DK149255B - Apparat til maaling af fortrinsvis roterende legemers hastighed - Google Patents

Description

i 149255

Den foreliggende opfindelse angår et apparat af den i indledningen til krav 1 angivne art. Apparatet er fortrinsvis egnet som tachometer, men kan dog finde anvendelse også ved lineære bevægelser, dersom gitterskiven udformes på en passen-5 de, tilsvarende måde.

Med betegnelsen lysgiver skal der i den foreliggende forbindelse forstås en emitter for synligt eller usynligt lys eller andre elektromagnetiske bølger, der udbreder sig og lader sig afskærme eller reflektere på samme måde som synligt lys.

10 Ved tachometre af denne art er det et problem at opnå tilstrækkelig god opløsning ved lave bevægelseshastigheder, hvor antallet af impulser, som modtages af sensoren er lavt, og hvor impulsfrekvensen er af samme størrelsesorden som samplingsfrekvensen. Tilsvarende kan der ved et tachometer, der 15 for at opnå en rimelig nøjagtighed ved lave bevægelseshastig heder har en meget fin opdeling på gitterskiven, opstå problemer med sensorens maksimalfrekvens ved høje hastigheder. Til løsning af disse problemer er det ifølge IEEE - Transactions on Instrumentation and Measurement, Vol. 114-2 nr. 2, maj 1972 20 foreslået at anbringe lysgiveren og sensoren på en i forlængel se af det roterende legemes akse anbragt aksel, og at lade lysgiver og sensor rotere med en kendt hastighed i samme retning eller i modsat retning som det roterende legeme, alt efter om problemet er manglende følsomhed ved lave hastigheder eller 25 problemet er at sensorens maksimalfrekvens overskrides på grund af høje hastigheder eller der fordres en minimumsfrekvens ved lave hastigheder. Udgangssignalerne fra sensoren bearbejdes digitalt, og alt efter den anvendte logik i de anvendte kredsløb kan legemets hastighed og/eller acceleration registreres.

30 En ulempe ved det kendte system er, at såvel energitilførslen til lysgiveren som udgangssignalet fra sensoren skal overføres til og fra den roterende hjælpeaksel, hvilket dels komplicerer opbygningen af apparatet, dels giver problemer med støjfænomener i de overførte signaler og ikke mindst problemer med slitage.

35 Formålet med den foreliggende opfindelse er at afhjælpe disse ulemper. I henhold til opfindelsen opnås dette ved at apparatet udformes på den i den kendetegnende del af krav 1 angivne måde.

149255 2

De faseforskudte lysimpulser danner på lysgiverelementerne en art "lysavis", på hvilken de således vandrende impulstog af den stationære sensor opfattes som en roterende lysgiver.

Den stationære, i separate lysgiverelementer opdelte lysgiver 5 opnår derved de samme egenskaber som en roterende lysgiver, men uden de ulemper, der følger med at skulle bringe den til at rotere. For at opnå et udgangssignal, der er analogt med et signal fra en roterende lysgiver og en roterende sensor er det nødvendigt, at sensorens samlede følsomhedsudstrækning i det mind-10 ste svarer til en transparent plus en uigennemsigtig sektor.

Sensoren kan således udmærket være opdelt i separate elementer, blot den samlede følsomhedsudstrækning i det mindste svarer til et transparent og et uigennemsigtigt område på gitterskiven. Er sensoren opdelt skal udgangssignalerne fra de enkelte sensorele-15 menter blot adderes ved at elementerne forbindes til samme ledning. Lysgiverelementer og sensorer er prisbillige, og anvendelsen af flere af disse elementer er ikke et økonomisk problem, ligesom en impulsgenerator, der kan producere de fornødne impulser til strømforsyning af lysgivere, er en almindelig tilgængelig og 20 forholdsvis prisbillig komponent.

Fortrinsvis anvendes der ifølge opfindelsen fire lys-giverelementer. Ved anvendelse af netop fire elementer er impulserne parvis faseforskudt 180 grader og kan derfor frembringes af samme generator, hvorved den elektroniske del af apparatet 25 forenkles. Anvendelsen af et større antal lysgiverelementer bevirker dog et jævnere forløb på det fra sensoren afgivne signal-, især ved det normalt anvendte triggerniveau.

Lysgivere kan ifølge opfindelsen være placeret fordelt på en cirkel omkring det roterende legemes akse, idet sensoren 30 er opdelt i et tilsvarende antal elementer. Ved dette arrangement vil den praktiske udformning af lysgiverelementerne forenkles, idet pladsforholdene omkring de enkelte elementer bliver bedre. Ganske vist vil det ikke være den samme del af gitterskiven, som successivt skygger for de fire lysgivere, men det 35 lys, som den tilsvarende opdelte sensor modtager, vil variere på samme måde som hvis lysgiverne var placeret tæt ved siden af hinanden og over for en ud i eet stykke fremstillet sensor med den givne udstrækning.

149255 3

Ifølge opfindelsen har lysimpulserne en sådan længde og form, at lysstyrken af de overlejrede impulser tilnærmelsesvis er konstant. Herved får de impulser, der modtages af sensoren en veldefineret form, som med sikkerhed kan registreres i de 5 logiske kredsløb, som skal omsætte de modtagne udgangssignaler fra sensoren.

I henhold til en videreudvikling ifølge opfindelsen kan lysgiverne være placeret i to serier, der er forbundet til en impulsgiver på en sådan måde, at der i de to serier af lysgive-10 re afgives lysimpulstog, hvis faseforskydning har forskellig, eventuelt modsatrettet vinkelhastighed. Ved dette arrangement kan apparatets måleområde udvides, idet måleområdet kan bringes til at strække sig hen over det område, hvor det ene eller det andet sæt lysgivere afgiver lysimpulstogene med samme vin-15 kelhastighed som det roterende legeme har. I dette område vil der kunne opnås anvendelige signaler fra det andet sæt lysgivere og tilhørende sensorelementer.

I henhold til en variant af denne udformning kan lysgiverelementerne være placeret i to serier, der indbyrdes er for-20 bundet til en fælles impulsgiver, idet lysgiverelementerne i de to serier er placeret med forskellig indbyrdes vinkelafstand. Denne udformning tillader uden at omkostningerne til impulsgiveren forøges en udvidelse af apparatets måleområde.

Ifølge opfindelsen kan i det mindste een af lysgiverne 25 i de to serier være fælles, især hvis lysgiverne er forbundet til fælles impulsgiver og der ønskes to lysimpulstog med modsat vinkelhastighed. Der opnås derved en forenkling af opbygningen af systemet uden at funktionen forringes. I de fleste tilfælde kan endda to af lysgiverelementerne i de to serier 30 være fælles.

Opfindelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningen, der viser et udførelseseksempel på apparatet ifølge opfindelsen. I tegningen viser:

Fig. 1 skematisk apparatet ifølge opfindelsen 35 fig. 2 et snit gennem gitterskive, sensor og lysdioder, fig. 3 et diagram over lysdiodernes lysafgivelse i afhængighed af tiden, og fig. 4 et diagram for et af sensoren modtaget lyssignal.

4 U9255 I fig. 1 er der skematisk vist et apparat til måling af et roterende legemes hastighed. Det roterende legeme er i figuren repræsenteret ved en aksel 1. Legemet roterer med en hastighed V, der er repræsenteret ved pilen 2. På akslen er der monteret en 5 gitterskive 3, der i det foreliggende tilfælde har fire vægge, der adskilles af gennembrydninger eller gennemsigtige områder af samme bredde som vingerne. Under gitterskiven 3 er der anbragt en lysgiver 4, og over gitterskiven modsat lysgiveren er der anbragt en sensor 5, som kan opfange lys, som afgives fra 10 lysgiveren 4, og som passerer gennem gitterskivens 3 gennemsigtige områder. Lysgiveren 4 er forbundet med en (ikke vist) energiforsyning og sensoren er forbundet med en (ikke vist) indretning, som kan omsætte udgangssignalerne fra sensoren til informationssignaler om det roterende legemes hastighed og/eller 15 acceleration. En sådan indretning er f.eks. beskrevet i IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Vol. 114-2 nr. 2, maj 1972. Ved det kendte apparat er lysgiver 4 og sensor • 5 indrettet til at kunne rotere omkring forlængelsen af det ro terende legemes akse med en forudbestemt konstant hastighed, for 20 derved f.eks. at gøre det muligt at måle legemets hastighed også når den er nul. Da det er forbundet med en række ulemper at anbringe lysgiver og sensor på et roterende bæreorgan, er det opfindelsens formål at udforme lysgiver og sensor således at de kan monteres stationært.

25 Ved apparatet ifølge opfindelsen er lysgiveren udformet som et antal, fortrinsvis mindst fire, lysdioder 6, der er forbundet til en energiforsyning i form af en impulsgenerator, som til de enkelte lysdioder afgiver faseforskudte impulser, som får lysdioderne til at lyse op skiftevis således at der så at 30 sige løber eh bølge hen over de fire lysdioder. Som vist i fig. 2 skal lysgiver 4' og sensor 5' være anbragt over for hinanden på modsatte sider af gitterskiven 3', og sensoren skal have en følsomhedsudstrækning, der mindst svarer til et transparent og et uigennemsigtigt område på gitterskiven 3'. I den 35 foreliggende forbindelse er det ikke nødvendigt, at lysgiveren afgiver synligt lys, idet en hvilken som helst form for elektromagnetiske bølger, der lader sig afskærme som synligt lys vil kunne anvendes i apparatet ifølge opfindelsen. Forløbet af 149255 5 de afgivne impulser i forhold til tiden er anskueliggjort i fig. 3, hvor emissionen fra fire dioder, a, b, c og d er afsat over en tidsakse. Hvis man sammenholder fig. 2 og fig. 3 vil man kunne udlede hvilket signal, sensoren 5' modtager. Dette 5 signal er afbildet i fig. 4. Det ses, at signalets form er afhængig af gitterskivens stationære stilling, idet en ændring af stillingen vil give en faseforskydning, men ingen ændring af frekvensen. Der vil optræde en vis ændring i formen, men ved normalt triggerniveau vil formændringen være af mindre betydning.

10 Bevæges gitterskiven derimod vil der optræde en frekvensændring, men formen vil stadig være den samme. Det vil altså sige, at udgangssignalet kan omsættes til oplysninger om legemets hastighed og/eller acceleration på en måde, der er fuldstændig analog med omsætningen i det kendte apparat, hvor lysgiver og sensor 15 var anbragt på et roterende bæreorgan placeret på forlængelsen af legemets akse. Gennem en ændring af den frekvens, hvormed impulsgeneratoren afgiver de faseforskudte signaler, kan måleområdet for apparatet udvides og navnlig bringes til også at omfatte hastighedsområdet omkring nul.

20 Antallet af lysdioder er som nævnt fortrinsvis fire, men kan udmærket forøges eller eventuelt på bekostning af målenøj-agtigheden reduceres. Lysimpulserne skal have en sådan fom, at dersom de overlejres, vil den resulterende lysafgivelse være konstant. Dette opnås ved lysimpulser, der som vist i fig. 3 25 har trapezform, og som gennem gitterskiven resulterer i en impuls tilnærmelsesvis af savtakform på sensoren. En ren savtak-form opnås kun ved anvendelse af uendelig mange lysgivere, men en god tilnærmelse opnås i praksis med f.eks. 6 lysgiverelementer. Savtakformen er gunstig, fordi de rette flanger medfø-30 rer en præcis aftastning af lyssignalet i omsætningsindretningen for udgangssignalet fra sensoren uanset triggerniveauet ikke er indstillet optimalt.

I fig. 1 er de fire lysdioder 6 vist anbragt på en enkelt lysgiver 4 tæt op til hinanden. Dette arangement vil i 35 praksis være mindre hensigtsmæssigt, bl.a. fordi der bør træffes foranstaltninger til en passende afskærmning af lysgiverne, således at de sammenlagt kun belyser en sektor, hvis længde svarer til et gennemsigtigt og uigennemsigtigt område på gitterski- 149255 6 ven. De fire lysdioder kan lige så vel anbringes fordelt langs en cirkel omkring akslen 1. Derved skal sensoren opdeles i et tilsvarende antal separate elementer, hvis samlede følsomheds-udstrækning blot stadig skal svare til et transparent og et 5 uigennemsigtigt område på gitterskiven. Muligheden at opdele sensor og lysgiver kan desuden udnyttes til at placere to sæt lysgivere og sensorer i apparatet, hvor vinkelhastigheden for faseforskydningen af lysimpulstogene for de to sæt er forskellig, eventuelt modsatrettet. Hvis vinkelhastigheden for fase-10 forskydningen i de to sæt er den samme, men retningen modsat kan de to sæt eventuelt strømforsynes fra den samme impulsgenerator og en eller flere af lysdiodeme i de to sæt kan være fælles. Ud over at apparatet herved bliver forenklet rent mekanisk, bliver det tilsvarende lettere at justere. Tillige kan 15 der med en passende - eventuelt automatisk - omstilling i indretningen til omsætning af udgangssignalerne fra sensoren opnås et overordentligt stort måleområde for apparatet, der, på grund af at lysgiver og sensor er anbragt stationært, kun i ringe grad er udsat for støjfænomener i signaloverførelsen. Gitterskivens 20 inddeling kan varieres afhængig af det måleområde, apparatet skal operere i, ligesom frekvensen af impulstogene kan optimeres til opnåelse af en høj målenøjagtighed i det normale driftområde .

Apparatet er ovenfor beskrevet i forbindelse med måling 25 af hastigheden og/eller accelerationen af et roterende legeme, men apparatet kan analogt anvendes i forbindelse med måling af hastighed og/eller hastighed af et legeme, der bevæger sig f.eks. lineært. Gitterskiven skal i så fald erstattes af en gitterstav, der er anbragt på legemet eller langs legemets be-30 vægelsesbane. Lysgiverens dioder anbringes tilsvarende på ret linie langs gitterstaven og forbindes i rækkefølge med impulsgeneratoren .

Claims (7)

149255

1. Apparat til måling af fortrinsvis roterende legemers hastighed og omfattende en på apparatet anbragt gitterskive med afvekslende transparente og uigennemsigtige sektorer, en på gitterskivens ene side anbragt lysgiver og en i lysstrålen an- 5 bragt sensor for lyssignalet transmitteret gennem gitterskiven, samt en indretning til omsætning af udgangssignaler fra sensoren til informationssignaler om det roterende legemes hastighed og/eller acceleration, kendetegnet ved, at lysgiveren består af et antal separate lysgiverelementer, der er indrettet 10 til at afgive i forhold til hinanden faseforskudte lysimpulser, samt at sensoren har en følsomhedsudstrækning, der svarer til en transparent plus en uigennemsigtig sektor.

2. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at antallet af lysgiverelementer er fire.

3. Apparat ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at lysgiverne er placeret fordelt på en cirkel omkring det roterende legemes akse, idet sensoren er opdelt i et tilsvarende antal elementer.

4. Apparat ifølge et hvilket som helst af kravene 1-3, 20 kendetegnet ved, at lysimpulserne har en sådan længde og form, at lysstyrken af de overlejrede impulser er tilnærmelsesvis konstant.

5. Apparat ifølge krav 3, kendetegnet ved, at lysgiverne er placeret i to serier, der indbyrdes er forbundet til 25 en impulsgiver på en sådan måde, at der i de to serier af lysgivere afgives lysimpulstog, hvis faseforskydning har forskellig, eventuelt modsatrettet vinkelhastighed.

6. Apparat ifølge krav 3, kendetegnet ved, at lysgiverne er placeret i to serier, der indbyrdes er forbundet til 30 en fælles impulsgiver, idet lysgiverelementerne i de to serier er placeret med forskellig indbyrdes vinkelafstand.

7. Apparat ifølge krav 6, kendetegnet ved, at i det mindste eet af lysgiverelementerne i de to serier er fælles. Fremdragne publikationer;