DD251003A5

DD251003A5 - Geraet zur messung der geschwindigkeit eines beweglichen koerpers

Info

Publication number: DD251003A5
Application number: DD86297385A
Authority: DD
Inventors: Peter D Onyon
Original assignee: ��@��@��@��k��
Priority date: 1985-12-12
Filing date: 1986-12-10
Publication date: 1987-10-28
Also published as: DE3677585D1; JPS62188972A; EP0232609B1; DK553186A; DK553186D0; EP0232609A3; CN1012654B; GB2184304A; CN86107433A; GB2184304B; GB8530577D0; IN169312B; RU1797711C; EP0232609A2; US4807164A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Geraet zur Messung der Geschwindigkeit eines beweglichen Koerpers, das aus einer Vorrichtung zur Erzeugung von Eingangssignalen besteht, die im wesentlichen um 90 Grad phasenverschoben sind und eine von der Geschwindigkeit des Koerpers abhaengige Frequenz besitzen. Erfindungsgemaess wird ein Mass fuer die Geschwindigkeit dadurch erhalten, dass die Ableitung eines der Eingangssignale durch die Groesse des anderen Signals dividiert wird, wobei die Eingangsignale durch einen Wandler erzeugt werden. Das Geraet kann digital oder analog die Geschwindigkeit anzeigen. Vorteilhafterweise werden die um 90 Grad phasenverschobenen Signale durch eine optische Raster- und Wandleranordnung erzeugt. Fig. 1{Gerät, Messung, Geschwindigkeit, beweglicher Körper, Vorrichtung, Eingangssignale, Phasenverschiebung, Frequenz, Ableitung des Eingangssignals, Division, optischer Raster, optischer Wandler}

Description

Hierzu 4 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Messung der Geschwindigkeit und ein Servogerät, in welchem die Geschwindigkeit gesteuert wird.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die Geschwindigkeitsmessung durch ein Tachometer ist bekannt, durch solche Geräte erhöhen sich aber die Kosten des Systems, während sie verhältnismäßig unzuverlässig sind und bei niedrigen Drehzahlen ungenau arbeiten. Es sind auch Geräte für die Messung der Geschwindigkeit bekannt, bei denen ein Wandler auf die Bewegung des Körpers, dessen Geschwindigkeit zu messen ist, anspricht und ein Signal mit einer Frequenz erzeugt, welche der Geschwindigkeit proportional ist. Es kann ein Steuersignal, das der Frequenz des Signals vom Wandler proportional ist, abgeleitet werden, beispielsweise durchzählen der Anzahl der Zyklen des Signals vom Wandler in einer festgelegten, konstanten Zeitspanne oder durch Messen der Periode des Signals vom Wandler.

Die Auflösung solcher Systeme ist jedoch verhältnismäßig gering, und sie ist unzureichend für eine genaue Steuerung von niedrigen Geschwindigkeiten in beispielsweise solchen Präzisionsgeräten wie Feinmeßgeräten.

Die britische Patentschrift 1 290090 beschreibt ein Servosystem, in welchem eine Anordnung elektromagnetischer Wandler Ausgangssignale mit Frequenzen erzeugt, die der Geschwindigkeit proportional sind. Diese Signale werden differentiert und in einem Kommutator kombiniert, um ein Gleichstromsteuersignal zu erzeugen, das die Geschwindigkeit repräsentiert, es schließt jedoch eine Welligkeitskomponente ein. Um die Welligkeit auszuschalten, wird von den undifferentierten Signalen vom Wandler ein Bezugssignal abgeleitet und das Steuersignal mit dieser Referenz verglichen, um ein Fehlersignal zu erzeugen. Die in diesem Patent gezeigte Anordnung schaltet jedoch nur dann die Welligkeit aus, wenn der Geschwindigkeitsfehler gleich Null ist. Da die Welligkeit im Fehlersignal zu anderen Zeitpunkten erscheint, ist die Steuerung für Hochpräzisionsanwendungen wie bei der Steuerung eines drehbaren Werkstückauflagetisches bei Feinmeßgeräten unzureichend.

Ziel der Erfindung

Das der Erfindung zugrundeliegende Problem besteht darin, ein Gerät zur Messung der Geschwindigkeit zu schaffen, bei welchem die oben genannten Probleme gelöst sind und welches besonders geeignet ist für die Messung langsamer Geschwindigkeiten mit einem hohen Maß an Auflösung.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Um diese Probleme zu lösen, sieht die Erfindung ein Gerät zur Messung der Geschwindigkeit eines beweglichen Körpers vor, das aus einer Vorrichtung zur Erzeugung von zwei Eingangssignalen, die im wesentlichen um 90° phasenverschoben sind und eine von der Geschwindigkeit des genannten Körpers abhängige Frequenz haben, einer Vorrichtung zur Schaffung eines ersten Wertes, der von einer Ableitung eines ersten der genannten Eingangssignale abhängig ist, einer Vorrichtung zur Schaffung eines zweiten Wertes, der von der Größenordnung des zweiten der genannten Eingangssignale abhängig ist, und einer Vorrichtung zur Division eines der genannten Werte durch den anderen, um einen dritten Wert zu erhalten, der eine Funktion der genannten Geschwindigkeit ist, besteht.

Auf diese Weise kann mit der Erfindung eine extrem hohe Auflösung erreicht werden, da Geschwindigkeitsmessungen an jedem Punkt oder kontinuierlich innerhalb der Zyklen der Eingangssignale vorgenommen werden können. Das ist beispielsweise bei den bekannten technischen Lösungen nicht möglich, die sich auf die Zählung der Zyklen stützen, um eine Geschwindigkeitsmessung zu erhalten. Außerdem entfällt das Problem der Welligkeit. Das Gerät nach der Erfindung kann digital oder analog oder eine Kombination beider Möglichkeiten sein.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird weiter unter Bezugnahme auf die Zeichnungen in Form von Beispielen beschrieben, in denen Abb.1 ein Blockdiagramm eines Servosystems nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Messung und Steuerung der Geschwindigkeit einer drehbaren Spindel ist;

Abb. 2 eine schematische Ansicht der Spindel ist, welche eine daran angebrachte Spindelanordnung zeigt; Abb. 3 ein Wellenformdiagramm zur Veranschaulichung der Arbeitsweise des in den Abbildungen 1 und 2 gezeigten Geräts ist; Abb.4 ein Ablaufschema ist, welches die Arbeitsweise des in den Abbildungen 1 und 2 gezeigten Geräts veranschaulicht, und Abb. 5 ein Blockdiagramm eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung ist.

Erstes Ausführungsbeispiel:

Es wird auf die Abbildungen 1 bis 4 Bezug genommen. Zu einem Feinmeßgerät (nicht gezeigt) gehört ein Werkstückauflagedrehtisch, der schematisch unter 2 gezeigt wird und auf einer Spindel 4 befestigt ist, welche durch einen Motor 6 getrieben wird, wobei die Verbindung zwischen dem Motor 6 und der Welle 4 durch die unterbrochenen Linien in der Abb. 1 gezeigt wird. Eine optische Raster- und Wandleranordnung 8 mißt die Umdrehungsgeschwindigkeit der Welle 4 und erzeugt an Ausgängen 10,12 erste und zweite periodische Signale mit jeweils der gleichen Frequenz, wobei diese Frequenz der Winkelgeschwindigkeit der Welle 4 proportional ist, und jeweils der gleichen Amplitude, aber um 90° phasenverschoben. Im typischen Fall kann die Winkelgeschwindigkeit zwischen 0 und einigen U/min betragen und die Frequenz bis zu 1 000 Hz, sie kann beispielsweise im Bereich von 200Hz liegen. Die Signale an den Ausgängen 10 und 12 werden durch einen Schalter 14zu einem Analog-Digital-Wandler 16 gleichzeitig übertragen. Ein Mikroprozessor 18, der durch in einem ROM 20 gespeicherte Programme gesteuert wird, überträgt die Digitalsignale vom A-D-Wandler 16 in Parallelform auf einen RAM 22 über den Datenbus 24 und gibt über Bus 24 parallele digitale Geschwindigkeitssteuersignale an einen Digital-Analog-Wandler 26, der die Geschwindigkeitssteuersignale in die Analogform umwandelt und die resultierenden Analogsignale einem Leistungsverstärker 28 zuführt, der den Motor 6 steuert. Der Mikroprozessor 18 hat einen Eingang 30 für den Empfang von digitalen Reihengeschwindigkeitsbefehlssignalen und berechnet das dem Digital-Analog-Wandler 26 zuzuführende Steuersignal unter Nutzung des Geschwindigkeitsbefehlssignals 30 und der vom Analog-Digital-Wandler 16 zugeführten Signale. Es ist ein Ausgang 31 vorhanden, um den Prozessor 18 in die Lage zu versetzen, digitale Daten auszugeben, so um anzuzeigen, daß die Welle 4 mit der befohlenen Geschwindigkeit rotiert.

Die Wandler- und Rasteranordnung 8 wird schematisch detaillierter in der Abb. 2 gezeigt, wie man feststellen kann, besteht diese Anordnung aus einem Raster 34, das von einer-Vielzahl von radial verlaufenden reflektierenden und nichtreflektierenden Linien gebildet wird, die in gleichwinklig getrennten Positionen um den Umfang einer Scheibe 7 angeordnet sind, die an der Welle 4 befestigt ist. Eine Lichtquelle 36 lenkt einen Lichtstrahl 38 auf das Raster 34, und dieser Strahl wird vom Raster 34 durch ein Strichgitter 39 reflektiert, das stationär ist und ein Rastermuster hat, das einem Segment des Rasters 34 gleich ist, auf den ersten und zweiten Wandler 40,41, die so angeordnet sind, daß die entsprechenden der oben genannten um 90° phasenverschobenen Signale an den Ausgängen 10 und 12 erzeugt werden.

Diese Signale werden in der Abb. 3 gezeigt. In dieser Zeichnung kann Signal A, das am Ausgang 10 erscheint, dargestellt werden durch die Formel:

Vsin = V_osin Nft (1)

und Signal B kann dargestellt werden durch die Formel:

Vcos = VpCOsNft " (2)

Vsin die Momentangröße von Signal A ist; Vcos die Momentangröße von Signal B ist; V₀ die Amplitude der Signale A und B ist; N die Anzahl der Linien auf dem Raster 34 ist; f die Winkelgeschwindigkeit der Welle 4 ist; t die Zeit ist.

Die Ableitung von Signal B ist

(dVcos/dt) = -VoNfsinNft (3)

Dividiert man Formel (3) durch Formel (1), (dVcos/dt)

Vsin und ebenso

=-Nf (4)

(dVsin/dt)

= Nf (4a)

Vcos

Aus der Formel (4) wird deutlich, daß man durch die Division der Ableitung von Signal B zu einem bestimmten Zeitpunkt durch die Größe von Signal A zum gleichen Zeitpunkt einen Wert erhalten kann, der der Frequenz Nf der Signale A und B proportional und damit der Winkelgeschwindigkeit der WeIIe 4 proportional ist. Außerdem kann man aus der Formel (4a) erkennen, daß man durch die Division der Ableitung von Signal A zu einem bestimmten Zeitpunkt durch die Größe von Signal B zum gleichen Zeitpunkt auch einen Wert erhält, der der Frequenz Nf proportional ist, aber ein dem in der Formel (4) ermittelten Wert entgegengesetztes Vorzeichen hat, und der damit auch der Winkelgeschwindigkeit der Welle 4 proportional ist. Um diesen Wert zu ermitteln, führt der Mikroprozessor 18 folgende Berechnungen aus.

Wenn also beispielsweise a und c die Momentanwerte von Signal A zu den Zeitpunkten t, und t₃ sind, die in der Abb. 3 gezeigt werden, und b und d die Momentanwerte von Signal B zu den Zeitpunkten t₂ und t₄ sind und die Zeitpunkte t, bis t₄ gleiche Abstände um ein Intervall T aufweisen, dann ist die Ableitung von Signal A zum Zeitpunkt t₂:

(dVsin/dt)= (5)

und die Ableitung von Signal B zum Zeitpunkt t₃ ist gleich

(dVcos/dt) = (6)

Aus dem Vorstehenden ergibt sich: ·

ZumZeitpunktt₂fa — ' (7)

2Tb

Zum Zeitpunkt t₃fa (8)

2T c

Folglich speichert der Mikroprozessor 18 abwechselnd die Momentanwerte der Wellen A und B zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten ti, t₂ usw., wobei diese Zeitpunkte durch ein Intervall T voneinander getrennt sind, das durch den Mikroprozessor bestimmt wird. Aus den gespeicherten Größen berechnet der Mikroprozessor 18 die Formel (7) oder die Formel (8), um einen Wert zu erhalten, welcher der Frequenz und damit der Winkelgeschwindigkeit f der Welle oder Spindel 4 proportional ist. Wenn Signal A seinen Spitzenwert hat, ist seine Ableitung gleich Null, und auch die Momentangröße von Signal B ist zu diesem Zeitpunkt gleich Null. Ebenso ist, wenn Signal B seinen Spitzenwert hat, seine Ableitung gleich Null und gleichzeitig auch der Momentanwert von Signal A gleich Null. Die Formel (7) kann also nicht verwendet werden, wenn das Signal A seinen Spitzenwert hat, und die Formel (8) kann nicht eingesetzt werden, wen η Signal Bseinen Spitzenwert hat. Um daher zu gewährleisten, daß die Geschwindigkeitsinformation ohne Unterbrechung berechnet wird, schaltet der Mikroprozessor 18 zwischen der Berechnung nach der Formel (7) und der Berechnung nach der Formel (8). Diese Schaltung erfolgt durch den Vergleich der Momentanwerte der beiden Signale und'die Wahl zwischen den Formel (7) und (8) danach, welches der beiden Signale die höhere Momentangröße hat. So wird in dem dargestellten Beispiel die Größe b mit der Größe c verglichen. Formel (7) wird gewählt, wenn die Größe von b größer als die von c ist, und Formel (8) wird gewählt, wenn die Größe von c größer als die von b ist. Das im ROM 20 gespeicherte Programm, nach welchem der Mikroprozessor 18 die Formeln (7) und (8) berechnet, wird im Ablaufschema in der Abb.4 veranschaulicht. Das Programm beginnt bei 100. Bei Schritt 101 wird die Größe von Signal A abgetastet und gespeichert, um den Wert a zu erhalten. Das System wartet dann für die Dauer eines ZeitintervailsT, wie das unter 102 gezeigt wird, und tastet da η η Sign al B bei 103 ab, um die Größe b zu erhalten. Das System wartet ein weiteres Intervall T, wie das unter 104 gezeigt wird, und tastet dann Signal A ab, um die Größe c zu erhalten, wie das unter 105 gezeigt wird, wartet ein Intervall T wie unter 106 gezeigt und tastet dann wieder Signal B ab, wie das unter 107 gezeigt wird, um die Größe d zu erhalten. Bei 108 wird bestimmt, ob die Größe von Größe b größer als die von Größe c ist. Wenn das der Fall ist, wird Formel (7) berechnet, wie das bei 109a gezeigt wird, ist das nicht der Fall, wird Formel (8) berechnet, was unter 109 b gezeigt wird. Aus der Abb. 4 geht hervor, daß die bei 109a und 109 b vorgenommenen Berechnungen die Größe 2T im Nenner der Formeln (7) und (8) unberücksichtigt lassen, da diese Größe konstant ist.

Bei 110 wird der bei 109 a oder 109 b ermittelte Wert, welcher die Winkelgeschwindigkeit der Welle 4 darstellt, mit der erforderlichen Winkelgeschwindigkeit verglichen, und unter Anwendung der so ermittelten Differenz wird ein entsprechendes Korrektursignal dem Digitalsignal addiert, das dem Digitai-Analog-Wandler 26 zugeführt wird, so daß die Drehzahl von Motor im erforderlichen Maße erhöht oder verringert wird. Bei der Datenaustauschstufe 111 werden die vorherigen Proben a und b verworfen und durch die Proben c und d ersetzt, die zu den neuen Werten für a und b werden, und das Programm gehtauf Schritt 104 zu rück, um neue Werte für die Größen c und d zu ermitteln. So wird es durch die Ausführung des Datenaustauschschritts, der unter 111 in der Abb.4 gezeigt wird, möglich, die Geschwindigkeit nach jedem zweiten Abtastvorgang zu berechnen.

Zweites Ausführungsbeispiel

Abb. 5 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung. In der Abb. 5 werden Teile, die in der Abb. 1 gezeigten Teile entsprechen, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet.

Das Ausführungsbeispiel der Abb. 5 arbeitet mit einer Analogschaltung anstelle der Digitalschaltung der Abb. 1. Die Sinus- und Cosinus-Signale A und B, die auf den Leitungen 10 und 12 durch die Wandleranordnung 8 ausgegeben werden, werden jeweils den nicht-invertierenden und invertierenden Analogdifferentiatorschaltungen 50 und 52 zugeführt. Der Ausgang der einen oder anderen der Schaltungen 50 und 52 wird über einen Wählschalter 54 dem Zählereingang 56 einer Analogdivisionsschaltung 58 zugeführt. Der Nennereingang 60 der Schaltung 58 empfängt entweder Signal A oder Signal B über einen weiteren Wählschalter 62. Die Signale A und B werden auch von einer Kommutierungsschaltung 63 empfangen, welche die Schalter 54 und 62 und die Analogdivisionsschaltung 58 steuert, so daß die Schaltung 58 ein Signal nach der Formel (4) oder (4a) berechnet, dasf proportional ist. Die Positionen der Schalter 54 und 62 bestimmen, welche Formel verwendet wird, und diese Bestimmung wird gesteuert durch die Schaltung 63, so daß es vermieden wird, den Eingängen 56 und 60 Null-Werte zuzuführen, wenn eines der Signale A und B seinen Spitzenwert und das andere seinen Nullwert hat, wie das oben ausgeführt wurde. Der Ausgang von Schaltung 58 wird über die Leitung 68 einer Verstärker- und Filterschaltung 66 zugeführt, welche auf der Leitung 70 auch ein Drehzahlbedarfssignal empfängt. Die Schaltung 66 vergleicht die Signale auf den Leitungen 68 und 70 und gibt auf der Leitung 72 ein entsprechendes Signal für die Steuerung der Drehzahl des Motors 6 über den Leistungsverstärker 28 aus. .

Modifikationen:

Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Modifikationen möglich. So wurde die Erfindung zwar in Verbindung mit der Messung der Winkelgeschwindigkeit beschrieben, sie kann aber auch zur Messung der Lineargeschwindigkeit angewendet werden. Zwar wurde in den beschriebenen Ausführungsbeispielen die Möglichkeit der Schaltung zwischen den Formeln (4) und (4a) oder (7) und (8) geschaffen, es wäre aber auch möglich, die Erfindung ohne eine solche Schaltung in die Praxis umzusetzen, in diesem Fall könnten Möglichkeiten geschaffen werden, die Einführung von Fehlern auf Grund der Tatsache, daß der Zähler und der Nenner der ausgewählten Formel einmal in jedem Zyklus gleich Null werden, zu vermeiden. Beispielsweise können solche Fehler dadurch vermieden werden, daß die Berechnung zu diesen Zeitpunkten kurz unterbrochen wird. Die gezeigten Ausführungsbeispiele sahen zwar in einem Fall einen programmierten Mikrorechner und im anderen Fall einen Analogrechner für die Verwirklichung der Erfindung vor, es ist aber auch möglich, die Erfindung auf andere Weise auszuführen, beispielsweise durch eine hartverdrahtete Digitalschaltung.

In den gezeigten Ausfühtungsbeispielen wurden zwar kontinuierliche Sinus- und Kosinussignale erzeugt, es ist jedoch davon auszugehen, daß in den Fällen, in denen die Geschwindigkeit nicht kontinuierlich überwacht oder gemessen werden muß, es nicht notwendig ist, kontinuierliche, um 90° phasenverschobene Wellen zu erzeugen. Notwendig ist es nur, den entsprechenden Abschnitt jedes der um 90° phasenverschobenen Signale zu dem Zeitpunkt zu erzeugen, an dem die Berechnung der Geschwindigkeit auszuführen ist. Die Bezugnahme auf erste und zweite, um 90° phasenverschobene Signale im nachfolgenden Patentanspruch ist entsprechend zu verstehen. Als Alternative dazu können in den Fällen, in denen die Geschwindigkeit nur in Abständen berechnet zu werden braucht, die um 90° phasenverschobenen Wellen kontinuierlich erzeugt, aber nur zu den Zeitpunkten abgetastet werden, zu de.nen die Geschwindigkeit berechnet werden muß. Die oben beschriebene Division einer Ableitung eines Signals durch die Größe der anderen kann auf eine Reihe unterschiedlicher Weisen erfolgen. Beispielsweise ist es möglich, diese Division durch Multiplikation des Zählers mit dem Kehrwert des Nenners auszuführen, und dieser Kehrwert kann beispielsweise aus einer Tabelle ermittelt werden. Die Wörter „Division" und „dividieren" sind entsprechend zu verstehen.

Zwar wurde in den dargestellten Ausführungsbeispielen die Geschwindigkeit einer rotierenden Welle im Verhältnis zu einem stationären Körper gemessen, es ist aber auch möglich, die Erfindung zur Messung der relativen Geschwindigkeit von zwei Komponenten anzuwenden. Wenn die beiden Komponenten auf derselben Achse montiert sind, dann ist die Anbringung des Rasters auf einer Komponente und des Wandlerkopfes auf der anderen die einfachste Form der Messung der relativen Geschwindigkeit. Das dürfte jedoch nicht oft der Fall sein. Eine Alternative dazu wäre es, die beiden Komponenten mit jeweils einer gesonderten Raster- und Wandleranordnung auszustatten, wobei die der Komponente 1 zugeordneten Ausgänge sind:

VsIn₁ = V₀ sin Nif|t Vcos, = V_ocos Nif|t

und ebenso lauten die der Komponente 2 zugeordneten Ausgänge:

Vsin₂ = V_osin N2f2t Vcos₂ = V₀ cos N₂f2t

Diese Signale können abgenommen und unter Anwendung der trigonometrischen Identitäten bearbeitet werden:

sin(A — b) = sin A cos B — cos A sin B cos(A - B) = cos A cos B + sin A sin B

um folgende Verbundsignale zu bilden:

Vsin₃ = V_sin1 · Vcos₂ - Vcosi · Vsin₂

= Vjj SIn(N₁^ - N₂f₂)t VcOs₃ = Vcosi Vcos₂ + Vsin-i · Vsin² = V?cos(N₁f₁-N₂f₂)t

wobei Vsin₃ und Vcos₃ um 90° phasenverschobene Signale sind oder darstellen, deren Frequenz die Differenz in der Geschwindigkeit zwischen den beiden Komponenten darstellt.

Bildet man die Differentiale (Ableitungen) und dividiert sie wie oben in den Formeln (4) und (4), erhält man auf folgende Weise ein Maß der relativen Geschwindigkeiten:

(dVsin₃/dt)

N-jfi — N₂f2 und

- (dVcos₃/dt) Vsin₃

= N,f, - N₂f₂

Bei der Anwendung in einem Regelkreis ist das Fehlersignal gleich Null, wenn N₁^₁ = N₂f2, d.h., die Drehzahlen f-| und f2 ein Verhältnis von N₂IN₁ haben. Für den häufigeren Fall von N₁ = N₂ bezieht sich die Nullfehlerbedingung auf gleiche Drehzahlen an beiden Komponenten. Der Begriff „Geschwindigkeit" im Patentanspruch schließt als „relative Geschwindigkeit" ein. Die Erfindung wurde zwar bisher in bezug auf um 90° phasenverschobene Eingangssignale beschrieben, es ist aber im Rahmen der Erfindung auch möglich, Phasenfehler im Phasenverschiebungsverhältnis zu kompensieren. Jeder dieser Phasenfehler bewirkt, daß am Ausgang eine Welligkeit (von vorhersagbarer Form) erscheint, d.h., das „Geschwindigkeits"-Signal. Wenn der Phasen verschiebungsfehler bekannt ist, beispielsweise durch automatische Messung mit dem Mikroprozessor des bevorzugten Ausführungssbeispiels, dann könnte die Wirkung des Phasenverschiebungsfehlers dadurch ausgeglichen werden, daß die Zeiten zwischen den Abtastungen abgestimmt werden, so daß zu den richtigen Zeitpunkten effektiv abgetastet wird. Wenn beispielsweise das Kosinussignal um +5° gegenüber der Phasenverschiebung um 90° verschoben ist, müßte die Zeit zwischen Sinus- und Cosinus-Abtastungum die Minus-Zeit reguliert werden, die zum Durchlaufen von 5° bei der jeweiligen Nominaldrehzahl gebraucht wird, und die Zeit zwischen den Cosinus- und den Sinusabtastungen müßte um die Plus-Zeit reguliert werden, die zum Durchlaufen von 5° bei dieser Nominaldrehzahl gebraucht wird. Damit bleibt die Zeit zwischen den Abtastungen im gleichen Kanal konstant, aber die Zeit zwischen den aufeinanderfolgenden Abtastpunkten wird reguliert, um diesem Phasenfehler Rechnung zu tragen. Eine Beschränkung würde am unteren Frequenzende des Bereiches auftreten, wo die erforderlichen Zeiten dazu führen wurden, daß die Abtastpunkte aus der normalen Folge kommen.

Die Erfindung kann auch in Fällen angewendet werden, in.denen die Phasenverschiebung um 90° der beiden Eingangssignale wesentlich beeinträchtigt ist. In diesem Fall werden die nicht um 90° phasenverschobenen Eingangssignale dazu genutzt, um 90° phasenverschobene Signale zu erzeugen, und diese werden dann als Eingangssignale für die Erfindung verwendet. Die Erzeugung der um 90° phasenverschobenen Signale kann innerhalb oder außerhalb des Mikroprozessors erfolgen, bedingt jedoch das Anfügen einer zusätzlichen Schaltung. Die Eingangssignale sollten eine um 90° phasenverschobene Komponente haben, und diese wird dann durch Addition der beiden Eingänge in einem von den Phasen der Eingangssignale abhängigen Verhältnis extrahiert. Wenn beispielsweise 0 der Phasenfehler ist, dann können die Eingangssignale definiert werden als

V₁ = V_osin{(2ffx/x₀) + (0/2)} V₂ = V_ocos{(2j7X/x_o) - (0/2)}

Nach einigen Manipulationen kann gezeigt werden, daß V_sin = (V₁ - a_sinV₂)b_sin = V_osin(27TX/x_o)

Vcos = I

a_sin = tan 0/2

bsin = 1/{cos 0/2 - (tan 0/2 sin 0/2)}

a_cos = coth 0/2

b_cos = "!/{cos 0/2 - (coth 0/2 sin 0/2)}

Folglich können die um 90° phasenverschobenen Signale von den nicht um 90° phasenverschobenen Eingangssignalen abgeleitet werden, wenn der Phasenverschiebungsfehler bekannt ist.

Claims

1. Gerät zur Messung der Geschwindigkeit eines beweglichen Körpers, bestehend aus einer Vorrichtung (34 bis 41) zur Erzeugung von Eingangssignalen (A, B), die im wesentlichen um 90° phasenverschoben sind und eine von der Geschwindigkeit des Körpers (4) abhängige Frequenz haben, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (18, 20; 50, 52) für die Schaffung eines ersten Wertes, der von einer Ableitung eines ersten der Eingangssignale abhängig ist, eine Vorrichtung (18,20; 62) für die Schaffung eines zweiten Wertes, der von der Größe des zweiten der Eingangssignale abhängig ist, und eine Vorrichtung (18, 20; 58) für die Division eines der Werte durch den anderen, um einen dritten Wert zu erhalten, der eine Funktion der genannten Geschwindigkeit ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine digitale Verarbeitungsvorrichtung (18), die so programmiert ist, daß sie den einen Wert durch den anderen dividiert, um den dritten Wert zu erhalten.

3. Gerät nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß der digitale Prozessor (18) programmiert ist, um den ersten Wert durch Ermittlung der Differenz zwischen den Größen des ersten Signals zu voneinander getrennten Zeitpunkten (ti bis t4) zu erhalten.

4. Gerät nach den Ansprüchen 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (14) zum Empfangen der Eingangssignale in Anaiogform und einen Analog-Digital-Wandler (16) zur Umwandlung der Signale in Digitalform, um sie dem digitalen Prozessor (18) zuzuführen.

5. Gerät nach Anspruch 4 in Abhängigkeit von Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Abtastvorrichtung (14) zum abwechselnden Abtasten der Eingangssignale, wobei der Prozessor (18) so programmiert ist, daß er für eine Gruppe von drei aufeinanderfolgenden Abtastungen (a, b, c) die Differenz zwischen der ersten (a) und der dritten (c) ermittelt, um den ersten Wert zu erhalten, und die zweite (b) als den zweiten Wert nutzt.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Prozessor (18) so programmiert ist, daß er als erste Abtastung (a)in einer genannten Gruppe die dritte Abtastung (c) der vorherigen Gruppe verwendet.

7. Gerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtung einen Analogschalter (14) aufweist, der die Eingangssignale abwechselnd dem Analog-Digital-Wandler (16) zuführen kann.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Digital prozessor (18) so programmiert ist, daß er zu den Zeitpunkten, an denen ein Eingangssignal seinen Spitzenwert hat und das andere bei Null ist, das Signal, das den Spitzenwert aufweist, als zweites Signal und das Signal, das bei Null ist, als das erste Signal nutzt.

9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Digitalprozessor (18) so programmiert ist, daß er jedes Eingangssignal abwechselnd als das erste und das zweite Signal nutzt.

10. Gerät nach den Ansprüchen 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Digitalprozessor (18) so programmiert ist, daß er bestimmt, welches Eingangssignal die kleinere Momentangröße hat, und dieses Signal als das erste Signal nutzt.

11. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Digitalprozessor (18) so programmiert ist, daß er den genannten dritten Wert während jedes Zyklusses der genannten

. Signale wiederholt ermittelt.

12. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Analogrechner (50 bis 63), der für die Ermittlung des genannten ersten, zweiten und dritten Wertes eingerichtet ist.

13. Gerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Analogrechner einschließt eine Vorrichtung (63), die auf die Eingangssignale anspricht, um die Ermittlung des dritten Wertes durch den Analogrechner zu den Zeitpunkten zu veranlassen, wenn ein Eingangssignal seinen Spitzenwert hat und das andere bei Null ist, durch die Nutzung der Ableitung des Eingangssignals mit dem Nullwert und der Größe des Eingangssignals mit dem Spitzenwert.

14. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dividiervorrichtung (58) für die Division des genannten ersten Wertes durch den genannten zweiten.Wert eingerichtet ist.

15. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die signalerzeugende Vorrichtung aus einer optischen Raster- und Wandlervorrichtung (34 bis 41) zur Erzeugung von um 90° phasenverschobenen Signalen besteht.

16. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, aufgebaut für die Messung der Winkelgeschwindigkeit eines Körpers.

17. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 16, aufgebaut für die Messung der Lineargeschwindigkeit eines Körpers (4).

18. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche für die Messung der relativen Geschwindigkeit von ersten und zweiten beweglichen Körpern, dadurch gekennzeichnet, daß die signalerzeugende Vorrichtung aus einer Vorrichtung zur Erzeugung eines ersten Paares von vorläufigen, um 90° phasenverschobenen Signalen mit einer Frequenz besteht, welche von der Geschwindigkeit des genannten ersten beweglichen Körpers abhängig ist; aus einer Vorrichtung zur Erzeugung eines zweiten Paares von vorläufigen, um 90°phasenverschobenen Signalen mit einer Frequenz, die von der Geschwindigkeit des genannten zweiten beweglichen Körpers abhängig ist, und einer Vorrichtung zur Verarbeitung des genannten ersten und des genannten zweiten Paares von vorläufigen, um 90° phasenverschobenen Signalen, um von diesen die genannten zwei Eingangssignale abzuleiten, die im wesentlichen um 90° phasenverschoben sind und eine Frequenz haben, die von der relativen Geschwindigkeit des genannten ersten und des genannten zweiten beweglichen Körpers abhängig ist.

19. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche in Verbindung mit einer Vorrichtung, die auf den genannten dritten Wert anspricht, zur Steuerung der genannten Geschwindigkeit.

20. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der genannten Signale nicht mehr als 200 Hz beträgt.

21. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der genannten-Signale nicht mehr als 1 kHz beträgt.