DE1523231B2 - Meßvorrichtung für die Drehzahl und die Winkelstellung einer Welle - Google Patents

Description

einem Maximum, wenn der Blende 14 s ein heller hellen Abschnitt 44 α und 48 α der beiden Platten 44 Abschnitt 12 α gegenüberliegt, und einen Minimum, und 48, bis er auf die Fotozellen 45 und 49 auftrifft, wenn der Blende 14 s ein dunkler Abschnitt 12 b ge- Durch das Einschieben des Strahlteilers 47 in den

genüberliegt. Die Ausgangsspannung der Fotozelle Lichtweg läßt sich damit ein einziger durch die rotie-15 ist -wellenförmig. Die Frequenz dieser Spannung 5 rende Strichscheibe 40 durchtretender Lichtstrahl hängt von der Drehzahl der Welle 11 ab. Innerhalb zum Erzeugen von sowohl der Sinuswelle als auch der des Winkelabstandes zwischen einem dunklen Ab- Kosinuswelle verwenden. Auf diese Weise haben schnitt und einem hellen Abschnitt 12 b und 12 α Taumelbewegungen der bedruckten Seite der Scheibe hängt die Phase des von der Fotozelle 15 erzeugten 40, Ungenauigkeiten in der Glasoberfläche und eine Ausgangssignals von der Winkelstellung der Welle io Exzentrizität der Scheibenhalterung keinerlei Einfluß .11 ab. Die Wellenform dieses Ausgangssignals liegt auf das Phasenverhältnis zwischen den beiden Ausim Bereich zwischen einem abgerundeten Sägezahn gangssignalen. Nach einer erstmaligen Einstellung und einer guten Sinuswelle. Dies hängt von der ReIa- der Strichplatten 44 und 48, die das gewünschte Phativlage und dem Abstand zwischen Blende, Scheibe senverhältnis zwischen den von den Fotozellen 45 und Fotozelle ab. Die folgende Beschreibung geht 15 und 49 abgegebenen Signalen sicherstellt, wird dieses davon aus, daß die Sinuswellen einen nur geringen gewünschte Phasenverhältnis unabhängig von sämtli-Oberwellengehalt haben. chen Mängeln der Scheibe 40 konstant beibehalten.

Die in Fig. 2 gezeigte optische Anzeigevorrich- Infolge der Tiefenschärfe der Linse 46 bleibt das

tung arbeitet praktisch genauso wie die Vorrichtung Ausgangssignal, falls es anfangs auf eine reine Sinusnach Fig. 1. Eine ortsfeste Strichplatte oder Bahn 24 20 form eingestellt wurde, frei von Verzerrungen, die aus abwechselnd hellen Abschnitten 24 a und dunk- durch Taumelbewegungen der Scheibe hervorgerufen len Abschnitten 24 b wird statt der Platte 14 ver- werden könnten. Die Linse 46 dient somit einem wandt. Auf diese Weise erhält man eine Vielfach- zweifachen Zweck. Einmal läßt sich der Abstand blende, und die Menge des auf die Fotozelle 25 auf- zum Strahlteiler 47 vergrößern, und zum anderen wird treffenden Lichtes wird erhöht, so daß auch das end- 25 eine reine Sinusform beibehalten. Jedoch ist es der gültig erzielte sinusförmige Ausgangssignal eine grö- Strahlteiler 47, der das konstante Phasenverhältnis ßere Amplitude als bei Fig. 1 hat. sicherstellt. Dies ist der Hauptzweck der vorliegen-

Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten, die den Erfindung.

durch den engen Abstand zwischen der ortsfesten Der Abstand auf beiden Seiten der Linse 46 ist

Platte oder Bahn und der rotierenden Bahn hervor- 30 gleich der doppelten Brennweite. Man wählt diesen gerufen werden, hat man die in F i g. 3 gezeigte Aus- Abstand so, damit die Platte 42 ohne Vergrößerung führung verwandt, bei der eine Linse 36 zwischen oder Verkleinerung auf die beiden ortsfesten Strich-Scheibe 30 und Strichplatte 34 eingesetzt ist. platten 44 und 48 projiziert wird. Infolge des Mate-

Mit den vorstehenden beschriebenen drei Anzeige- rials, aus dem der Strahlteiler 47 gefertigt ist, ist die systemen kann man zwei um 90° gegeneinander ver- 35 Länge der Lichtbahn auf der rechten Seite der Linse schobene Ausgangssignale, d. h. ein Kosinussignal 46 größer als auf deren linker Seite,
und ein Sinussignal, erzielen. Man verwendet dazu Die Erfindung wurde in erster Linie im Zusam-

eine ortsfeste Strichplatte, eine Lichtquelle und eine menhang mit der Erzeugung von zwei um 90° verFotozelle, die sämtlich in einer Linie mit einem be- setzten Signalen beschrieben. Selbstverständlich kann sonderen Abschnitt der rotierenden Bahn der Strich- 4° man jede der beiden ortsfesten Strichplatten 44 oder scheibe liegen. Die Lage der ortsfesten Strichplatte 48 auch so einstellen, daß die von den Fotozellen 45 wird dann so eingestellt, daß sich an der zweiten Fo- und 49 erzeugten Ausgangssignale jedes beliebige tozelle ein Ausgangssignal einstellt, das jedes belie- Phasenverhältnis erhalten.

bige Phasenverhältnis zu dem Signal der ersten Foto- Die Projektionslinse 46 wird verwandt, um zwi-

zelle hat. Die Beschränkungen dieser Systeme liegen 45 sehen der rotierenden Strichscheibe 40 und den beidarin, daß die Exzentrizität der Halterung der den ortsfesten Platten 44 und 48 genügend Raum zu Scheibe, Taumelbewegungen der Scheibe, Unge- erzielen, damit man den Strahlteiler 47 einsetzen nauigkeiten in der Beschichtung der rotierenden kann. Außerdem ergeben sich durch die Linse 46 Scheibe und Oberflächenfehler im Glas bewirken, auch noch die anderen vorstehend genannten Vordaß der Phasenwinkel zwischen den von den beiden 50 teile. Es ist jedoch denkbar, daß der Abstand zwi-Fotozellen erzeugten Signalen bei jeder Drehung der sehen der rotierenden Strichscheibe 40 und den orts-Welle um 360° schwankt. festen Platten bei Anwendung einer groben Untertei-

Fig.4 zeigt eine optische Meßvorrichtung, die lung (bei Hochgeschwindigkeits-Tachometern) genüzwei Ausgangssignale liefert, die ständig und genau gend groß wird, so daß man den Strahlteiler 47 auch um jeden beliebigen Phasenwinkel auseinanderliegen. 55 ohne die Verwendung einer Projektionslinse 46 zwi-B ei den meisten Anwendungen liegen die beiden sehen der rotierenden Strichscheibe 40 und den bei-Ausgangssignale um 90° auseinander. F i g. 4 ver- den ortsfesten Platten 44 und 48 einsetzen kann,
wendet einen Strahlteiler 47, der einen Teil des Die beiden feststehenden Platten können natürlich

durch die rotierende Bahn 42 einer Strichscheibe 40 zum Erzielen des gewünschten Phasenverhältnisses durchtretenden Lichtes auf eine erste ortsfeste Bahn 60 verstellbar sein. Der in der Beschreibung und in den oder Strichplatte 44 lenkt und einen weiteren Teil noch folgenden Ansprüchen verwandte Ausdruck des Lichtes auf eine zweite ortsfeste Bahn oder »Fotozelle« Schließt jede Vorrichtung ein, die man Strichplatte 48 wirft. Auf diese Weise tritt ein einzi- zum Erzeugen eines elektrischen Signals aus einem ger von der Lichtquelle 43 abgegebener Lichtstrahl Lichtsignal verwenden kann.

durch die hellen Abschnitte 42 a der rotierenden 65 Der Strahlteiler wird hier als ein Mittel beschrie-Strichscheibe 40 durch, wird von der Linse 46 durch ben, mit dem man aus einem Hauptlichtsignal zwei den Strahlteiler 47 auf die beiden ortsfesten Strich- getrennte Hilfslichtsignale erzielt. Das beste Mittel plattten 44 und 48 projiziert und durchläuft dann die zum Erzeugen von zwei solchen Hilfslichtsignalen ist

ein Strahlteiler. Statt des Strahlteilers kann jedoch auch ein Zeit-Unterteilungsmechanismus verwandt werden, z.B. ein rotierender Spiegel, mit dem der Hauptlichtstrahl in zwei Hilfslichtstrahlen aufgeteilt wird. Eine solche Maßnahme ist nicht die bevorzugte Ausführung.

Bei Anwendung geeigneter Linsen und geeigneter Abstände kann man die Hilfslichtstrahlen auch noch in weitere Strahlen unterteilen, so daß man mehr als zwei Ausgangssignale erhält. Eine solche Konstruktion ist lediglich ein wiederholtes Aneinandersetzen des erfindungsgemäßen Grundprinzips.

Der Ausdruck »ortsfeste Bahn« (Strichplatte) ist hier im Gegensatz zu der in F i g. 1 gezeigten Blendenanordnung verwandt worden. Es ist jedoch darauf hingewiesen, daß eine solche Bahn lediglich ein Nebeneinandersetzen von mehreren Blenden ist. Der Ausdruck »Bahn« soll somit auch eine Bahn einschließen, die nur einen einzigen Abschnitt enthält und somit eine einfache Blende ist. Aus den obengenannten Gründen wird jedoch eine Bahn gegenüber ίο einer Blende bevorzugt, da das endgültige Ausgangssignal eine größere Amplitude hat. Sonst ist die Arbeitsweise von Bahn und Blende praktisch identisch.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Strichplatte durchläßt und einen anderen Teil des Patentansprüche: Lichtes auf eine zweite Strichplatte ablenkt, die im Lichtweg des abgelenkten Lichtes liegt und hinter

1. Meßvorrichtung für die Drehzahl und Win- welcher eine zweite Photozelle angeordnet ist, und kelstellung einer Welle unter Verwendung einer 5 daß die beiden Platten derart zerstörbar skid, daß die auf die Welle aufgesetzten Strichscheibe, einer gewünschte Phasenbeziehung zwischen den Ausden Strichen gegenüberliegenden Lichtquelle, gangsgrößen der Photozellen erzeugt wird.

einer im Lichtweg auf der anderen Seite der Die Verwendung eines Strahlteilers und die Ver-

Strichscheibe angeordneten Linse, einer im Licht- Wendung photoelektrischer Vorrichtungen ist als solweg hinter der Luise liegenden Strichplatte und io ehe bereits durch das USA.-Patent 2142 378 bekannt, einer im Lichtweg noch hinter dieser Platte lie- Im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung sieht aber gendenFotozelle, dadurch gekennzeich- das USA.-Patent 2142378 eine bewegliche Lichtnet, daß im Lichtweg zwischen Linse (46) und quelle vor, wobei ein beweglicher Lichtstrahl auf den Platte (44) ein Strahlteiler (47) liegt, der einen Strahlteiler auf trifft Dabei ist bei dieser bekannten Teil des Lichtes zur Strichplatte (44) durchläßt 15 Vorrichtung beabsichtigt, normale Änderungen des und einen anderen Teil des Lichtes auf eine zweite Umgebungslichtes auszulöschen, so daß der Betrieb Stnchplatte (48,48 a, 48 b) ablenkt, die im Licht- der Vorrichtung durch solche Einflüsse nicht nachweg des abgelenkten Lichtes liegt und hinter wel- teilig beeinflußt wird. Die der vorliegenden Erfincher eine zweite Fotozelle angeordnet ist, und dung zugrunde liegende unterschiedliche Aufgabe daß die beiden Platten (44, 48) derart verstellbar ao wurde bereits oben herausgestellt
sind, daß die gewünschte Phasenbeziehung zwi- Die vorliegende Erfindung kann als Teil eines opschen den Ausgangsgrößen der Fotozellen (45, tischen Tachometers benutzt werden. Ferner ermög-49) erzeugt wird (F i g. 4). licht es die Erfindung, die erforderliche Genauigkeit

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- bei Steuersystemen zu erreichen, die einen Motor bei kennzeichnet, daß der Strahlteiler (47) durch as sehr geringen Drehzahlen oder aber bei der Drehzahl zwei aufeinanderliegend© und eine Reflexions- Null steuern müssen.

schicht bildende Prismen gebildet wird. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- der Erfindung besteht der Strahlteiler aus zwei Priskennzeichnetj daß der Strahlteiler (47) durch men. Mit einem weiteren Ausführungsbeispiel wird einen rotierenden Spiegel gebildet ist. 30 der Strahlteiler durch einen rotierenden Spiegel gebildet. ;

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung

beschrieben; in der Zeichnung zeigt

.·;■·■.'. Fig. 1 eine schematische Darstellung einer be-

35 kannten Anzeigevorrichtung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer etwas

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßvorrich- komplizierten bekannten Vorrichtung,
tung für die Drehzahl und die Winkelstellung einer Fig. 3 eine schematische Darstellung einer AbWelle unter Verwendung einer auf die Welle aufge- Wandlung der Vorrichtung nach Fig. 2,
setzten Strichscheibe, einer den Strichen gegenüber- 40 Fig. 4 eine schematische Darstellung der erfinliegenden Lichtquelle, einer im Lichtweg auf der an- dungsgemäßen optischen Meßvorrichtung, wobei die deren Seite der Strichscheibe angeordneten Linse, erfindungsgemäße Verbesserung zum Erzielen von einer im Lichtweg hinter der Linse liegenden Strich- zwei um 90° verschobenen Signalen bei der in platte und einer im Lichtweg noch hinter dieser Fig. 3 gezeigten Vorrichtung verwandt wird.
Platte liegenden Photozelle. 45 Fig. 1 zeigt eine Glasscheibe 10, die auf einer

Die Verwendung einer sich drehenden Strichscheibe Welle 11 befestigt ist, deren Winkelstellung und zusammen mit einer Strichplatte, einer Lichtquelle Drehzahl gemessen werden sollen. Die Welle 11 He- und einer Photozelle zur Erzeugung einer Folge von fert somit den Eingangswert für die optische Anzeielektrischen Signalen ist bereits bekannt, und es wird gevorrichtung. Eine Kreisbahn 12 mit abwechselnd beispielsweise auf das deutsche Patent 709029 ver- 50 hellen Abschnitten 12« und dunklen Abschnitten wiesen. In diesem Patent ist bereits eine Vorrichtung 12 b ist zur Bildung einer Strichscheibe nahe am Umbeschrieben, welche diese Elemente zur Erzeugung fang der Scheibe 11 auf eine Scheibenseite aufgeeiner Folge von elektrischen Signalen benutzt, die druckt Eine Lichtquelle 13, eine Platte 14 mit einer keine durch eine nicht vollständig präzise Form der Blende 14 α und eine Fotozelle 15 werden in einer Scheibe verursachten Ungleichmäßigkeiten aufwei- 55 Linie derart angeordnet, daß das von der Lichtquelle sen. Zur Erreichung einer solchen störungsfreien Im- 13 abgestrahlte Licht durch die Blende 14 α und die pulsfolge sieht das deutsche Patent 709 029 vor, daß Kreisbahn 12 durchtritt und dann auf die Fotozelle gleichzeitig zwei oder mehrere Impulse summiert 15 auftrifft, so daß diese ein elektrisches Ausgangswerden, die an verschiedenen Stellen der Scheibe ge- signal bildet. Die Abmessungen der Blende 14 s sind bildet werden. Demgegenüber betrifft die vorliegende 60 auf die Abmessungen der dunklen und der hellen Erfindung die Aufgabe, eine Vorrichtung der ein- Abschnitte 12 b und 12 α abgestimmt. Wenn ein dunkgangs genannten Art derart auszubilden, daß zwei ler Abschnitt 126 der Blende 14s gegenüberliegt, Ausgangssignale mit konstanter Phasendifferenz und trifft ein Lichtminimum auf die Fotozelle 15 auf; hoher Genauigkeit erzeugt werden. wenn ein heller Abschnitt 12 α der Blende 14 s ge-

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei 65 genüberliegt, trifft praktisch das gesamte durch die einer Vorrichtung der eingangs genannten Art vor, Blende 14 s durchtretende Licht auf die Fotozelle 15 daß im Lichtweg zwischen Linse und Platte ein auf. Bei einer Drehung der Welle 11 schwankt das Strahlteiler liegt, der einen Teil des Lichtes zur auf die Fotozelle 15 auftretende Licht zwischen