (49) i na podstawie zmierzonych czasów wyznacza się kąt skręcenia wału, a następnie ze znanej zależności wyznacza się wartość momentu obrotowego na wale.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przy pomiarze czasu pomiędzy zboczami impulsów akumuluje się podwójną liczbę opóźnień dla liczby obrotów wału.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że akumuluje się opóźnienie pomiędzy zboczami narastającymi jak również pomiędzy zboczami opadającymi dla określonej liczby obrotów wału, następnie oblicza się wartość średnią przedziału czasu pomiędzy zboczami narastającymi i zboczami opadającymi.
4. Układ do pomiaru momentu obrotowego na obracającym się wale, zaopatrzony w światłowody transmitujące sygnały świetlne, dołączone do dwóch głowic fotodetekcyjnych, które wraz z tarczami kodowymi zaopatrzonymi w zęby lub wycięcia są zamocowane na wale w określonej od siebie odległości wzdłuż wału, znamienny tym, że jedno wyjście sygnału świetlnego zespołu nadawczo-odbiorczego (12; 41,45), jest połączone pierwszym odcinkiem światłowodu (24a) z pierwszą głowicą fotodetekcyjną (25,27; 39), w której szczelinie powietrznej znajduje się pierwsza tarcza kodowa (16a, 16) z zębami lub wycięciami, a drugie wyjście sygnału świetlnego zespołu nadawczo-odbiorczego (12; 41,45) jest połączone drugim odcinkiem światłowodu (24b) z drugą głowicą fotodetekcyjną (29,31; 40), w której szczelinie powietrznej znajduje się druga tarcza kodowa (21a, 21) z zębami lub wycięciami, przy czym wyjście pierwszej głowicy fotodetekcyjnej (25,27; 39) jest połączone poprzez trzeci odcinek światłowodu (28a) z wejściem sumatora (32) impulsów świetlnych, z którym połączone jest również wyjście drugiej głowicy fotodetekcyjnej (29,31; 40) czwartym odcinkiem światłowodu (28b), a wyjście tego sumatora (32) jest poprzez piąty odcinek światłowodu (33) dołączone do wejściowego czujnika fotoelektrycznego zespołu nadawczo-odbiorczego (12; 41,45) przetwarzającego połączony impulsowy sygnał świetlny.
5. Układ według zastrz. 4, znamienny tym, że głowica fotodetekcyjną (39, 40) posiada szczelinę obejmującą tarczę kodową (16, 21).
6. Układ według zastrz. 4, znamienny tym, że głowica fotodetekcyjną (25,27; 29,31) zawiera przetwornik optyczny (25; 29) i odbiornik optyczny (27; 31) oddzielone szczeliną powietrzną.
7. Układ według zastrz. 4, znamienny tym, że do wyjścia zespołu nadawczo-odbiorczego (41, 45) dołączony jest elektroniczny układ liczący (47), który jest połączony z przetwarzającym sygnały komputerem (49), za pośrednictwem dupleksowej linii telekomunikacyjnej (48).

178 538
8. Układ do pomiaru momentu obrotowego na obracającym się wale, zaopatrzony w światłowody transmitujące sygnały świetlne, dołączone do dwóch głowic fotodetekcyjnych, które wraz z tarczami kodowymi zaopatrzonymi w zęby lub wycięcia są zamocowane na wale w określonej od siebie odległości wzdłuż wału, znamienny tym, że wyjście sygnału świetlnego zespołu nadawczo-odbiorczego (12) jest połączone pierwszym odcinkiem światłowodu (13) z pierwszą głowicą fotodetekcyjną(14,17), w której szczelinie powietrznej znajduje się pierwsza tarcza kodowa (16) z zębami lub wycięciami, a wyjście tej pierwszej głowicy fotodetekcyjnej (14,17) drugim odcinkiem światłowodu (18) jest połączone z wejściem drugiej głowicy fotodetekcyjnej (19,22), w której szczelinie powietrznej znajduje się druga tarcza kodowa (21) z zębami lub wycięciami, przy czym wyjście tej drugiej głowicy fotodetekcyjnej (19,22) jest przez trzeci odcinek światłowodu (23) dołączone do wejściowego czujnika fotoelektrycznego zespołu nadawczo-odbiorczego (12) przetwarzającego odebrany impulsowy sygnał świetlny.
9. Układ według zastrz. 8, znamienny tym, że głowica fotodetekcyjna (41,17; 19,22) zawiera przetwornik optyczny (14; 19) i odbiornik optyczny (17; 22), oddzielone od siebie szczeliną powietrzną.