DE1298336B - Winkelgeschwindigkeitsmesser - Google Patents

Description

ten schneidet, dessen Feld bei stillstehendem Träger io spulen benötigt werden, sondern die Magnetfelder

parallel zur Schwingungsebene des Drahtes verläuft. Bei bekannten Winkelgeschwindigkeitsmessem dieser Art fließt ein Erregerwechselstrom einer ersten Frequenz durch den gesamten Schwingdraht, welcher

für beide Drahtabschnitte durch Permanentmagnete erzeugt werden können.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung liegt der mittlere Schwingungsknoten praktisch in der

zusammen mit dem Feld eines einen Teil des Drahtes 15 Mitte des Drahtes zwischen den beiden äußeren umgebenden Permanentmagneten den Schwingdraht Schwingungsknoten. Der erste Abschnitt wird mit in mechanische Schwingungen versetzt, deren Schwingungsebene senkrecht auf den Feldlinien des Magne

ten steht und den Schwingdraht enthält. Ein anderer

einer Frequenz erregt, welche etwa der Eigenfrequenz des Drahtes entspricht.

EsThat sich jedoch herausgestellt, daß bei einer Teil des Drahtes schwingt im Feld zweier zu beiden 20 derartigen Abstimmung des Drahtes mitunter Stör-Seiten des Drahtes angeordneter Erregerspulen, schwingungen auftreten, in der Ebene rechtwinklig denen ein Wechselstrom einer zweiten Frequenz zu- zu der Ebene der gewünschten Schwingungen. Solche geleitet wird. Bei feststehendem Träger liegt die Störschwingungen beeinträchtigen die Genauigkeit Schwingungsebene des Drahtes parallel zu den Feld- der Meßvorrichtung. In Weiterbildung der Erfindung linien der beiden Spulen. Dreht sich jedoch der 25 wird deshalb vorgeschlagen, den Draht gegenüber Träger um die Achse des Drahtes und bleibt die seiner Eigenfrequenz etwas zu verstimmen. Dies kann Schwingungsebene des Drahtes hinter der Drehung
des Trägers zurück, so-'schneidet sein zweiter Teil
die Feldlinien der beiden Spulen, wodurch in dem
Draht eine Wechselspannung von der zweiten Fre- 30
quenz induziert wird, deren Größe ein Maß für die
Drehung der Schwingungsebene und damit für die
Winkelgeschwindigkeit ist.

Diese bekannten Anordnungen haben den Nachteil, daß der gesamte Schwingdraht, also auch der zur 35 nicht behindernd tragen. Der Schwingdraht kann Messung der Winkelgeschwindigkeit ausgenutzte Teil, hierzu im mittleren Schwingungsknoten an einem vom Erregerstrom durchflossen wird, so daß eine
unerwünschte Kopplung von Erreger- und Meßkreis
vorhanden und hierdurch eine gegenseitige Beeinflussung unvermeidbar ist. Dies äußert sich in Form 40
von Nebensprechspannungen und Steuerströmen und
-feldern, so daß das Ausgangssignal unerwünschte
Stör- und Rauschanteile enthält.

Aufgabe der Erfindung ist es, mit möglichst einfachen Mitteln diese Nachteile zu beseitigen. Die 45 gewünschten Schwingungsebene verlaufen, mit einem Erfindung sieht hierfür vor, daß der Schwingdraht den ersten Drahtabschnitt durchfließenden Wechselan drei als Schwingungsknoten wirkenden Stellen strom. Zur Erzeugung eines der gemessenen Winkelgelagert ist, welche den Draht in zwei Abschnitte geschwindigkeit entsprechenden Signals wird einer unterteilen, daß der. erste Abschnitt des Drahtes phasenempfindlichen Demodulatorschaltung einerin bekannter Welse In einer vorgegebenen Ebene, 50 seits als Bezugssignal ein dem Erregerwechselstrom bezogen auf den Träger, in Schwingungen versetzt für den ersten Drahtabschnitt entsprechendes Signal wird, welche über den mittleren Schwingungsknoten und andererseits das an den Anschlußleitungen des auf den zweiten Abschnitt übertragen werden, daß zweiten Abschnittes entstehende Signal zugeführt, wenigstens ein Teil des zweiten Abschnittes in an Die Demodulatorschaltung liefert hieraus eine in sich bekannter Weisein einem Magnetfeld schwingt, 55 ihrer Größe der Winkelgeschwindigkeit des Trägers dessen Kraftlinien die Schwingungsebene des ersten um die Drahtachse proportionale und in ihrer Polari-Abschnittes nicht schneiden, und daß der zweite tat von der Drehrichtung abhängige Ausgleichs-Abschnitt mit Anschlußleitungen versehen ist, an Spannung.

welchen beim Drehen des Trägers um die Achse Ein Ausführungsbeispiel des Winkelgeschwindig-

des Drahtes eine elektrische Wechselspannung auf- 60 keitsmessers gemäß der Erfindung wird im folgenden tritt. Es wird also im Gegensatz zu den bekannten an Hand der Zeichnung erläutert. Anordnungen nicht eine zusätzliche Wechselspan- Auf einem Träger 10 ist ein elektrisch leitendes

nung durch ein äußeres magnetisches Wechselfeld Schwingelement in Form eines Spanndrahtes 12 geim zweiten Drahtabschnitt induziert, sondern die der lagert. Die Enden des Schwingdrahtes 12 sind an Winkelgeschwindigkeit proportionale Meßwechsel- 65 zwei Metallaschen 14 und 16 befestigt, die vom

vorzugsweise dadurch erfolgen, daß der mittlere Schwingungsknoten etwas gegenüber der Drahtmitte verschoben ist.

Nach einem weiterbildenden Merkmal der Erfindung wird der mittlere Schwingungsknoten durch Teile der Halterung gebildet, welche den Schwingdraht an diesem Punkt kippbar und die Schwingungsübertragung vom ersten auf den zweiten Abschnitt

sich quer zur Schwingdrahtachse erstreckenden Haltedraht befestigt sein, dessen Enden am Träger gelagert sind.

Die Erregung des ersten Drahtabschnittes zu Schwingungen kann auf verschiedene Weise erfolgen. Bevorzugt wird die elektromagnetische Schwingungsanfachung durch das Zusammenwirken eines Magnetfeldes, dessen Kraftlinien im rechten Winkel zur

spannung ergibt sich aus der Schwingung des zweiten
Drahtabschnittes in einem Magnetfeld. Durch die
Erfindung werden die beiden Drahtabschnitte sowohl

Träger 10 gehalten werden. Zwei kleine Unterlegscheiben 18 und 20 isolieren die Laschen 14 und 16 vom Träger 10. Besteht der Träger 10 aus Isolier-

also an, magnetische Kraftlinien des Feldes zwischen den Magneten 38 und 40 zu schneiden, so daß im zweiten Drahtabschnitt eine Wechselspannung induziert wird, welche über die Leitungen 52 und 54 dem 5 Verstärker 50 zugeführt wird. Die Größe dieser Spannung ist der Neigung der Schwingungsebene des zweiten Drahtabschnittes gegenüber den Kraftlinien des Magnetfeldes zwischen den Magneten 38 und 40 proportional.

Mit der Zeit bewirkt der Antrieb des ersten Drahtabschnittes durch die Magnete 32 und 34 und den diesen Abschnitt durchfließenden Wechselstrom, daß sich auch die Schwingungsebene des zweiten Drahtabschnittes dreht und in die ursprüngliche Ebene,

material, so können die beiden Unterlegscheiben 18
und 20 entfallen. Der Draht 12 wird ferner etwa in
seiner Mitte von einem kleinen Joch- oder Haltedraht 22 getragen, der sich quer zur Achse des
Drahtes 12 erstreckt und dessen Enden an zwei vom
Träger 10 getragenen Laschen 24 und 26 befestigt
sind. Der Haltedraht 22 verhindert die Verlagerung
des Schwingdrahtes 12 in irgendeiner Richtung und
dient zugleich als elektrischer Anschluß zum Draht
12. Der Haltedraht 22 kann um seine Längsachse io
verdreht werden und bildet so ein flexibles Lager
für den Schwingdraht 12. Wenn der Draht 12 in
Schwingungen versetzt ist, entsteht etwa in seiner
Mitte ein Schwingungsknoten. Infolge der Kipplagerung durch den Jochdraht 22 werden jegliche Schwin- 15 bezogen auf den Träger 10, zurückkehrt. Der Betrag gungen, die in einem der beiden Abschnitte des der Neigung der Schwingungsebene des zweiten Schwingdrahtes 12 auftreten, mit gleicher Frequenz Drahtabschnittes gegenüber ihrer Ursprungslage aber entgegengesetzter Phasenlage auf den anderen hängt also von der Drehgeschwindigkeit des Trägers Drahtabschnitt übertragen. Die Kipplagerung mittels 10 ab. Das dem Verstärker 50 zugeführte Signal ist des Jochdrahtes 22 stört die Schwingungsübertragung 20 also ein Maß für die Winkelgeschwindigkeit des nicht. Trägers 10.

Ein Haltebügel 30 trägt zwei Permanentmagnete Die Phasenlage des dem Verstärker 50 zugeleiteten

32 und 34 zu beiden Seiten des Schwingdrahtes 12. Signals kann entweder mit derjenigen des Signal-Die beiden Magnete erzeugen ein Feld, dessen Kraft- generators übereinstimmen oder dieser entgegengelinien praktisch senkrecht zum ersten Abschnitt des 25 setzt sein, je nachdem in welcher Richtung der Drahtes 12 gerichtet sind. In ähnlicher Weise hält Träger 10 gedreht wird. Das Ausgangssignal des Verein zweiter Bügel 36 zwei Magnete 38 und 40, deren stärkers 50 kann deshalb durch Vergleich mit einem Kraftlinien rechtwinklig zu einem zweiten Abschnitt dem Demodulator 58 über die Leitung 56 vom Gedes Drahtes 12 und außerdem zu den Kraftlinien nerator 42 zugeleiteten Bezugssignal demoduliert der Magnete 32 und 34 verlaufen. Ein elektrischer 30 werden. Das Ausgangssignal des phasenempfindlichen Signalgenerator 42 erzeugt einen Wechselstrom, wel- Demodulators 58 ist eine Gleichspannung, deren eher über die Leitungen 44 und 46 an den ersten Größe der Winkelgeschwindigkeit proportional ist Abschnitt des Schwingdrahtes gelegt wird und diesen und deren Polarität von der Drehrichtung des Tradurchfließt. Die Frequenz des Generators 42 ent- gers 10 um die Achse des Drahtes 12 abhängt, spricht der Eigenfrequenz des Schwingdrahtes 12. 35 Phasenempfindliche Demodulatorschaltungen, die für Besteht dieser beispielsweise aus Wolfram und be- diese Zwecke geeignet sind, gehören zum Stand der trägt seine Gesamtlänge etwa 50,8 mm und ist er Technik.

etwa einer Spannung von 105,461 kg/mm² ausgesetzt, Es wurde bereits erwähnt, daß die Leistungsfähig-

so liegt seine Resonanzfrequenz bei 4,56 kHz. Unter keit und Genauigkeit des Winkelgeschwindigkeitsdiesen Verhältnissen wird der Signalgenerator 42 40 messers gemäß der Erfindung dadurch verbessert einen Wechselstrom von 4,56 kHz durch den ersten werden können, daß man den Draht etwas verstimmt, Abschnitt des Schwingdrahtes 12 schicken. Infolge so daß nur die vom Antriebsmechanismus herrührendieses Stromflusses durch den ersten Abschnitt des den Schwingungen aufrechterhalten werden, nicht Drahtes 12 im Bereich des Feldes der beiden aber irgendwelche Störschwingungen. Es genügt eine Magnete 32 und 34 schwingt dieser Drahtabschnitt 45 leichte Verstimmung. Bei Verwendung, beispielsweise in einer Ebene, die rechtwinklig zum Träger 10 liegt. eines Wolframdrahtes mit den oben angegebenen Diese Schwingungen werden über die Kipplagerung Abmessungen, und unter der genannten Spannung mittels des Haltedrahtes 22 auf den zweiten Schwing- genügt eine Verstimmung durch Verschieben des drahtabschnitt übertragen, so daß dieser in derselben mittleren Schwingungsknotens um 4 bis 6 °/o der Ebene schwingt. Da das Feld der beiden Magnete 50 Gesamtlänge. Durch Versuche lassen sich auch 38 und 40 senkrecht auf dem Träger 10 steht, andere günstige Werte der Verschiebung ermitteln, schneidet der schwingende zweite Drahtabschnitt Statt dessen kann die Verstimmung auch durch keine Kraftlinien dieses Feldes. Demzufolge wird Verwendung zweier Haltedrähte erreicht werden, die im zweiten Drahtabschnitt keine Spannung induziert. zu beiden Seiten des Mittelpunkts des Schwingdrahtes Über die beiden Laschen 16 und 24 sowie zwei 55 angeordnet sind. Eine andere Möglichkeit besteht Anschlußleitungen 52 und 54 ist der zweite Schwing- darin, den Schwingdraht aus zwei Abschnitten unterdrahtabschnitt an den Eingang eines Verstärkers 50 schiedlichen Gewichts zusammenzusetzen und damit angeschlossen. So lange der schwingende zweite die beiden Abschnitte dynamisch ungleich zu machen. Drahtabschnitt keine Kraftlinien schneidet, wird dem Auch andere Abwandlungen sind im Rahmen der

Verstärker 50 kein Signal zugeführt. Die beiden 60 Erfindung denkbar, beispielsweise läßt sich die Schwingdrahtabschnitte sind elektrisch voneinander Schwingungserregung des ersten Drahtabschnittes getrennt. statt auf elektromagnetischen Wegen auch mecha-

Wird der Träger 10 um eine Achse geschwenkt, nisch durchführen. Auch die Lagerung des mittleren die parallel zur Achse des Drahtes 12 verläuft, so Schwingungsknotens braucht nicht mit Hilfe eines drehen sich der Bügel 36 und die Magnete 38 und 40 65 Haltedrahtes 22 zu erfolgen, sondern kann auch mit. Wegen der Trägheit des Schwingdrahtes 12 dadurch erreicht werden, daß der Schwingdraht über jedoch versucht dieser in derselben Ebene weiter- eine Messerkante oder durch eine kleine Öffnung in zuschwingen. Der zweite Schwingdrahtabschnitt fängt einem Bügel geführt wird. Auch die Messungen der

Amplitude und Phasenlage des Ausgangssignals läßt sich durch verschiedene Schaltungen erreichen.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Winkelgeschwindigkeitsmesser mit einem zwischen zwei von einem Träger gehaltenen Lagerstellen ausgespannten Schwingdraht, der in mechanische Schwingungen versetzt wird und in dem elektrische Wechselspannungen erzeugt werden, sobald beim Drehen des Trägers um die Achse des Drahtes die Schwingungsebene des Drahtes hinter der Drehung des Trägers zurückbleibt und damit der schwingende Draht die Kraftlinien eines Magneten schneidet, dessen Feld bei stillstehendem Träger parallel zur Schwingungsebene des Drahtes verläuft, dadurchgekennzeichnet, daß der Schwingdraht(12) an drei als Schwingungsknoten wirkenden Stellen (14,22,16) gelagert ist, welche den Draht in ao zwei Abschnitte unterteilen, daß der erste Abschnitt des Drahtes in bekannter Weise in einer vorgegebenen Ebene, bezogen auf den Träger, in Schwingungen versetzt wird, welche über den mittleren Schwingungsknoten auf den zweiten Abschnitt übertragen werden, daß wenigstens ein Teil des zweiten Abschnittes in an sich bekannter Weise in einem Magnetfeld schwingt, dessen Kraftlinien die Schwingungsebene des ersten Abschnittes nicht schneiden, und daß der zweite Abschnitt mit Anschlußleitungen (52, 54) versehen ist, an welchen beim Drehen des Trägers (10) um die Achse des Drahtes eine elektrische Wechselspannung auftritt.

2. Winkelgeschwindigkeitsmesser nach An-Spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Schwingungsknoten praktisch in der Mitte des Drahtes liegt.

3. Winkelgeschwindigkeitsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht gegenüber seiner Eigenresonanzfrequenz verstimmt ist.

4. Winkelgeschwindigkeitsmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Schwingungsknoten um 4 bis 6 °/o gegenüber der Drahtmitte verschoben ist.

5. Winkelgeschwindigkeitsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Schwingungsknoten durch Teile der Halterung gebildet wird, welche den Schwingdraht an diesem Punkt kippbar und die Schwingungsübertragung nicht behindernd tragen.

6. Winkelgeschwindigkeitsmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingdraht (12) im mittleren Schwingungsknoten an einem sich quer zur Schwingdrahtachse erstreckenden Haltedraht (22) befestigt ist, dessen Enden am Träger (10) gelagert sind.

7. Winkelgeschwindigkeitsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Schwingungsanfachung des ersten Schwingdrahtabschnittes dieser in einem Magnetfeld angeordnet ist, dessen Kraftlinien im rechten Winkel zur gewünschten Schwingungsebene verlaufen und daß dem ersten Schwingdrahtabschnitt ein Wechselstrom zugeführt wird.

8. Winkelgeschwindigkeitsmesser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Wechselstromes etwa der Eigenresonanzfrequenz des Schwingdrahtes entspricht.

9. Winkelgeschwindigkeitsmesser nach Anspruch? oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß einer phasenempfindlichen Demodulatorschaltung (58) einerseits als Bezugssignal ein dem Erreger-Wechselstrom für den ersten Schwingdrahtabschnitt entsprechendes Signal und andererseits das an den Anschlußleitungen (52, 54) des zweiten Abschnittes entstehende Signal zugeführt und hieraus eine in ihrer Größe der Winkelgeschwindigkeit des Trägers um die Drahtachse proportionale und in ihrer Polarität von der Drehrichtung abhängige Ausgangsgleichsspannung abgeleitet wird.

10. Winkelgeschwindigkeitsmesser nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete, deren Feld der erste bzw. zweite Schwingdrahtabschnitt durchsetzt, Permanentmagnete (32, 34 bzw. 38, 40) sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen