DE1523161C - Anordnung zur Messung der Relativ geschwindigkeit eines Fluids - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Mes- mit einer Phasenlage entsprechend dem richtigen Vor-

sung der Relativgeschwindigkeit eines Fluids gegen- zeichen der zugeführteh Stellgröße geöffnet ist.

über einem Bezugspunkt mit einem elektrischen Ge- Die Schaffung einer derartigen erfindungsgemäßen

schwindigkeitsfühler an dem Bezugspunkt und einem Anordnung erfüllt ein in der Praxis seit längerer Zeit

Geschwindigkeitsanzeiger, der durch die Stellgröße 5 bestehendes Bedürfnis nach einem Geschwindigkeits-

eines Folgereglers beeinflußt ist, an dessen Eingängen anzeiger mit großem Meßbereich infolge digitaler

die Ausgangsgröße des Geschwindigkeitsfühlers als Anzeige, geringer Zeitkonstante und zuverlässiger

Führungsgröße und die der angezeigten Geschwindig- Betriebsweise im wesentlichen ohne Verwendung

keit proportionale Ausgangsgröße des Geschwindig- mechanischer Bauelemente,

keitsanzeigers als Regelgröße liegen. io Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen

Insbesondere nach der USA.-Patentschrift Anordnung besteht darin, daß diese günstig mit 3 114 260 sind bereits Anordnungen der erwähnten einem digitalen Integrator zusammengefaßt werden Art bekannt, bei denen der elektrische Geschwindig- kann, der ebenfalls vollektronisch arbeitet,
keitsfühler (in Form eines von einem Schiffsrumpf Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnach außen vorragenden Stabes) ein elektrisches 15 nung näher erläutert, welche ein Ausführungsbeispiel Wechselspannungssignal bestehend aus zwei um 180° einer erfindungsgemäßen Anordnung in Blockschaltphasenverschobenen, gegenüber Masse symmetri-. bilddarstellung zeigt.

sehen Spannungen liefert. Diese beiden Spannungen, Ein Wandler 62 erhält von einem (nicht gezeigten) deren Amplituden proportional der Relativgeschwin- Geschwindigkeitsfühler, insbesondere einem solchen digkeit des Fluids (Wasser) gegenüber dem Bezugs- 20 nach Art von Fig. 3 bis 5 der USA.-Patentschrift punkt (Schiffsrumpf bzw. Geschwindigkeitsfühler) 3 114 260, eine Eingangsgröße und gibt ausgangssind, werden einem Wandler zugeführt, der im we- seitig an Leitungen-64, 66 zwei Gleichspannungen ab, sentliehen aus einem Übertrager mit drei Wicklungen deren Differenz nach Größe und Vorzeichen der besteht, von denen zwei symmetrische Eingangswick- Differenz zwischen dem Zählstand eines Bestandteils hingen durch die um 180° phasenverschobenen Span- 25 eines Geschwindigkeitsanzeigers bildenden, vor- und nungen des Geschwindigkeitsfühlers und eine Korn- rückstellbaren Digitalzählers 94 (Regelgröße) gegenpensationswicklung durch eine Wechselspannung be- über der Eingangsgröße des Wandlers 62 (Führungsaufschlagt sind, welche proportional der Ausgangs- größe) proportional ist. Wenn also der Zählstand des größe des Geschwindigkeitsanzeigers ist und norma- Digitalzählers 94 der Eingangsgröße des Wandlers 62 lerweise die in den beiden Eingangswicklungen vor- 30 entspricht, so sind die Gleichspannungen auf den Leiliegenden Spannungen kompensiert. Der Wandler gibt tungen 64, 66 gleich hoch bzw. deren Differenz gleich an zwei Ausgängen entsprechend je einem Pol der Null; ist der Zählstand des Digitalzählers 94 geringer beiden Eingangswicklungen lediglich dann um 180° als die Eingangsgröße des Wandlers 62 (entsprechend gegeneinander phäsenverschobene Ausgangswechsel- einer zunehmenden Geschwindigkeit bzw. positiven spannungen ab, wenn eine Differenz zwischen der 35 Beschleunigung), so ist die eine der beiden Gleich-Ausgangsgröße des Geschwindigkeitsanzeigers sowie spannungen, beispielsweise diejenige auf der Leitung derjenigen des Geschwindigkeitsfühlers vorliegt. Je 66, höher als diejenige auf der Leitung 64. Ist der nach dem positiven oder negativen Vorzeichen dieser Zählstand des Digitalzählers 94 höher als die EinDifferenz überwiegt die eine oder andere Wechsel- gangsgröße des Wandlers 62, so liegt der umgekehrte spannung in ihrer Amplitude. Über einen Phasendis- 40 Fall vor, daß die Spannung an der Leitung 64 höher kriminator wird diejenige der beiden um 180° pha- als diejenige an der Leitung 66 ist.
senverschobenen Wechselspannungen, welche die Dem Wandler 62 sind zwei Zerhackerundstufen 72, größere Amplitude hat, verstärkt, während die andere 74 nachgeschaltet, an deren einem Eingang die Leiunterdrückt wird. Der Geschwindigkeitsanzeiger wird tung 66 bzw. 64 liegt, während jeweils ein anderer Π¹ danach mit einer eine Vorstellung oder Rückstellung 45 Eingang dieser Zerhackerundstufen 72, 74 durch * bewirkenden Stellgröße beaufschlagt und enlspre- einen einstellbaren Zeitbasisimpulsgenerator 84 bechend eingestellt. Eine Einstellung des Geschwindig- aufschlagt ist. Am Ausgang der Zerhackerundstufen .keitsanzeigers sowie insbesondere eines diesem züge- 72, 74 erscheint je ein Puls mit der Frequenz des ordneten Integrators wird mittels dauernd in Betrieb Zeitbasisimpulsgenerators 84 und einer Amplitude befindlicher Stellmotoren bewirkt. 50 entsprechend der Größe der Gleichspannung auf der

Zweck der vorliegenden Erfindung ist demgegen- Leitung 66 bzw. 64. Die jeweils eingestellte Frequenz über die Schaffung einer vollektronisch arbeitenden des Zeitbasisimpulsgenerators 84 beeinflußt die Zeit-Anordnung zur digitalen Messung der Rclativge- konstante der Anordnung.

schwindigkeit eines Fluids gegenüber einem Bezugs- Den Zerhackerundstufen 72, 74 sind Schnellwcrtpunkt, bei welcher zur laufenden Einstellung des 55 diskriminatoren 86,88 nachgeordnet, welche vermöge

Geschwindigkeitsanzeigcrs sowie eines diesem even- entsprechender Einstellung lediglich für solche Im-

tuell zugeordneten Integrators keine dauernd in Be- piilsampliiudcn durchlässig sind, die entstehen, wenn

trieb befindlichen Stellmotoren verwendet werden die Gleichspannung auf einer der Leitungen 66 oder

müssen. Erreicht wird dies erfindungsgemäß dadurch, 64 diejenige der jeweils anderen Leitung wesentlich daß der Geschwindigkeitsanzeiger als Digital/abler 60 übersteigt. Wenn also die Differenz zwischen Regel-

aiisgcbildet ist und einen zugeordneten Digital/ größe und Führungsgröße gleich oder annähernd

Analog-Waiuller zur Abgabe der Regelgröße aufweist gleich Null ist, was annähernd gleichen Spannungen

und daß in dem Folgeregler ein Analog/Digital- auf den Leitungen 66, 64 entspricht, so wird weder

Wandler zur Umsetzung der Stellgröße jeweils in eine von dem Schwcllwertdiskriminator86 noch von dem entsprechende Anzahl von Impulsen, die sich bezug- 65 Schwellwertdiskriminator 88 eine Ausgangsgröße an

lieh ihrer Phasenlage gemäß dem Vorzeichen der den Digilalzählcr 94 abgegeben. Erst dann, wenn eine

Stellgröße unterscheiden, sowie ein Phasendiskrimi- wesentliche Differenz zwischen Regelgröße und Füh-

nator vorgesehen sind, welcher lediglich für Impulse rungsgröße vorliegt, sei es positiv oder negativ, er-

scheint, je nach dem Vorzeichen dieser Differenz, lediglich an einem der beiden Schwellwertdiskriminatöreii-86,88 ein Ausgangspuls. Durch entsprechende Einstellung der Schwellwerte der beiden Schwellwertdiskriminatoren 86, 88 läßt sich die An-Sprechempfindlichkeit der Anordnung nach Wunsch einstellen.

Der Digitalzähler 94 weist drei Ausgänge auf, von denen der erste mit einem Tachometer 125, der zweite mit einer Vergleichsstufe 230 und der dritte mit einem Digital/Analog-Wandler 164 verbunden ist. Der Digital/Analog-Wandler 164 gibt über ein Justierglied 176 sowie einen Schalter 172 eine Regelgröße an einen Kompensationseingang des Wandlers 62 ab. Liegt zwischen dieser Regelgröße sowie der Führungsgröße am Eingang des Wandlers 62 keine Differenz vor, so erscheinen an den Leitungen 64, 66 des Wandlers 62 Gleichspannungen von jeweils gleicher Größe, wie dies bereits erwähnt wurde. Mittels des Justiergliedes 176 kann bei Einstellung des Schalters 172 gemäß der Zeichnung sowie beim Vorliegen einer bekannten maximalen Relativgeschwindigkeit eines Fluids gegenüber einem Bezugspunkt der Tachometer 125 entsprechend eingestellt werden. Um eine Nulljustierung herbeizuführen, wird der Schalter 172 bei einer Relativgeschwindigkeit des Fluids gegenüber dem Bezugspunkt entsprechend dem Wert Null so eingestellt, daß mittels eines Eichgrößengebers 210 über ein Justierglied 180 sowie den Schalter 172 eine Regelgröße entsprechend einer Geschwindigkeitsanzeige Null an dem Tachometer 125 auf den Kompensationseingang des Wandlers 62 gegeben wird. Auf diese Weise läßt sich eine genaue Geschwindigkeitseichung am Beginn und am Ende des Meßbereiches erzielen.

In einem Integrator ist ein lediglich vorstellbarer, kontinuierlich umlaufender Digitalzähler 240 enthalten, welcher von einem Impulsgenerator 242 mit einer Frequenz von 1 MHz getastet wird. Der Ausgang des Digitalzählers 240 liegt an der Vergleichstufe 230, die lediglich bei Zählgleichstand der Digitalzähler 94, 240 ein Ausgangssignal an einen Flip/Flop 266 abgibt. Der Flip/Flop 266 ist zusätzlich zu der Vergleichstufe 230 auch durch einen Endimpuls des Digitalzählers 240 zu verstellen, der an einem besonderen Ausgang desselben erscheint. Eine Undstufe 270 ist mit ihrem Signaleingang durch den Impulsgenerator 242 beaufschlagt, während ein Tasteingang an dem Flip/Flop 266 liegt. Die Undstufe 270 wird durch den Flip/Flop 266 lediglich dann geöffnet, sobald ein Endimpuls von dem Digitalzähler 240 an den Flip/Flop 266 gelangt. Beginnt danach der Digitalzähler 240 seinen Umlauf, so gelangen Impulse von dem Impulsgenerator 242 über die Undstufe 270 zu einem Wegmesser 274, der eine digitale Integrationsanzeige der Geschwindigkeit über die Zeit wiedergibt. Sobald jedoch der Digitalzähler 240 einen Zählgleichstand mit dem Digitalzähler 94 erreicht hat, stellt die Vergleichsstufe 230 den Flip/Flop 266 in seine andere Betriebsstellung ein, wonach keine weiteren Impulse von dem Impulsgenerator 242 über die Undstufe 270 zu dem Wegmesser 274 gelangen können.

In jeder vollen Umlaufperiode des Digitalzählers 240 gelangt demnach lediglich eine solche Anzahl von Impulsen zu dem Wegmesser 274, welche der jewei- ⁶S !igen Einstellung des vor- und rückstellbaren Digitalzählers 94 entspricht. Da eine Umlaufperiode des Digitalzählers 240 sehr kurz gegenüber dem Zeitraum einer möglichen Geschwindigkeitsänderung ist, läßt sich mit dem Wegmesser 274 eine beliebig genaue Integration der Geschwindigkeit über die Zeit erreichen.

Um auch bei einem Ausfall des (nicht gezeigten) Geschwindigkeitsfühlers infolge überlagerter Störfaktoren (beispielsweise Unterwasserströmungen im Falle der Messung der Relativgeschwindigkeit von Wasser gegenüber einem Schiff) gleichwohl den wahren zurückgelegten Weg annähernd abschätzen zu können (»Koppeln«), kann über einen Schalter 89,91 an Stelle der Ausgangsgröße der Zerhackerundstufen 86, 88 ein Paar gekoppelter Eingangsgrößen proportional einer simulierten Geschwindigkeit von einem Geschwindigkeitssimulator 226 her eingespeist werden.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Messung der Relativgeschwindigkeit eines Fluids gegenüber einem Bezugspunkt mit einem elektrischen Geschwindigkeitsfühler an dem Bezugspunkt und einem Geschwindigkeitsanzeiger, der durch die Stellgröße eines Folgereglers beeinflußt ist, an dessen Eingängen die Ausgangsgröße des Geschwindigkeitsfühlers als Führungsgröße und die der angezeigten Geschwindigkeit proportionale Ausgangsgröße des Geschwindigkeitsanzeigers als Regelgröße liegen, dadurch gekennzeichnet, daß der Geschwindigkeitsanzeiger als Digitalzähler (94) ausgebildet ist und einen zugeordneten Digital/Analog-Wandler (164) zur Abgabe der Regelgröße aufweist und daß in dem Folgeregler ein Analog/Digital-Wandler (72, 74) zur Umsetzung der Stellgröße jeweils in eine entsprechende Anzahl von Impulsen, die sich bezüglich ihrer Phasenlage gemäß dem Vorzeichen der Stellgröße unterscheiden, sowie ein Phasendiskriminator (72, 74, 86, 88) vorgesehen sind, welcher lediglich für Impulse mit einer Phasenlage entsprechend dem richtigen Vorzeichen der zugeführten Stellgröße geöffnet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Analog/Digital-Wandler zwei seitens eines Zeitbasisimpulsgenerators (84) getastete Zerhackerundstufen (72, 74) umfaßt, welche eingangsseitig durch je eine von zwei gekoppelten Gleichspannungen (Leitungen 66, 64) beaufschlagt sind, deren Differenz nach Vorzeichen und Größe der Differenz zwischen der Regelgröße und der Führungsgröße entspricht.

3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Zerhackerundstufen (72, 74) je ein Schwellwertdiskriminator (86, 88) nachgeordnet ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert bei den Schwellwertdiskriminatoren (86, 88) gemeinsam verstellbar ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Störbeseitigung an Stelle der Ausgangsgrößen der Zerhackerundstufen (72, 74) bzw. Schwellwertdiskriminatoren (86, 88) wahlweise ein Paar willkürlich einstellbarer gekoppelter Eingangsgrößen (Geschwindigkeitssimulator 226) dem Geschwindigkeitsanzeiger (94) zuführbar ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Geschwindigkeitsanzeiger einen vor- und rückstellbaren Digitalzähler (94) umfaßt und daß ein Integrator vorgesehen ist, welcher einen lediglich vorstellbaren, kontinuierlich umlaufenden Digitalzähler (240), eine von dessen Ausgangsgröße sowie von derjenigen des vor- und rückstellbaren Digitalzählers (94) beaufschlagte Vergleichsstufe (230), eine Torschaltung (266, 270), die seitens des dauernd umlaufenden Digitalzählers (240) sowie der Vergleichsstufe (230) beaufschlagt und in jeder Umlaufperiode des letztgenannten Digitalzählers

(240) lediglich von dessen Zählstand Null bis zum Erreichen eines Zählgleichstandes mit dem ^vor- und rückstellbaren Digitalzähler (94) geöffnet ist, sowie eine der Torschaltung (266, 270) nachgeordnete Weganzeigeeinrichtung (274) umfaßt.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Nulleinstellung an Stelle der an dem Ausgang des Digital/Analog-Wandlers (164) erscheinenden, Regelgröße wahlweise eine fest simulierte Regelgröße entsprechend einer Geschwindigkeit Null (Eichgrößengeber 210) in den Geschwindigkeitsanzeiger einzuspeisen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen