WO2005017471A1 - Method and device for measuring torsional oscillations - Google Patents

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WO2005017471A1
WO2005017471A1 PCT/EP2004/009007 EP2004009007W WO2005017471A1 WO 2005017471 A1 WO2005017471 A1 WO 2005017471A1 EP 2004009007 W EP2004009007 W EP 2004009007W WO 2005017471 A1 WO2005017471 A1 WO 2005017471A1
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signal
time
measurement
measuring
edges
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PCT/EP2004/009007
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Inventor
Andreas Ritz
Original Assignee
Hasse & Wrede Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hasse & Wrede Gmbh filed Critical Hasse & Wrede Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H1/00—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
    • G01H1/10—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector of torsional vibrations

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for measuring torsional vibrations on rotating parts with the aid of signal transmitters, in particular for monitoring and optimizing torsional vibration dampers.
  • Torsional vibration dampers are used in large engines and are operatively connected to the crankshaft so that torsional vibrations that form on the crankshaft are not transmitted to the output shafts of subsequent machine parts. Such torsional vibration dampers make it possible to ensure trouble-free running times of several tens of thousands of operating hours. In order to determine torsional vibrations on crankshafts on the one hand and on the other hand to constantly monitor the mode of operation of torsional vibration dampers so that quick action can be taken in the event of failures, it is necessary to identify and remedy torsional vibrations on rotating parts in good time and in good time before entire drive units and / or driven machines are damaged will or fail.
  • a known measuring method for measuring torsional vibrations on rotating parts is explained in more detail with reference to the attached FIG. 1.
  • a measurement level P or an amplitude is plotted in the vertical direction and a time axis t is plotted in the horizontal direction.
  • a signal transmitter 1 (not shown here) (see FIG. 6), for example an incremental transmitter which interacts as a measurement sensor with a rotating part of a torsional vibration damper 40 (see FIG. 6), supplies a measurement signal sequence m with a predetermined number of measurement signals m- ⁇ , m 2 , for example in the known TTL format, with rising steep, successive signal edges 20, 21 per revolution of the rotating part. For the sake of clarity, only two successive measurement signals m- ⁇ , m 2 are shown.
  • the signal is a known square-wave signal and also has a known course of its amplitude, which consists of a steeply rising flank, a more or less constant adjoining section, which is also called a plateau, and a steeply rising edge.
  • successive measurement signals are referred to as a measurement signal sequence and their successive rising or falling signal edges as a signal edge sequence.
  • the time interval between these successive signal edges 20, 21 is proportional to the rotational speed.
  • the number of time-equidistant sampling intervals T 0 to T 5 of an oscillator oscillating at a constant frequency is therefore counted between the two successive signal edges 20 and 21 to measure the time, that is to say the rotational speed.
  • This oscillator signal is shown below the measurement signal sequence m. Since the oscillation frequency of the oscillator is constant and known, the time between two successive signal edges 20 and 21 can be deduced from a time-equidistant sampling 4, which is determined, for example, by rising edges of the oscillator signal and the number of time-equidistant sampling intervals T 0 to T 5 .
  • sampling times tai and ta 2 of a first and second signal level of the respective measurement signal mi, m 2 each correspond to the successive signal edges 20, 21, the level of the first and second signal level being the same here.
  • Such a time measurement by means of an oscillator and a counter for the time-equidistant sampling intervals To to T 5 has the disadvantage that, on the one hand, a relatively cost-intensive, high-frequency oscillator circuit is required in order to carry out the measurement precisely and, on the other hand, complex digital counters have to be used to measure the time intervals between two determine successive signal edges 20, 21.
  • this method has the disadvantage that the measurement accuracy is limited, since smaller times than a time period between two time-equidistant sampling intervals T 0 to T 5 cannot be detected.
  • the sampling or oscillation frequency of the high-frequency oscillator circuit In order to increase the measuring accuracy and thus shorten the time span between two time-equidistant sampling intervals To to T5, the sampling or oscillation frequency of the high-frequency oscillator circuit must be increased further, and thus the costs will increase, especially since the effort wall increased to comply with the standards of so-called electromagnetic compatibility.
  • the object of the invention is to provide an inexpensive method and an inexpensive device for measuring torsional vibrations, the precision of the measurement results being improved compared to the conventional method mentioned above, so that the most accurate measurement of the time interval between two successive signal edges 20, 21 can be carried out despite the use of a conventional incremental or signal transmitter and despite the reduction in the oscillation frequency of an oscillator circuit for the delivery of time-equidistant sampling intervals.
  • a method for measuring torsional vibrations on rotating parts is specified with the aid of signal transmitters.
  • the method has the following method steps. First, rising signal edges of measurement signals from a signal generator are converted into deformed rising signal edges from time-increasing measurement signals. A measurement signal level of the deformed rising edge is then recorded when the measurement signal sequences are sampled in a time-equidistant manner. A second measurement signal level of the deformed rising edge of the next measurement signal is then recorded when the measurement signal sequences are sampled in a time-equidistant manner. On the basis of the two measured signal levels of the deformed rising edges of the temporally rising measurement signals, two time spans between the respective start time of the measurement signal and the respective sampling time are calculated.
  • the signal transmitter is preferably designed as an incremental transmitter, wherein an analog transmitter can also be used to convert the signals into suitable forms, for example TTL signals.
  • an analog transmitter can also be used to convert the signals into suitable forms, for example TTL signals.
  • the time period between the start time of the measurement signal and the sampling time of the measurement signal can be determined very precisely.
  • the amplitude determined at the time of sampling of the onset of the edge rise is determined.
  • the sampling times between two signal edges make no contribution to the measurement signal level and therefore cannot falsify the analog measurement result.
  • the determined time intervals are proportional to the speed of rotation of the rotating part, these time intervals can be evaluated for the detection of torsional vibrations.
  • the analog time intervals are digitized using an A / D converter.
  • the determined time intervals can then be evaluated digitally, processed further and / or displayed digitally.
  • a / D converters are available inexpensively and can be used more cost-effectively than high-resolution, high-frequency counting cards.
  • the signal edges of the incremental encoder are converted into defined square-wave signals with the aid of a Schmitt trigger before they are converted into deformed rising edges from measurement signals rising at a time.
  • This variant of the method has the advantage that the square-wave signals of the Schmitt trigger, which are triggered by the signal edges of the measurement signals of the signal generator, are more constant both in their pulse duration and in their edge properties than the signal edges originating from the signal generator.
  • this variant of the method has the advantage that a so-called pulse deformation of these square-wave signals from the Schmitt trigger into deformed rising edges of time-increasing measurement signals provides measurement signals that rise in time in a constant and conforming manner, so that from the moment of probing and the signal level of the deformed rising edges, it precisely delivers a period between the start time of the measurement signal and sampling time for this signal level can be concluded.
  • the rising edges of the rectangular signals of the Schmitt trigger are converted with the help of an RC element into deformed rising edges of time-increasing measurement signals.
  • Passive circuit components built up from a resistor R and a capacitor C are particularly suitable for the method if their electrical parameters remain temperature-stable or are temperature-stabilized.
  • the temporally increasing measuring signal can be proportionally amplified by means of an operational amplifier.
  • an oscillator circuit is preferably used, the sampling frequency of which is at least twice as high as the highest possible measuring frequency of the signal generator and does not exceed three times this measuring frequency.
  • This embodiment of the method has the advantage that relatively low-frequency oscillator circuits can be used, the highest possible measurement frequency of the signal generator being understood to mean the frequency that occurs at the highest possible speed of the rotating part.
  • the sampling frequency which is at least twice as high, ensures that there is at least one sampling instant in each time-increasing measurement signal within two sampling cycles at the highest speed of the rotating part.
  • the limitation to an oscillator circuit which does not exceed three times the measurement frequency has the advantage that, despite the high temporal resolution of the method according to the invention for determining torsional vibrations, the oscillator circuit manages with a relatively low-clocked, inexpensive oscillator.
  • a measuring device for the detection and monitoring of torsional vibrations of rotating parts has a signal transmitter which supplies measuring signals with rising edges as a function of the rotational speed of the rotating parts.
  • the measuring device has a Schmitt trigger that outputs standard rectangular pulses.
  • An RC element is connected in series with the Schmitt trigger, which supplies a deformed rising edge on each rising edge of the rectangular pulses of the Schmitt trigger.
  • This deformed measurement signal with the so-called time-variant rising edge can be amplified proportionally by an operational amplifier in order to improve the time resolution.
  • a measuring device for detecting and monitoring torsional vibrations of rotating parts
  • the latter has an oscillator circuit that generates time-constant scanning signals and thus triggers the measuring device.
  • Both the time-equidistant scanning signals of the oscillator circuit and the time-variant rising edges of the RC elements are supplied to an analog evaluation circuit, which uses these signals to determine time intervals which are proportional to the rotational speed of the rotating part.
  • Such a measuring device has the advantage that it has a compact design, is inexpensive to manufacture and can be used both as a stationary measuring station and as a mobile measuring device in the field. Due to the compactness, precision and low cost of the measuring device, it can be supplied in addition to the torsional vibration dampers as a permanent monitoring unit to ensure that if the torsional vibration damper fails, timely countermeasures can be taken before a heavy engine causes major damage.
  • the measuring device can have a digital evaluation circuit, which is connected downstream of the A / D converter and interacts with it.
  • This digital evaluation circuit can determine torsional vibrations if fluctuations occur when comparing the determined digitized time intervals of the measuring device. If these fluctuations exceed predetermined limit values, maintenance or repair of the drive unit and in particular the torsional vibration damper can be arranged in good time.
  • the measuring device has an oscillator circuit which has a sampling frequency which is at least twice as high as the highest possible measuring frequency of the incremental encoder and does not exceed three times this measuring frequency.
  • This limitation of the sampling frequency to double or triple the maximum measurement frequency of the incremental encoder ensures that this measurement frequency is also Oscillator circuits get by that have relatively low oscillation frequencies.
  • the measuring device can be built into a housing in a manner that is safe from environmental influences, the housing accommodating the measuring device, which has at least one Schmitt trigger, an RC element, an operational amplifier, an oscillator circuit and an analog evaluation circuit.
  • the A / D converter can also be integrated into the housing.
  • the housing has a measurement input connection to which the incremental encoder can be connected and at least one measurement output connection to which a digital evaluation circuit can be connected.
  • FIG. 1 is a diagram showing the measuring principle of a conventional method for measuring torsional vibrations
  • FIG. 2 shows a basic diagram that demonstrates the evaluation of a measurement level of a measurement signal for recording a period of time
  • FIG. 3 shows a basic diagram for detecting a time interval between two signal edges according to the measuring method of the present invention
  • FIG. 4 shows a basic block diagram of a measuring device according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 5 shows a basic block diagram of a measuring device according to a second embodiment of the invention.
  • Fig. 6 is a schematic representation of a device according to the invention.
  • Fig. 1 shows a diagram showing the measuring principle of a conventional method for measuring torsional vibrations. This method has already been discussed in detail, so that a further discussion of FIG. 1 is unnecessary.
  • FIG. 2 shows a basic diagram in which the time t is plotted on the abscissa and a measurement level P is plotted on the ordinate.
  • the diagram shows a time-increasing measurement signal 3, which has a time-variant rising edge 10 as the rising edge.
  • time-variant means that the course of this rising edge or the amplitude of the measurement signal 3 does not have a constant slope angle, as is the case with an ideal rising edge 20. 21 is the case, but that the slope angle of the course of the amplitude of the measurement signal 3 changes over time, as is the case, for example, with the known time course of charging or discharging a capacitor via a resistor.
  • the time-variant rising edge 10 starts at the time t s ⁇ , which starts with the time of a rising signal edge, for example the first of the successive signal edges 20, 21 of the above-mentioned measurement signal sequence m (see FIG. 1) of a signal generator 1, for example an incremental encoder (see FIG. 6) is triggered.
  • the measurement level P of the time-increasing measurement signal 3 starting from this time t s ⁇ is standardized as a function of time, so that at the time of sampling t a ⁇ of the first signal level, the first signal level here is a first measurement signal level Pi a measure or criterion for a first time period ⁇ t s ⁇ between Delivers start time t s ⁇ and the sampling time t a ⁇ of the first signal level.
  • the time-equidistant sampling 4 of sampling instants that do not provide any measuring signal levels different from the zero level determines time periods ⁇ t that elapse until a subsequent measuring signal occurs with a further time-variant rising edge.
  • a time period ⁇ t is the time between two time-equidistant samples 4 and is also referred to as the sampling cycle.
  • FIG. 3 shows a basic diagram for detecting a time interval I between two successive signal edges 20 and 21 according to the measuring method of the present invention. Components with the same functions as in FIG. 2 are identified by the same reference symbols and are not discussed separately.
  • the successive signal edges 20 and 21 are processed according to the invention via a Schmitt trigger 6 (see FIGS. 4 to 6) and via one RC element 7 interacting with the Schmitt trigger 6 (see also FIGS. 4 to 6) is converted into the time-variant rising edge 10 or a time-variant rising edge 30 of the subsequent signal.
  • the successive measurement signals mi, m 2 are standardized in a known manner by the Schmitt trigger 6, that is to say the successive signal edges 20 and 21 run uniformly and the level of the successive signals is the same, so that the time-variant rising edges 10 also and 30 are completely identical.
  • time-variant rising edge 10 in the diagram in FIG. 3 begins at the starting point t s ⁇
  • time-variant rising edge 30 begins at a time t s2 .
  • a time-equidistant sampling 4 is superimposed on this measurement signal sequence m, so that there is a first time period ⁇ t s ⁇ which is different from a second time period ⁇ t s2 corresponding to the rising edge 30.
  • the first time period ⁇ t s ⁇ is triggered by the first of the successive signal edges 20 of the first time-increasing measurement signal 3 at the start time t s ⁇ and lasts until the first sampling time t a ⁇ of the first signal level.
  • This first signal level is referred to here as a first measurement signal level Pi.
  • the second time span ⁇ t S 2 is triggered by the second of the successive signal edges 21 of the second time-increasing measurement signal 3 at the start time t s2 and lasts until the second sampling time t a2 of the second signal level.
  • This second signal level is referred to here as a second measurement signal level P 2 .
  • I 2 ⁇ t + ⁇ t s ⁇ - ⁇ t s2 .
  • the time periods ⁇ t of the sampling cycles between two measurable first and second measurement signal levels Pi and P 2 can be a multiple of the time period ⁇ t, so that the formula for the time interval I generally results:
  • n n- ⁇ t + ⁇ ts si1 - " ⁇ " tls2, where n is an integer and represents the number of sampling cycles between two successive measurement signals.
  • the time interval ⁇ t s ⁇ between the start time t s ⁇ and the sampling time t a ⁇ of the first signal level can be determined from the functional relationship between a signal level rise of the time-variant rising edge 10 and the measured first measurement signal level Pi.
  • the time-equidistant sampling 4 of a measurement signal sequence m of measurement signals initially results in a sequence of values close to zero until a value occurs that is significantly greater than zero, since it represents the first measurement signal level Pi at the sampling instant t a ⁇ of the first signal level.
  • the number of sampling cycles and their time periods ⁇ t between two measurements with a significant signal are calculated with the associated time periods ⁇ t s ⁇ and ⁇ t S 2.
  • the commonly used TTL signal edges which largely deliver a legal signal, are converted into signals that are not constant over time, so that not only the rising signal edges of these rectangular signals themselves, but also their respective time-dependent signal level P for evaluating and determining the time interval I, which is proportional to the speed of rotation of the rotating part.
  • FIG. 4 shows a basic block diagram of a measuring device according to a first embodiment of the invention.
  • This measuring device has a measuring input connection 14, to which measuring signals with signal edges of a signal transmitter 1 or incremental transmitter (not shown here) are fed. These measurement signals are then converted in a Schmitt trigger 6 into a defined square-wave signal with steeply rising and falling edges and amplified to a specific signal level, since the Schmitt trigger 6 also acts as an operational amplifier in a known manner.
  • the square-wave signal is then damped or changed in such a way by means of an RC element 7 comprising a resistor R and a capacitor C that the rising edge of the measurement signal is changed to a time-variant rising edge as explained above. This process is known as so-called pulse deformation.
  • the RC element 7 acts as an integrator of the measurement signal. However, it is so designed so that only the rising edge receives a profile of a so-called charging curve of a capacitor.
  • the measurement signal can in turn be amplified by a downstream operational amplifier 8.
  • the resulting analog signal for the measurement signal levels of successive signal edges is digitized in a downstream A / D converter 5 and can now be processed further using known digital computing technology by connecting a corresponding digital evaluation circuit, not shown here, to the measurement output connection 15.
  • a signal transmitter 1 or incremental transmitter which interacts with a rotating part for monitoring torsional vibrations, supplies measurement signals via the feed line 22 as a function of the speed of rotation of the rotating part to a measurement input connection 14 of the housing 13 of the measuring device according to the invention.
  • measurement signals are not standardized square wave signals suitable for the measurement method according to the invention, the rising edges of which can be converted into time-variant rising edges.
  • the measurement signals are fed to a Schmitt trigger 6 via an internal connection, for example a conductor track 23 of a printed circuit or circuit board, which on the one hand generates square-wave pulses and on the other hand effects signal amplification.
  • the amplified standardized square-wave pulses of the Schmitt trigger 6 are fed via an internal conductor track 24 to an RC element 7, which converts the rising edges of the defined square-wave pulses into time-increasing measuring signals with time-varying rising edges.
  • These time-increasing measurement signals are fed to an operational amplifier 8 via an internal conductor track 25.
  • This operational amplifier 8 amplifies the measurement signals proportionally and supplies the measurement signals via an internal conductor track 26 to an analog evaluation circuit 11.
  • This analog evaluation circuit 11 is triggered by an oscillator circuit 9, which generates time-equidistant scanning signals and supplies them to the analog evaluation circuit 11 via an internal conductor track 27.
  • the analog evaluation circuit 11 supplies an analog signal which corresponds to the time interval between two successive measurement signals and thus a measure of the rotational speed of the rotating one interacting with the incremental encoder Is part.
  • This signal is now supplied to an A / D converter 5 via a further conductor track 28.
  • This A / D converter converts the analog signal of the determined time intervals into a digitized signal and delivers the digitized signal of the determined time intervals via another internal line 29 to the measurement output connection 15 of the housing 13, to which an external digital evaluation circuit 12 is connected via the connecting line 31 is connected.
  • the time-variant scanning signal of the oscillator circuit 9 is supplied via the same connection line 31 via the internal connection line 32 in order to further process, evaluate and display the determined time intervals in relation to possible torsional vibrations in the digital evaluation circuit 12.
  • the modular construction of the measuring device from a compact housing 13 with the main components of the measuring device and the external incremental encoder 1, which can be connected via a feed line 22 and which interacts directly with the rotating part, as well as the external digital evaluation circuit 12 with corresponding computing capacity ensures that the latter Measuring device can also be used mobile.
  • the feed line 22 and the connecting line 31 can also be coupled to the measurement input connection 14 or the measurement output connection 15 of the housing 13 via infrared interfaces or transmitting and receiving systems, so that greater flexibility can be achieved for the use of the measuring device. It is also possible in a multiplex process to connect a plurality of incremental encoders for different drive systems via the components in the compact housing 13 and to digitally evaluate and digitally monitor their measured values.
  • the signal transmitter 1 preferably an incremental transmitter, is in operative connection with a rotating part of a torsional vibration damper 40, not shown, and supplies measurement signals. These measurement signals are proportional to the speed of rotation of the rotating part. They are preferably rectangular. They are converted by means of a Schmitt trigger 6 into standardized square-wave signals as described above, which is followed by an RC element 7, which carries out a pulse deformation of the signal. This signal processed in this way is in an analog form and is now converted by an A / D converter 5 into a digital signal which is digitally processed by a digital evaluation circuit 12. The signals are processed in such a way that measured values are formed from torsional vibrations that occur, which are made available for display or for further processing.

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Abstract

The invention relates to a method and a device for measuring torsional oscillations on rotating parts by means of signal emitters (1), especially incremental emitters. According to the invention, rising successive signal edges (20, 21) of the measuring signals of the signal emitters (1) are converted into respectively deformed rising signal edges of temporally rising measuring signals (3). By detecting two successive measuring signal levels (P1, P2) of the deformed signal edges, with temporally equidistant scanning (4) of the measuring signal sequences (m), two periods of time (?ts1, ?ts2) are formed between a respective starting time (ts1, ts2) of the measuring signal and the respective scanning moment (ta1, ta2), by calculation based on the detected measuring signal levels (P1, P2). A time interval (I) proportional to the rotational speed of the rotating part can be determined, taking into account the intermediate periods (?t) of scanning cycles. By monitoring said time interval (1), torsional oscillations can be precisely detected on the basis of variations in the rotational speed.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Drehschwingungen Method and device for measuring torsional vibrations
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung von Drehschwingungen an rotierenden Teilen mit Hilfe von Signalgebern insbesondere zur Überwachung und Optimierung von Drehschwingungsdämpfern.The invention relates to a method and a device for measuring torsional vibrations on rotating parts with the aid of signal transmitters, in particular for monitoring and optimizing torsional vibration dampers.
Drehschwingungsdämpfer werden bei Großmotoren eingesetzt und stehen mit der Kurbelwelle in Wirkverbindung, um Drehschwingungen, die sich auf der Kurbelwelle ausbilden, nicht auf die Abtriebswellen nachfolgender Maschinenteile zu übertragen. Durch derartige Drehschwingungsdämpfer ist es möglich, störungsfreie Laufzeiten von mehreren Zehntausend Betriebsstunden zu gewährleisten. Um einerseits Drehschwingungen an Kurbelwellen zu ermitteln und andererseits die Wirkungsweise von Drehschwingungsdämpfern ständig zu überwachen, damit bei Ausfällen schnell eingegriffen werden kann, ist es erforderlich, rechtzeitig und frühzeitig Drehschwingungen an rotierenden Teilen zu erkennen und zu beheben, bevor ganze Antriebsaggregate und/oder Abtriebsmaschinen beschädigt werden oder ausfallen.Torsional vibration dampers are used in large engines and are operatively connected to the crankshaft so that torsional vibrations that form on the crankshaft are not transmitted to the output shafts of subsequent machine parts. Such torsional vibration dampers make it possible to ensure trouble-free running times of several tens of thousands of operating hours. In order to determine torsional vibrations on crankshafts on the one hand and on the other hand to constantly monitor the mode of operation of torsional vibration dampers so that quick action can be taken in the event of failures, it is necessary to identify and remedy torsional vibrations on rotating parts in good time and in good time before entire drive units and / or driven machines are damaged will or fail.
Ein bekanntes Messverfahren zur Messung von Drehschwingungen an rotierenden Teilen wird mit Bezug auf die anliegende Fig. 1 näher erläutert. In senkrechter Richtung ist ein Messpegel P beziehungsweise eine Amplitude, und in waagerechter Richtung eine Zeitachse t aufgetragen. Ein hier nicht dargestellter Signalgeber 1 (siehe Fig. 6), beispielsweise ein Inkrementalgeber, der als Messwertaufnehmer mit einem rotierenden Teil eines Drehschwingungsdämpfers 40 (siehe Fig. 6) zusammenwirkt, liefert eine Messsignalfolge m mit einer vorbestimmten Anzahl von Messsignalen m-ι, m2, beispielsweise im bekannten TTL-Format, mit ansteigenden steilen, aufeinanderfolgenden Signalflanken 20, 21 pro Umdrehung des rotierenden Teils. Hier sind der Übersichtlichkeit halber nur zwei aufeinanderfolgende Messsignale m-ι, m2 dargestellt. Das Signal ist ein bekanntes Rechtecksignal und weist ebenfalls einen bekannten Verlauf seiner Amplitude auf, der aus einer steil ansteigenden Flanke, einem mehr oder weniger konstant verlaufenden sich anschließenden Abschnitt, der auch Plateau genannt wird, und einer steil ab- steigenden Flanke besteht. Im Weiteren werden aufeinanderfolgende Messsignale als Messsignalfolge und deren aufeinanderfolgende ansteigende oder absteigende Signalflanken als Signalflankenfolge bezeichnet.A known measuring method for measuring torsional vibrations on rotating parts is explained in more detail with reference to the attached FIG. 1. A measurement level P or an amplitude is plotted in the vertical direction and a time axis t is plotted in the horizontal direction. A signal transmitter 1 (not shown here) (see FIG. 6), for example an incremental transmitter which interacts as a measurement sensor with a rotating part of a torsional vibration damper 40 (see FIG. 6), supplies a measurement signal sequence m with a predetermined number of measurement signals m-ι, m 2 , for example in the known TTL format, with rising steep, successive signal edges 20, 21 per revolution of the rotating part. For the sake of clarity, only two successive measurement signals m-ι, m 2 are shown. The signal is a known square-wave signal and also has a known course of its amplitude, which consists of a steeply rising flank, a more or less constant adjoining section, which is also called a plateau, and a steeply rising edge. In the following, successive measurement signals are referred to as a measurement signal sequence and their successive rising or falling signal edges as a signal edge sequence.
Der zeitliche Abstand dieser aufeinanderfolgenden Signalflanken 20, 21 ist proportional zur Drehgeschwindigkeit. Durch die Messung und Aufzeichnung der Drehgeschwindigkeit können die gesuchten Drehschwingungen ermittelt werden, welche sich in Unregelmäßigkeiten der Drehgeschwindigkeit zeigen.The time interval between these successive signal edges 20, 21 is proportional to the rotational speed. By measuring and recording the rotational speed, the sought-after torsional vibrations can be determined, which show up in irregularities in the rotational speed.
In dem in Fig. 1 gezeigten Standardverfahren wird daher zur Messung der Zeit, das heißt der Drehgeschwindigkeit, zwischen den zwei aufeinanderfolgenden Signalflanken 20 und 21 die Anzahl von zeitäquidistanten Abtastintervallen T0 bis T5 eines mit konstanter Frequenz schwingenden Oszillators gezählt. Dieses Oszillatorsignal ist unterhalb der Messsignalfolge m dargestellt. Da die Schwingfrequenz des Oszillators konstant und bekannt ist, kann durch eine zeitäquidistante Abtastung 4, welche beispielsweise durch Anstiegsflanken des Oszillatorsignals festgelegt ist, und die Anzahl der zeitäquidistanten Abtastintervallen T0 bis T5 auf die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Signalflanken 20 und 21 geschlossen werden. Hierbei stimmen Abtastzeitpunkte tai und ta2 eines ersten und zweiten Sig- nalpegels des jeweiligen Messsignals mι, m2 jeweils mit den aufeinanderfolgenden Signalflanken 20, 21 überein, wobei die Höhe des ersten und zweiten Signalpegels hier gleich sind.In the standard method shown in FIG. 1, the number of time-equidistant sampling intervals T 0 to T 5 of an oscillator oscillating at a constant frequency is therefore counted between the two successive signal edges 20 and 21 to measure the time, that is to say the rotational speed. This oscillator signal is shown below the measurement signal sequence m. Since the oscillation frequency of the oscillator is constant and known, the time between two successive signal edges 20 and 21 can be deduced from a time-equidistant sampling 4, which is determined, for example, by rising edges of the oscillator signal and the number of time-equidistant sampling intervals T 0 to T 5 . Here, sampling times tai and ta 2 of a first and second signal level of the respective measurement signal mi, m 2 each correspond to the successive signal edges 20, 21, the level of the first and second signal level being the same here.
Eine derartige Zeitmessung mittels eines Oszillators und eines Zählers für die zeitäquidistanten Abtastintervalle To bis T5 hat den Nachteil, dass einerseits eine relativ kostenintensive hochfrequente Oszillatorschaltung erforderlich ist, um die Messung präzise durchzuführen und andererseits aufwendige Digitalzähler einzusetzen sind, um die zu messenden Zeitintervalle zwischen zwei aufeinanderfolgende Signalflanken 20, 21 festzustellen. Darüber hinaus hat dieses Verfahren den Nachteil, dass die Messgenauigkeit begrenzt ist, da kleinere Zeiten als eine Zeitspanne zwischen zwei zeitäquidistanten Abtastintervallen T0 bis T5 nicht erfassbar sind. Um die Messgenauigkeit zu erhöhen und damit die Zeitspanne zwischen zwei zeitäquidistanten Abtastintervallen To bis T5 zu verkürzen, muss die Abtast- oder Schwingfrequenz der hochfrequenten Oszillatorschaltung weiter erhöht werden, und damit werden die Kosten steigen, zumal sich auch der Auf- wand zur Einhaltung der Normen der so genannten elektromagnetischen Verträglichkeit erhöht.Such a time measurement by means of an oscillator and a counter for the time-equidistant sampling intervals To to T 5 has the disadvantage that, on the one hand, a relatively cost-intensive, high-frequency oscillator circuit is required in order to carry out the measurement precisely and, on the other hand, complex digital counters have to be used to measure the time intervals between two determine successive signal edges 20, 21. In addition, this method has the disadvantage that the measurement accuracy is limited, since smaller times than a time period between two time-equidistant sampling intervals T 0 to T 5 cannot be detected. In order to increase the measuring accuracy and thus shorten the time span between two time-equidistant sampling intervals To to T5, the sampling or oscillation frequency of the high-frequency oscillator circuit must be increased further, and thus the costs will increase, especially since the effort wall increased to comply with the standards of so-called electromagnetic compatibility.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein kostengünstiges Verfahren und eine kostengüns- tige Vorrichtung zur Messung von Drehschwingungen anzugeben, wobei die Präzision der Messergebnisse gegenüber dem oben erwähnten herkömmlichen Verfahren verbessert ist, so dass eine möglichst genaue Messung des zeitlichen Abstandes zwischen zwei aufeinanderfolgenden Signalflanken 20, 21 trotz des Einsatzes eines herkömmlichen Inkremental- beziehungsweise Signalgebers und trotz Verminderung der Schwingfrequenz einer Oszillatorschaltung zur Abgabe zeitäquidistanter Abtastintervalle ausgeführt werden kann.The object of the invention is to provide an inexpensive method and an inexpensive device for measuring torsional vibrations, the precision of the measurement results being improved compared to the conventional method mentioned above, so that the most accurate measurement of the time interval between two successive signal edges 20, 21 can be carried out despite the use of a conventional incremental or signal transmitter and despite the reduction in the oscillation frequency of an oscillator circuit for the delivery of time-equidistant sampling intervals.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved with the subject matter of the independent claims. Advantageous developments of the invention result from the dependent claims.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Messung von Drehschwingungen an rotierenden Teilen mit Hilfe von Signalgebern angegeben. Das Verfahren weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst werden ansteigende Signalflan- ken von Messsignalen eines Signalgebers in verformte ansteigende Signalflanken von zeitlich ansteigenden Messsignalen umgewandelt. Anschließend wird ein Messsignalpegel der verformten Anstiegsflanke bei zeitäquidistanter Abtastung der Messsignalfolgen erfasst. Danach wird ein zweiter Messsignalpegel der verformten Anstiegsflanke des nächstfolgenden Messsignals bei zeitäquidistanter Abtastung der Messsignalfolgen erfasst. Anhand der beiden erfassten Messsignalpegel der verformten Anstiegsflanken der zeitlich ansteigenden Messsignale werden zwei Zeitspannen zwischen der jeweiligen Startzeit des Messsignals und dem jeweiligen Abtastzeitpunkt errechnet. Abschließend wird eine Differenzbildung der beiden Zeitspannen durchgeführt und dazu die Anzahl der Zeitspannen der Abtastzyklen zwischen den beiden erfassten Messsignalpegeln addiert. Aus dieser Berechnung von Differenzbildung und Addition ergibt sich ein ermitteltes Zeitintervall, das proportional zur Drehgeschwindigkeit des rotierenden Teils ist. Der Signalgeber ist vorzugsweise als Inkrementalgeber ausgebildet, wobei ein analoger Geber ebenfalls verwendbar ist um die Signale in geeignete Formen, beispielsweise TTL-Signale, umzuwandeln. Ein Vorteil dieses Verfahrens ist es, dass durch das Umwandeln von Signalflanken der Messsignale eines Signalgebers in verformte Anstiegsflanken von zeitlich ansteigenden Messsignalen die Möglichkeit besteht, analog und damit stetig Zeitspannen zu ermitteln, welche präziser erfasst werden, als bei der digitalen be- kannten Abtastmethode. Da die verformten Anstiegsflanken des zeitlich ansteigenden Messsignals völlig gleichmäßig ausfallen, kann die Zeitspanne zwischen der Startzeit des Messsignals und dem Abtastzeitpunkt des Messsignals sehr präzise ermittelt werden. Zum Prinzip wird aus der ermittelten Amplitude zum Abtastzeitpunkt des Einsetzens des Flankenanstiegs zurückermittelt. Die zwischen zwei Signalflanken liegenden Abtastzeitspannen liefern keinen Beitrag zum Messsignalpegel und können somit das analoge Messergebnis nicht verfälschen.According to the invention, a method for measuring torsional vibrations on rotating parts is specified with the aid of signal transmitters. The method has the following method steps. First, rising signal edges of measurement signals from a signal generator are converted into deformed rising signal edges from time-increasing measurement signals. A measurement signal level of the deformed rising edge is then recorded when the measurement signal sequences are sampled in a time-equidistant manner. A second measurement signal level of the deformed rising edge of the next measurement signal is then recorded when the measurement signal sequences are sampled in a time-equidistant manner. On the basis of the two measured signal levels of the deformed rising edges of the temporally rising measurement signals, two time spans between the respective start time of the measurement signal and the respective sampling time are calculated. Finally, a difference is formed between the two time periods and the number of time periods of the sampling cycles between the two measured signal levels is added. This calculation of difference formation and addition results in a determined time interval which is proportional to the speed of rotation of the rotating part. The signal transmitter is preferably designed as an incremental transmitter, wherein an analog transmitter can also be used to convert the signals into suitable forms, for example TTL signals. One advantage of this method is that by converting signal edges of the measurement signals of a signal generator into deformed rising edges of time-increasing measurement signals, there is the possibility, analogously and therefore continuously, of determining time periods which are recorded more precisely than with the digitally known scanning method. Since the deformed rising edges of the time-increasing measurement signal are completely uniform, the time period between the start time of the measurement signal and the sampling time of the measurement signal can be determined very precisely. In principle, the amplitude determined at the time of sampling of the onset of the edge rise is determined. The sampling times between two signal edges make no contribution to the measurement signal level and therefore cannot falsify the analog measurement result.
Da die ermittelten Zeitintervalle proportional zur Drehgeschwindigkeit des rotierenden Teils sind, können diese Zeitintervalle zur Erfassung von Drehschwingun- gen ausgewertet werden.Since the determined time intervals are proportional to the speed of rotation of the rotating part, these time intervals can be evaluated for the detection of torsional vibrations.
In einer bevorzugten Durchführung des Verfahrens werden die analog ermittelten Zeitintervalle mit Hilfe eines A/D-Wandlers digitalisiert. Danach können die ermittelten Zeitintervalle digital ausgewertet, weiterverarbeitet und/oder digital ange- zeigt werden. Derartig A/D-Wandler sind preiswert erhältlich und kostengünstiger einsetzbar, als hochauflösende, hochfrequente Zählkarten.In a preferred implementation of the method, the analog time intervals are digitized using an A / D converter. The determined time intervals can then be evaluated digitally, processed further and / or displayed digitally. Such A / D converters are available inexpensively and can be used more cost-effectively than high-resolution, high-frequency counting cards.
In einer weiteren Verbesserung des Verfahrens werden die Signalflanken des Inkrementalgebers vor einer Umwandlung in verformte Anstiegsflanken von zeit- lieh ansteigenden Messsignalen mit Hilfe eines Schmitt-Triggers in definierte Rechtecksignale gewandelt. Diese Verfahrensvariante hat den Vorteil, dass die Rechtecksignale des Schmitt-Triggers, die von den Signalflanken der Messsignale des Signalgebers ausgelöst werden, sowohl in ihrer Impulsdauer als auch in ihren Flankeneigenschaften konstanter sind, als die von dem Signalgeber stammenden Signalflanken. Folglich hat diese Verfahrensvariante den Vorteil, dass eine so genannte Impulsverformung dieser Rechtecksignale des Schmitt-Triggers in verformte Anstiegsflanken von zeitlich ansteigenden Messsignalen zeitlich gleichbleibend und konform ansteigende Messsignale liefert, so daß aus dem Antastzeitpunkt und dem Signalpegel der verformten Anstiegsflanken präzise auf eine Zeitspanne zwischen Startzeit des Messsignals und Abtastzeitpunkt für diesen Signalpegel geschlossen werden kann. In einem weiteren Durchführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Anstiegsflanken der Rechtecksignale des Schmitt-Triggers mit Hilfe eines RC-Gliedes in verformte Anstiegsflanken von zeitlich ansteigenden Messsignalen gewandelt. Derartige aus einem Widerstand R und einer Kapazität C aufgebauten passiven Schaltungskomponenten sind für das Verfahren besonders dann geeignet, wenn ihre elektrischen Parameter temperaturstabil bleiben oder temperaturstabilisiert sind.In a further improvement of the method, the signal edges of the incremental encoder are converted into defined square-wave signals with the aid of a Schmitt trigger before they are converted into deformed rising edges from measurement signals rising at a time. This variant of the method has the advantage that the square-wave signals of the Schmitt trigger, which are triggered by the signal edges of the measurement signals of the signal generator, are more constant both in their pulse duration and in their edge properties than the signal edges originating from the signal generator. Consequently, this variant of the method has the advantage that a so-called pulse deformation of these square-wave signals from the Schmitt trigger into deformed rising edges of time-increasing measurement signals provides measurement signals that rise in time in a constant and conforming manner, so that from the moment of probing and the signal level of the deformed rising edges, it precisely delivers a period between the start time of the measurement signal and sampling time for this signal level can be concluded. In a further exemplary embodiment of the method according to the invention, the rising edges of the rectangular signals of the Schmitt trigger are converted with the help of an RC element into deformed rising edges of time-increasing measurement signals. Passive circuit components built up from a resistor R and a capacitor C are particularly suitable for the method if their electrical parameters remain temperature-stable or are temperature-stabilized.
Um die zeitliche Auflösung bei dem erfindungsgemäßen Messverfahren zu erhö- hen, kann das zeitlich ansteigende Messsignal mittels eines Operationsverstärkers proportional verstärkt werden.In order to increase the temporal resolution in the measuring method according to the invention, the temporally increasing measuring signal can be proportionally amplified by means of an operational amplifier.
Vorzugsweise wird für eine zeitäquidistante Abtastung eine Oszillatorschaltung eingesetzt, deren Abtastfrequenz mindestens doppelt so hoch ist, wie die höchst- mögliche Messfrequenz des Signalgebers und das Dreifache dieser Messfrequenz nicht übersteigt. Bei dieser Durchführungsform des Verfahrens ergibt sich der Vorteil, dass relativ niederfrequente Oszillatorschaltungen einsetzbar sind, wobei unter der höchstmöglichen Messfrequenz des Signalgebers die Frequenz verstanden wird, die bei der höchstmöglichen Drehzahl des rotierenden Teils auftritt. Durch die mindestens doppelt so hohe Abtastfrequenz wird gewährleistet, dass innerhalb von zwei Abtastzyklen bei höchster Drehzahl des rotierenden Teils in jedem zeitlich ansteigenden Messsignal mindestens ein Abtastzeitpunkt liegt. Mit der Beschränkung auf eine Oszillatorschaltung, die das Dreifache der Messfrequenz nicht übersteigt, ist der Vorteil verbunden, dass trotz der hohen zeitlichen Auflösung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung von Drehschwingungen, die Oszillatorschaltung mit einem relativ niedrig getakteten kostengünstigen Oszillator auskommt.For a time-equidistant sampling, an oscillator circuit is preferably used, the sampling frequency of which is at least twice as high as the highest possible measuring frequency of the signal generator and does not exceed three times this measuring frequency. This embodiment of the method has the advantage that relatively low-frequency oscillator circuits can be used, the highest possible measurement frequency of the signal generator being understood to mean the frequency that occurs at the highest possible speed of the rotating part. The sampling frequency, which is at least twice as high, ensures that there is at least one sampling instant in each time-increasing measurement signal within two sampling cycles at the highest speed of the rotating part. The limitation to an oscillator circuit which does not exceed three times the measurement frequency has the advantage that, despite the high temporal resolution of the method according to the invention for determining torsional vibrations, the oscillator circuit manages with a relatively low-clocked, inexpensive oscillator.
Eine Messvorrichtung zur Erfassung und Überwachung von Drehschwingungen rotierender Teile weist einen Signalgeber auf, der Messsignale mit Anstiegsflanken in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit der rotierenden Teile liefert. Darüber hinaus weist die Messvorrichtung einen Schmitt-Trigger auf, der normiterte Rechteckimpulse ausgibt. In Reihe mit dem Schmitt-Trigger ist ein RC-Glied geschaltet, das eine verformte Anstiegsflanke bei jeder Anstiegsflanke der Rechteckimpulse des Schmitt-Triggers liefert. Dieses verformte Messsignal mit der so genannten zeitvarianten Anstiegsflanke kann proportional durch einen Operationsverstärker verstärkt werden, um die Zeitauflösung zu verbessern.A measuring device for the detection and monitoring of torsional vibrations of rotating parts has a signal transmitter which supplies measuring signals with rising edges as a function of the rotational speed of the rotating parts. In addition, the measuring device has a Schmitt trigger that outputs standard rectangular pulses. An RC element is connected in series with the Schmitt trigger, which supplies a deformed rising edge on each rising edge of the rectangular pulses of the Schmitt trigger. This deformed measurement signal with the so-called time-variant rising edge can be amplified proportionally by an operational amplifier in order to improve the time resolution.
Neben diesen in Serie geschalteten Komponenten einer Messvorrichtung zur Erfassung und Überwachung von Drehschwingungen rotierender Teile, weist diese eine Oszillatorschaltung auf, die zeitäquidistante Abtastsignale erzeugt und damit die Messvorrichtung triggert. Sowohl die zeitäquidistanten Abtastsignale der Oszillatorschaltung als auch die zeitvarianten Anstiegsflanken der RC-Glieder werden an eine analoge Auswerteschaltung geliefert, die aus diesen Signalen Zeitintervalle ermittelt, welche proportional zur Drehgeschwindigkeit des rotierenden Teils sind.In addition to these series-connected components of a measuring device for detecting and monitoring torsional vibrations of rotating parts, the latter has an oscillator circuit that generates time-constant scanning signals and thus triggers the measuring device. Both the time-equidistant scanning signals of the oscillator circuit and the time-variant rising edges of the RC elements are supplied to an analog evaluation circuit, which uses these signals to determine time intervals which are proportional to the rotational speed of the rotating part.
Eine derartige Messvorrichtung hat den Vorteil, dass sie kompakt aufgebaut ist, kostengünstig herstellbar ist und sowohl, als stationäre Messstation, als auch als mobile Messvorrichtung im Feldeinsatz verwendet werden kann. Aufgrund der Kompaktheit, der Präzision und der geringen Kosten der Messvorrichtung, kann sie zusätzlich zu den Drehschwingungsdämpfern als ständige Überwachungseinheit geliefert werden, um sicherzustellen, dass bei Versagen des Drehschwingungsdämpfers rechtzeitige Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können, bevor eine schwere Antriebsmaschine größere Schäden verursacht.Such a measuring device has the advantage that it has a compact design, is inexpensive to manufacture and can be used both as a stationary measuring station and as a mobile measuring device in the field. Due to the compactness, precision and low cost of the measuring device, it can be supplied in addition to the torsional vibration dampers as a permanent monitoring unit to ensure that if the torsional vibration damper fails, timely countermeasures can be taken before a heavy engine causes major damage.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Messvorrichtung eine digitale Auswerteschaltung aufweisen, die dem A/D-Wandler nachgeschaltet ist und mit diesem zusammenwirkt. Diese digitale Auswerteschaltung kann Dreh- Schwingungen ermitteln, wenn Schwankungen beim Vergleich der ermittelten digitalisierten Zeitintervalle der Messvorrichtung auftreten. Wenn diese Schwankungen vorgegebene Grenzwerte überschreiten, kann rechtzeitig eine Wartung oder eine Instandsetzung des Antriebsaggregats und insbesondere des Drehschwingungsdämpfers veranlasst werden.In a further embodiment of the invention, the measuring device can have a digital evaluation circuit, which is connected downstream of the A / D converter and interacts with it. This digital evaluation circuit can determine torsional vibrations if fluctuations occur when comparing the determined digitized time intervals of the measuring device. If these fluctuations exceed predetermined limit values, maintenance or repair of the drive unit and in particular the torsional vibration damper can be arranged in good time.
Wie bereits oben bei dem Verfahren beschrieben, weist die Messvorrichtung eine Oszillatorschaltung auf, die eine Abtastfrequenz besitzt, die mindestens doppelt so hoch ist wie die höchstmögliche Messfrequenz des Inkrementalgebers und das Dreifache dieser Messfrequenz nicht übersteigt. Diese Beschränkung der Abtast- frequenz auf das Doppelte beziehungsweise Dreifache der maximalen Messfrequenz des Inkrementalgebers stellt sicher, dass diese Messfrequenz mit Oszillatorschaltungen auskommt, die relativ niedrige Schwingungsfrequenzen aufweisen.As already described above in the method, the measuring device has an oscillator circuit which has a sampling frequency which is at least twice as high as the highest possible measuring frequency of the incremental encoder and does not exceed three times this measuring frequency. This limitation of the sampling frequency to double or triple the maximum measurement frequency of the incremental encoder ensures that this measurement frequency is also Oscillator circuits get by that have relatively low oscillation frequencies.
Die Messvorrichtung kann sicher vor Umwelteinflüssen und kompakt in ein Gehäuse eingebaut sein, wobei das Gehäuse die Messvorrichtung aufnimmt, welche mindestens einen Schmitt-Trigger, ein RC-Glied, einen Operationsverstärker, eine Oszillatorschaltung sowie eine analoge Auswerteschaltung aufweist. Auch der A/D-Wandler kann in das Gehäuse integriert sein. Darüber hinaus weist das Gehäuse einen Messeingangsanschluss an, an den der Inkrementalgeber anschließbar ist und mindestens einen Messausgangsanschluss, an den eine digitale Auswerteschaltung anschließbar ist. Ein derartiges Gehäuse hat den Vorteil, dass die Hauptkomponenten Komponenten der Messvorrichtung kompakt in dem Gehäuse untergebracht sind und somit ein mobiler Einsatz für die Messvorrichtung möglich wird.The measuring device can be built into a housing in a manner that is safe from environmental influences, the housing accommodating the measuring device, which has at least one Schmitt trigger, an RC element, an operational amplifier, an oscillator circuit and an analog evaluation circuit. The A / D converter can also be integrated into the housing. In addition, the housing has a measurement input connection to which the incremental encoder can be connected and at least one measurement output connection to which a digital evaluation circuit can be connected. Such a housing has the advantage that the main components, components of the measuring device, are housed compactly in the housing and thus a mobile use for the measuring device is possible.
Die Erfindung ist nachfolgend, anhand von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Diagramme und Figuren erläutert. Es zeigt:The invention is explained below using embodiments with reference to the accompanying diagrams and figures. It shows:
Fig. 1 ein Diagramm, welches das Messprinzip eines herkömmlichen Verfahrens zur Messung von Drehschwingungen zeigt,1 is a diagram showing the measuring principle of a conventional method for measuring torsional vibrations,
Fig. 2 ein prinzipielles Diagramm, das die Auswertung eines Messpegels eines Messsignals zur Erfassung einer Zeitspanne demonstriert,2 shows a basic diagram that demonstrates the evaluation of a measurement level of a measurement signal for recording a period of time,
Fig. 3 ein prinzipielles Diagramm zur Erfassung eines Zeitintervalls zwischen zwei Signalflanken gemäß dem Messverfahren der vorliegenden Erfindung,3 shows a basic diagram for detecting a time interval between two signal edges according to the measuring method of the present invention,
Fig. 4 ein prinzipielles Blockschaltbild einer Messvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,4 shows a basic block diagram of a measuring device according to a first embodiment of the invention,
Fig. 5 ein prinzipielles Blockschaltbild einer Messvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, und5 shows a basic block diagram of a measuring device according to a second embodiment of the invention, and
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Fig. 1 zeigt ein Diagramm, welches das Messprinzip eines herkömmlichen Verfahrens zur Messung von Drehschwingungen zeigt. Dieses Verfahren wurde bereits eingehend erörtert, so dass sich eine weitere Diskussion der Fig. 1 erübrigt.Fig. 6 is a schematic representation of a device according to the invention. Fig. 1 shows a diagram showing the measuring principle of a conventional method for measuring torsional vibrations. This method has already been discussed in detail, so that a further discussion of FIG. 1 is unnecessary.
Fig. 2 zeigt ein prinzipielles Diagramm, bei welchem auf der Abszisse die Zeit t und auf der Ordinate ein Messpegel P aufgetragen ist. Das Diagramm zeigt ein zeitlich ansteigendes Messsignal 3, welches eine zeitvariante Anstiegsflanke 10 als Anstiegsflanke aufweist.. Der Begriff „zeitvariant" bedeutet, dass der Verlauf dieser Anstiegsflanke beziehungsweise der Amplitude des Messsignals 3 keinen konstanten Steigungswinkel aufweist, wie dieses bei einer idealen Anstiegsflanke 20, 21 der Fall ist, sondern dass sich der Steigungswinkel des Verlaufs der Amplitude des Messsignals 3 zeitlich ändert, wie es zum Beispiel bei dem bekannten zeitlichen Verlauf des Ladens oder Entladens eines Kondensators über einen Widerstand der Fall ist.FIG. 2 shows a basic diagram in which the time t is plotted on the abscissa and a measurement level P is plotted on the ordinate. The diagram shows a time-increasing measurement signal 3, which has a time-variant rising edge 10 as the rising edge. The term “time-variant” means that the course of this rising edge or the amplitude of the measurement signal 3 does not have a constant slope angle, as is the case with an ideal rising edge 20. 21 is the case, but that the slope angle of the course of the amplitude of the measurement signal 3 changes over time, as is the case, for example, with the known time course of charging or discharging a capacitor via a resistor.
Die zeitvariante Anstiegsflanke 10 startet im Zeitpunkt tsι, der mit dem Zeitpunkt einer ansteigenden Signalflanke, beispielsweise der ersten der aufeinanderfolgenden Signalflanken 20, 21 der oben erwähnten Messsignalfolge m (siehe Fig. 1) eines Signalgebers 1, beispielsweise eines Inkrementalgebers (siehe Fig. 6), aus- gelöst wird. Der Messpegel P des von diesem Zeitpunkt tsι ausgehenden zeitlich ansteigenden Messsignals 3 ist zeitabhängig normiert, so dass beim Abtastzeitpunkt taι des ersten Signalpegels hier der erste Signalpegel ein erster Messsignalpegel Pi ein Maß beziehungsweise Kriterium für eine erste Zeitspanne Δtsι zwischen der Startzeit tsι und dem Abtastzeitpunkt taι des ersten Signalpegels liefert. Durch die zeitäquidistante Abtastung 4 von Abtastzeitpunkten, die keinerlei Messsignalpegel unterschiedlich vom Null-Pegel liefern, werden Zeitspannen Δt ermittelt, die verstreichen bis ein nachfolgendes Messsignal mit einerweiteren zeitvarianten Anstiegsflanke auftritt. Eine Zeitspanne Δt ist die Zeit zwischen zwei zeitäquidistanten Abtastungen 4 und wird auch als Abtastzyklus bezeichnet.The time-variant rising edge 10 starts at the time t s ι, which starts with the time of a rising signal edge, for example the first of the successive signal edges 20, 21 of the above-mentioned measurement signal sequence m (see FIG. 1) of a signal generator 1, for example an incremental encoder (see FIG. 6) is triggered. The measurement level P of the time-increasing measurement signal 3 starting from this time t s ι is standardized as a function of time, so that at the time of sampling t a ι of the first signal level, the first signal level here is a first measurement signal level Pi a measure or criterion for a first time period Δt s ι between Delivers start time t s ι and the sampling time t a ι of the first signal level. The time-equidistant sampling 4 of sampling instants that do not provide any measuring signal levels different from the zero level determines time periods Δt that elapse until a subsequent measuring signal occurs with a further time-variant rising edge. A time period Δt is the time between two time-equidistant samples 4 and is also referred to as the sampling cycle.
Fig. 3 zeigt ein prinzipielles Diagramm zur Erfassung eines Zeitintervalls I zwischen zwei aufeinanderfolgenden Signalflanken 20 und 21 gemäß dem Messverfahren der vorliegenden Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen, wie in Figur 2 werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht gesondert erörtert. Die aufeinanderfolgenden Signalflanken 20 und 21 werden erfindungsgemäß über einen Schmitt-Trigger 6 (siehe Fig. 4 bis 6) bearbeitet und über ein mit dem Schmitt-Trigger 6 zusammenwirkendes RC-Glied 7 (siehe auch Fig. 4 bis 6) in die zeitvariante Anstiegsflanke 10 beziehungsweise eine zeitvariante Anstiegsflanke 30 des darauffolgenden Signals umgewandelt. Durch den Schmitt- Trigger 6 werden die aufeinanderfolgenden Messsignale mi, m2 in bekannter Wei- se normiert, das heißt, die aufeinanderfolgenden Signalflanken 20 und 21 verlaufen einheitlich und die Höhe der Pegel der aufeinanderfolgenden Signale ist gleich, so dass auch die zeitvarianten Anstiegsflanken 10 und 30 vollständig identisch sind.3 shows a basic diagram for detecting a time interval I between two successive signal edges 20 and 21 according to the measuring method of the present invention. Components with the same functions as in FIG. 2 are identified by the same reference symbols and are not discussed separately. The successive signal edges 20 and 21 are processed according to the invention via a Schmitt trigger 6 (see FIGS. 4 to 6) and via one RC element 7 interacting with the Schmitt trigger 6 (see also FIGS. 4 to 6) is converted into the time-variant rising edge 10 or a time-variant rising edge 30 of the subsequent signal. The successive measurement signals mi, m 2 are standardized in a known manner by the Schmitt trigger 6, that is to say the successive signal edges 20 and 21 run uniformly and the level of the successive signals is the same, so that the time-variant rising edges 10 also and 30 are completely identical.
Während die zeitvariante Anstiegsflanke 10 in dem Diagramm der Fig. 3 am Startpunkt tsι beginnt, beginnt die zeitvariante Anstiegsflanke 30 zu einem Zeitpunkt ts2. Eine zeitäquidistante Abtastung 4 ist dieser Messsignalfolge m überlagert, so dass sich eine erste Zeitspanne Δ tsι ergibt, die zu einer zur Anstiegsflanke 30 korrespondierenden zweiten Zeitspanne Δ ts2 unterschiedlich ausfällt. Die erste Zeit- spanne Δ tsι wird durch die erste der aufeinanderfolgenden Signalflanken 20 des ersten zeitlich ansteigenden Messsignals 3 zur Startzeit tsι ausgelöst und dauert bis zu dem ersten Abtastzeitpunkt taι des ersten Signalpegels. Dieser erste Signalpegel ist hier als ein erster Messsignalpegel Pi bezeichnet. Die zweite Zeitspanne Δ tS2 wird durch die zweite der aufeinanderfolgenden Signalflanken 21 des zweiten zeitlich ansteigenden Messsignals 3 zur Startzeit ts2 ausgelöst und dauert bis zu dem zweiten Abtastzeitpunkt ta2 des zweiten Signalpegels. Dieser zweite Signalpegel ist hier als ein zweiter Messsignalpegel P2 bezeichnet.While the time-variant rising edge 10 in the diagram in FIG. 3 begins at the starting point t s ι, the time-variant rising edge 30 begins at a time t s2 . A time-equidistant sampling 4 is superimposed on this measurement signal sequence m, so that there is a first time period Δ t s ι which is different from a second time period Δ t s2 corresponding to the rising edge 30. The first time period Δ t s ι is triggered by the first of the successive signal edges 20 of the first time-increasing measurement signal 3 at the start time t s ι and lasts until the first sampling time t a ι of the first signal level. This first signal level is referred to here as a first measurement signal level Pi. The second time span Δ t S 2 is triggered by the second of the successive signal edges 21 of the second time-increasing measurement signal 3 at the start time t s2 and lasts until the second sampling time t a2 of the second signal level. This second signal level is referred to here as a second measurement signal level P 2 .
Bei der in Fig. 3 gezeigten Abfolge von zeitäquidistanten Abtastungen 4 ergibt sich das Zeitintervall I, welches proportional zur Drehgeschwindigkeit des rotierenden Teils ist, aus dem nachfolgenden Ausdruck:In the sequence of time-equidistant scans 4 shown in FIG. 3, the time interval I, which is proportional to the rotational speed of the rotating part, results from the following expression:
I = 2Δt + Δtsι - Δts2.I = 2Δt + Δt s ι - Δt s2 .
Die Zeitspannen Δt der Abtastzyklen zwischen zwei messbaren ersten und zweiten Messsignalpegeln Pi und P2 können ein Vielfaches der Zeitspanne Δt betragen, so dass sich allgemein die Formel für das Zeitintervall I ergibt:The time periods Δt of the sampling cycles between two measurable first and second measurement signal levels Pi and P 2 can be a multiple of the time period Δt, so that the formula for the time interval I generally results:
I = n-Δt + Δts si1 -" Δ "tls2, wobei n eine ganze Zahl ist und die Anzahl der Abtastzyklen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messsignalen darstellt.I = n-Δt + Δts si1 - "Δ" tls2, where n is an integer and represents the number of sampling cycles between two successive measurement signals.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass sich aus dem funktionalen Zusammen- hang zwischen einem Signalpegelanstieg der zeitvarianten Anstiegsflanke 10 und dem gemessenen ersten Messsignalpegel Pi selbst die Zeitspanne Δtsι zwischen der Startzeit tsι und dem Abtastzeitpunkt taι des ersten Signalpegels ermitteln läßt. Durch die zeitäquidistante Abtastung 4 einer Messsignalfolge m von Messsignalen erhält man zunächst eine Folge von Werten nahe Null bis ein Wert auftritt, welcher signifikant größer als Null ist, da er den ersten Messsignalpegel Pi in dem Abtastzeitpunkt taι des ersten Signalpegels darstellt. Zur Ermittlung des Zeitintervalls in einer Signalflankenfolge 2, das heißt bei einer Folge von aufeinanderfolgenden Signalflanken 20, 21 von Messsignalen werden die Anzahl der Abtastzyklen und ihre Zeitspannen Δt zwischen zwei Messungen mit signifikantem Signal mit den zugehörigen Zeitspannen Δtsι und ΔtS2 verrechnet.In summary, it can be stated that the time interval Δt s ι between the start time t s ι and the sampling time t a ι of the first signal level can be determined from the functional relationship between a signal level rise of the time-variant rising edge 10 and the measured first measurement signal level Pi. The time-equidistant sampling 4 of a measurement signal sequence m of measurement signals initially results in a sequence of values close to zero until a value occurs that is significantly greater than zero, since it represents the first measurement signal level Pi at the sampling instant t a ι of the first signal level. To determine the time interval in a signal edge sequence 2, that is to say in the case of a sequence of successive signal edges 20, 21 of measurement signals, the number of sampling cycles and their time periods Δt between two measurements with a significant signal are calculated with the associated time periods Δt s ι and Δt S 2.
Mit dieser Erfindung werden die üblicherweise verwendeten TTL-Signalflanken, welche weitgehend ein rechtförmiges Signal liefern, in zeitlich nicht konstante Signale umgewandelt, so dass nicht nur die ansteigenden Signalflanken dieser rechteckförmigen Signale selbst, sondern auch deren jeweilige zeitabhängigen Signalpegel P zur Auswertung und Bestimmung des Zeitintervalls I, das proportional zur Drehgeschwindigkeit des rotierenden Teils ist, herangezogen werden.With this invention, the commonly used TTL signal edges, which largely deliver a legal signal, are converted into signals that are not constant over time, so that not only the rising signal edges of these rectangular signals themselves, but also their respective time-dependent signal level P for evaluating and determining the time interval I, which is proportional to the speed of rotation of the rotating part.
Fig. 4 zeigt ein prinzipielles Blockschaltbild einer Messvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Diese Messvorrichtung weist einen Mess- eingangsanschluss 14 auf, dem Messsignale mit Signalflanken eines hier nicht gezeigten Signalgebers 1 beziehungsweise Inkrementalgebers zugeführt werden. Diese Messsignale werden danach in einem Schmitt-Trigger 6 in ein definiertes Rechtecksignal mit steil ansteigenden und steil abfallenden Flanken gewandelt und auf einen bestimmten Signalpegel verstärkt, da der Schmitt-Trigger 6 gleichzeitig in bekannter Weise als Operationsverstärker wirkt. Anschließend wird mittels eines RC-Gliedes 7 aus einem Widerstand R und einer Kapazität C das Rechtecksignal derart gedämpft beziehungsweise so verändert, dass die Anstiegsflanke des Messsignals zu einer wie oben erläuterten zeitvarianten Anstiegsflanke ver- ändert wird. Dieser Vorgang ist als eine so genannte Impulsverformung bekannt. Hierbei wirkt das RC-Glied 7 als ein Integrator des Messsignals. Es ist jedoch so ausgelegt, dass nur die ansteigende Flanke einen Verlauf einer so genannten Ladekurve eines Kondensators erhält. Das Messsignal kann wiederum durch einen nachgeschalteten Operationsverstärker 8 verstärkt werden. Das sich daraus ergebende analoge Signal für die Messsignalpegel aufeinanderfolgender Signalflanken wird in einem nachgeschalteten A/D-Wandler 5 digitalisiert und kann nun mittels bekannter digitaler Rechentechnik weiter verarbeitet werden, indem an den Messausgangsanschluss 15 eine entsprechende hier nicht gezeigte digitale Auswerteschaltung angeschlossen wird.4 shows a basic block diagram of a measuring device according to a first embodiment of the invention. This measuring device has a measuring input connection 14, to which measuring signals with signal edges of a signal transmitter 1 or incremental transmitter (not shown here) are fed. These measurement signals are then converted in a Schmitt trigger 6 into a defined square-wave signal with steeply rising and falling edges and amplified to a specific signal level, since the Schmitt trigger 6 also acts as an operational amplifier in a known manner. The square-wave signal is then damped or changed in such a way by means of an RC element 7 comprising a resistor R and a capacitor C that the rising edge of the measurement signal is changed to a time-variant rising edge as explained above. This process is known as so-called pulse deformation. Here, the RC element 7 acts as an integrator of the measurement signal. However, it is so designed so that only the rising edge receives a profile of a so-called charging curve of a capacitor. The measurement signal can in turn be amplified by a downstream operational amplifier 8. The resulting analog signal for the measurement signal levels of successive signal edges is digitized in a downstream A / D converter 5 and can now be processed further using known digital computing technology by connecting a corresponding digital evaluation circuit, not shown here, to the measurement output connection 15.
Fig. 5 zeigt ein prinzipielles Blockschaltbild einer Messvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Ein Signalgeber 1 beziehungsweise Inkrementalgeber, der mit einem rotierenden Teil zur Überwachung von Drehschwingungen zusammenwirkt, liefert über die Zuleitung 22 Messsignale in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit des rotierenden Teils an einen Messein- gangsanschluss 14 des Gehäuses 13 der erfindungsgemäßen Messvorrichtung. Derartige Messsignale sind jedoch keine für das erfindungsgemäße Messverfahren geeigneten normierten Rechtecksignale, deren Anstiegsflanken in zeitvariante Anstiegsflanken umgewandelt werden können. Die Messsignale werden in dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung einem Schmitt-Trigger 6 über eine interne Verbindung, beispielsweise eine Leiterbahn 23 einer gedruckten Schaltung oder Platine zugeführt, der einerseits Rechteckimpulse generiert und andererseits eine Signalverstärkung bewirkt.5 shows a basic block diagram of a measuring device according to a second embodiment of the invention. A signal transmitter 1 or incremental transmitter, which interacts with a rotating part for monitoring torsional vibrations, supplies measurement signals via the feed line 22 as a function of the speed of rotation of the rotating part to a measurement input connection 14 of the housing 13 of the measuring device according to the invention. However, such measurement signals are not standardized square wave signals suitable for the measurement method according to the invention, the rising edges of which can be converted into time-variant rising edges. In this second embodiment of the invention, the measurement signals are fed to a Schmitt trigger 6 via an internal connection, for example a conductor track 23 of a printed circuit or circuit board, which on the one hand generates square-wave pulses and on the other hand effects signal amplification.
Die verstärkten normierten Rechteckimpulse des Schmitt-Triggers 6 werden über eine interne Leiterbahn 24 einem RC-Glied 7 zugeführt, das die Anstiegsflanken der definierten Rechteckimpulse in zeitlich ansteigende Messsignale umwandelt mit zeitvarianten Anstiegsflanken. Diese zeitlich ansteigenden Messsignale, werden über eine interne Leiterbahn 25 einem Operationsverstärker 8 zugeführt. Dieser Operationsverstärker 8 verstärkt proportional die Messsignaleund liefert die Messsignale über eine interne Leiterbahn 26 an eine analogen Auswerteschaltung 11. Diese analoge Auswerteschaltung 11 wird von einer Oszillatorschaltung 9 getriggert, die zeitäquidistante Abtastsignale erzeugt und diese über eine interne Leiterbahn 27 der analogen Auswerteschaltung 11 zuführt. Die analoge Auswerteschaltung 11 liefert ein analoges Signal, das dem Zeitintervall zwischen zwei auf- einanderfolgenden Messsignalen entspricht und somit ein Maß für die Drehgeschwindigkeit des mit dem Inkrementalgeber zusammenwirkenden rotierenden Teils ist . Dieses Signal wird nun über eine weitere Leiterbahn 28 an einen A/D-Wandler 5 geliefert. Dieser A/D-Wandler wandelt das analoge Signal der ermittelten Zeitintervalle in ein digitalisiertes Signal um und liefert das digitalisierte Signal der ermittelten Zeitintervalle über eine andere interne Leitung 29 an den Messausgangsanschluss 15 des Gehäuses 13, an den eine externe digitale Auswerteschaltung 12 über die Verbindungsleitung 31 angeschlossen ist. Über die gleiche Verbindungsleitung 31 wird das zeitvariante Abtastsignal der Oszillatorschaltung 9 über die interne Verbindungsleitung 32 geliefert, um in der digitalen Auswerteschaltung 12 die ermittelten Zeitintervalle in Bezug auf mögliche Dreh- Schwingungen weiterzuverarbeiten, auszuwerten und anzuzeigen.The amplified standardized square-wave pulses of the Schmitt trigger 6 are fed via an internal conductor track 24 to an RC element 7, which converts the rising edges of the defined square-wave pulses into time-increasing measuring signals with time-varying rising edges. These time-increasing measurement signals are fed to an operational amplifier 8 via an internal conductor track 25. This operational amplifier 8 amplifies the measurement signals proportionally and supplies the measurement signals via an internal conductor track 26 to an analog evaluation circuit 11. This analog evaluation circuit 11 is triggered by an oscillator circuit 9, which generates time-equidistant scanning signals and supplies them to the analog evaluation circuit 11 via an internal conductor track 27. The analog evaluation circuit 11 supplies an analog signal which corresponds to the time interval between two successive measurement signals and thus a measure of the rotational speed of the rotating one interacting with the incremental encoder Is part. This signal is now supplied to an A / D converter 5 via a further conductor track 28. This A / D converter converts the analog signal of the determined time intervals into a digitized signal and delivers the digitized signal of the determined time intervals via another internal line 29 to the measurement output connection 15 of the housing 13, to which an external digital evaluation circuit 12 is connected via the connecting line 31 is connected. The time-variant scanning signal of the oscillator circuit 9 is supplied via the same connection line 31 via the internal connection line 32 in order to further process, evaluate and display the determined time intervals in relation to possible torsional vibrations in the digital evaluation circuit 12.
Durch den modularen Aufbau der Messvorrichtung aus einem kompakten Gehäuse 13 mit den Hauptkomponenten der Messvorrichtung und dem über eine Zuleitung 22 zuschaltbaren externen Inkrementalgeber 1 , der unmittelbar mit dem rotie- renden Teil zusammenwirkt sowie der externen digitalen Auswerteschaltung 12 mit entsprechender Rechnerkapazität ist gewährleistet, dass diese Messvorrichtung auch mobil eingesetzt werden kann. Die Zuleitung 22, sowie die Verbindungsleitung 31 können auch über Infrarotschnittstellen oder Sende- und Empfangsanlagen mit dem Messeingangsanschluss 14 bzw. dem Messausgangsanschluss 15 des Gehäuses 13 gekoppelt werden, so dass eine höhere Flexibilität für den Einsatz der Messvorrichtung erreicht werden kann. Auch ist es möglich, in einem Multiplexverfahren über die Komponenten in dem kompakten Gehäuse 13 mehrere Inkrementalgeber für unterschiedliche Antriebssysteme anzuschließen und deren Messwerte digital auszuwerten und digital zu überwachen.The modular construction of the measuring device from a compact housing 13 with the main components of the measuring device and the external incremental encoder 1, which can be connected via a feed line 22 and which interacts directly with the rotating part, as well as the external digital evaluation circuit 12 with corresponding computing capacity ensures that the latter Measuring device can also be used mobile. The feed line 22 and the connecting line 31 can also be coupled to the measurement input connection 14 or the measurement output connection 15 of the housing 13 via infrared interfaces or transmitting and receiving systems, so that greater flexibility can be achieved for the use of the measuring device. It is also possible in a multiplex process to connect a plurality of incremental encoders for different drive systems via the components in the compact housing 13 and to digitally evaluate and digitally monitor their measured values.
Ein Beispiel zur Veranschaulichung des Aufbaus einer möglichen erfindungsgemäßen Vorrichtung stellt Fig. 6 dar. Der Signalgeber 1 , vorzugsweise ein Inkrementalgeber steht mit einem nicht dargestellten rotierenden Teil eines Drehschwingungsdämpfers 40 in Wirkzusammenhang und liefert Messsignale. Diese Messsignale sind der Drehgeschwindigkeit des rotierenden Teils proportional. Sie sind vorzugsweise rechteckförmig. Sie werden mittels eines Schmitt-Triggers 6 in normierte Rechtecksignale wie oben beschrieben umgewandelt, dem ein RC-Glied 7 nachgeschaltet ist, welches eine Impulsverformung des Signals vornimmt. Dieses so bearbeitete Signal liegt in einer analogen Form vor und wird nun von einem A/D-Wandler 5 in ein digitales Signal umgewandelt, das von einer digitalen Auswerteschaltung 12 digital weiterverarbeitet wird. Dabei erfolgt eine Bearbeitung der Signale dergestalt, dass Messwerte von auftretenden Drehschwingungen gebildet werden, die zur Anzeige beziehungsweise zur Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt werden. An example to illustrate the structure of a possible device according to the invention is shown in FIG. 6. The signal transmitter 1, preferably an incremental transmitter, is in operative connection with a rotating part of a torsional vibration damper 40, not shown, and supplies measurement signals. These measurement signals are proportional to the speed of rotation of the rotating part. They are preferably rectangular. They are converted by means of a Schmitt trigger 6 into standardized square-wave signals as described above, which is followed by an RC element 7, which carries out a pulse deformation of the signal. This signal processed in this way is in an analog form and is now converted by an A / D converter 5 into a digital signal which is digitally processed by a digital evaluation circuit 12. The signals are processed in such a way that measured values are formed from torsional vibrations that occur, which are made available for display or for further processing.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Signalgeber1 signal generator
2 Signalflankenfolge2 signal edge sequence
3 zeitlich ansteigendes Messsignal3 time-increasing measurement signal
4 zeitäquidistante Abtastung4 time-equidistant sampling
5 A/D-Wandler5 A / D converter
6 Schmitt-Trigger6 Schmitt triggers
7 RC-Glied7 RC link
8 Operationsverstärker8 operational amplifiers
9 Oszillatorschaltung9 oscillator circuit
10 zeitvariante Anstiegsflanke10 time-varying rising edge
11 analoge Auswertschaltung11 analog evaluation circuit
12 digitale Auswertschaltung12 digital evaluation circuit
13 Gehäuse13 housing
14 Messeingangsanschluss14 measurement input connection
15 Messausgangsanschluss15 measurement output connection
20, 21 aufeinanderfolgende Signalflanken20, 21 successive signal edges
22 Zuleitung22 supply line
23 bis 29 interne Leiterbahnen einer Platine23 to 29 internal circuit traces of a board
30 Anstiegsflanke30 rising edge
31 Verbindungsleitung31 connecting line
32 interne Verbindungsleitung32 internal connection line
40 Drehschwingungsdämpfer40 torsional vibration dampers
I Zeitintervall m Messsignalfolge rriι erstes Messsignal m2 zweites MesssignalI time interval m measurement signal sequence rriι first measurement signal m 2 second measurement signal
Pi erster MesssignalpegelPi first measurement signal level
P2 zweiter MesssignalpegelP 2 second measurement signal level
T0 bis T5 zeitäquidistante Abtastintervalle t Zeit tal Abtastzeitpunkt des ersten Signalpegels ta2 Abtastzeitpunkt des zweiten Signalpegels tS1 Startzeit des ersten Messsignals ts2 Startzeit des zweiten MesssignalsT 0 to T 5 time- equidistant sampling intervals t time tal sampling time of the first signal level ta2 sampling time of the second signal level t S 1 start time of the first measurement signal ts2 start time of the second measurement signal
Δ tsι erste ZeitspanneΔ t s ι first time period
Δ ts2 zweite ZeitspanneΔ t s2 second period
Δt Zeitspanne der Abtastzyklen Δt period of the sampling cycles

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Messung von Drehschwingungen an rotierenden Teilen mit Hilfe von Signalgebern (1 ), wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte auf- weist: • Umwandeln von jeweils ansteigenden aufeinanderfolgenden Signalflanken (20,21) von Messsignalen eines Signalgebers (1 ) in verformte Signalflanken von zeitlich ansteigenden Messsignalen (3); • Erfassen eines ersten Messsignalpegels (Pi) einer verformten ansteigen- den Signalflanke bei zeitäquidistanter Abtastung (4) von Messsignalen einer Messsignalfolgen (m); • Erfassen eines zweiten Messsignalpegels (P2) einer verformten ansteigenden Signalflanke des nächstfolgenden Messsignals bei zeitäquidistanter Abtastung der Messsignalfolgen (m); • Errechnen von zwei Zeitspannen (Δts-ι, ΔtS2) zwischen der jeweiligen Startzeit (tsι, tS2) des Messsignals und dem jeweiligen Abtastzeitpunkt (taι, ta2) anhand der beiden erfassten Messsignalpegel (P1 ( P2); • Bilden einer Differenz der beiden Zeitspannen (Δtsι, Δts2) und Addieren von Zeitspannen (Δt) von Abtastzyklen zwischen den beiden erfassten Mess- signalpegeln (P1f P2) zu einem ermittelten Zeitintervall (I), das proportional zur Drehgeschwindigkeit des rotierenden Teils ist.1. A method for measuring torsional vibrations on rotating parts with the aid of signal transmitters (1), the method having the following method steps: • converting respectively increasing successive signal edges (20, 21) from measurement signals of a signal transmitter (1) into deformed signal edges from measurement signals (3) increasing in time; • Detecting a first measurement signal level (Pi) of a deformed rising signal edge with time-equidistant sampling (4) of measurement signals of a measurement signal sequence (m); • Detecting a second measurement signal level (P 2 ) of a deformed rising signal edge of the next measurement signal with time-equidistant sampling of the measurement signal sequences (m); • Calculation of two time spans (Δt s -ι, Δt S2 ) between the respective start time (t s ι, t S 2) of the measurement signal and the respective sampling time (t a ι, t a2 ) using the two recorded measurement signal levels (P 1 ( P 2 ); • Forming a difference between the two time spans (Δt s ι, Δt s2 ) and adding time spans (Δt) between sampling cycles between the two measured signal levels (P 1f P 2 ) to a determined time interval (I), the is proportional to the speed of rotation of the rotating part.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Schwankungen der ermittelten Zeitintervalle (I) ausgewertet werden und der Erfassung von Drehschwingungen dienen.2. The method according to claim 1, characterized in that fluctuations in the determined time intervals (I) are evaluated and serve to detect torsional vibrations.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die analogen ermittelten Zeitintervalle (I) mit Hilfe eines A/D- Wandlers (5) digitalisiert werden, um sie digital auszuwerten, weiterzuverarbeiten und/oder digi- tal anzuzeigen.3. The method according to claim 1 or claim 2, characterized in that the analog time intervals (I) are digitized with the aid of an A / D converter (5) in order to evaluate them digitally, process them further and / or display them digitally.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalflanken (2) der Messsignale des Signalgebers (1 ) mit Hilfe eines Schmitt-Triggers (6) in definierte Rechtecksignale gewandelt werden. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the signal edges (2) of the measurement signals of the signal generator (1) are converted into defined square-wave signals with the aid of a Schmitt trigger (6).
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anstiegsflanken der vom Schmitt Trigger (6) gelieferten Rechtecksignale mit Hilfe eines RC-Gliedes (7) in verformte Anstiegsflanken von zeitlich ansteigenden Messsignale (3) gewandelt werden.5. The method according to claim 4, characterized in that the rising edges of the square wave signals supplied by the Schmitt trigger (6) are converted with the help of an RC element (7) into deformed rising edges of temporally rising measurement signals (3).
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zeitlich ansteigende Messsignale (3) mittels eines Operationsverstärkers (8) verstärkt werden.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that time-increasing measurement signals (3) are amplified by means of an operational amplifier (8).
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur zeitäquidistanten Abtastung eine Oszillatorschaltung (9) eingesetzt wird, deren Abtastfrequenz mindestens doppelt so hoch ist wie die höchstmögliche Messfrequenz des Signalgebers (1 ) und das dreifache dieser Messfrequenz nicht übersteigt.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that an oscillator circuit (9) is used for time-equidistant sampling, the sampling frequency is at least twice as high as the highest possible measurement frequency of the signal generator (1) and does not exceed three times this measurement frequency.
8. Messvorrichtung zur Erfassung und Überwachung von Drehschwingungen rotierender Teile mit • einem Signalgeber (1 ), der jeweils ansteigende Signalflanken eines Messsignals in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit eines rotierenden Teils liefert, • einem Schmitt-Trigger (6) zur Erzeugung von normierten Rechteckimpulsen aus den Messsignalen, • einem RC-Glied (7) zur Erzeugung von verformten Anstiegsflanken der Rechteckimpulse, • einem Operationsverstärker (8) zur Verstärkung der Rechteckimpulse mit verformten Anstiegsflanken, • einer Oszillatorschaltung (9), die zeitäquidistante Abtastsignale (10) erzeugt, • einer analogen Auswerteschaltung (11 ), die Zeitintervalle (I) ermittelt, wel- ehe proportional zur Drehgeschwindigkeit des rotierenden Teils sind, und mit • einem A/D-Wandler (5), der die ermittelten Zeitintervalle (I) in digitalisierte Zeitintervalle wandelt. 8.Measuring device for the detection and monitoring of torsional vibrations of rotating parts with • a signal transmitter (1), which delivers rising signal edges of a measurement signal depending on the speed of rotation of a rotating part, • a Schmitt trigger (6) for generating standardized rectangular pulses from the Measurement signals, • an RC element (7) for generating deformed rising edges of the rectangular pulses, • an operational amplifier (8) for amplifying the rectangular pulses with deformed rising edges, • an oscillator circuit (9) that generates time-equidistant scanning signals (10), • an analog Evaluation circuit (11), which determines time intervals (I), which are proportional to the speed of rotation of the rotating part, and with • an A / D converter (5), which converts the determined time intervals (I) into digitized time intervals.
9. Messvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messverrichtung eine digitale Auswerteschaltung (12) aufweist, die Drehschwingungen ermittelt, wenn Schwankungen beim Vergleich der ermittelten digitalisierten Zeitintervalle (I) auftreten.9. Measuring device according to claim 8, characterized in that the measuring device has a digital evaluation circuit (12) which determines torsional vibrations when fluctuations occur when comparing the determined digitized time intervals (I).
10. Messvorrichtung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oszillatorschaltung (9) eine Abtastfrequenz aufweist, die mindestens doppelt so hoch ist wie die höchstmögliche Messfrequenz des Signalgebers (1 ) und das dreifache dieser Messfrequenz nicht übersteigt.10. Measuring device according to claim 8 or claim 9, characterized in that the oscillator circuit (9) has a sampling frequency which is at least twice as high as the highest possible measuring frequency of the signal generator (1) and does not exceed three times this measuring frequency.
11. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung ein Gehäuse (13) aufweist, in dem mindestens der Schmitt-Trigger (6) , das RC-Glied (7), der Operationsverstärker (8), die Oszillatorschaltung (9), die analoge Auswerteschaltung (11) und der A/D-Wandler (5) angeordnet sind, wobei das Gehäuse (13) mindestens einen Messeingangsanschluss (14) aufweist, an den der Signalgeber (1) anschließbar ist und mindestens einen Messausgangsanschluss (15) aufweist, an den die digitale Auswerteschaltung (12) anschließbar ist. 11. Measuring device according to one of claims 8 to 10, characterized in that the measuring device has a housing (13) in which at least the Schmitt trigger (6), the RC element (7), the operational amplifier (8) Oscillator circuit (9), the analog evaluation circuit (11) and the A / D converter (5) are arranged, the housing (13) having at least one measuring input connection (14) to which the signal transmitter (1) can be connected and at least one Has measuring output connection (15) to which the digital evaluation circuit (12) can be connected.
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