DE1922461A1

DE1922461A1 - Einrichtung zum Messen der relativen Bewegung eines Gegenstandes

Info

Publication number: DE1922461A1
Application number: DE19691922461
Authority: DE
Inventors: Andermo Dipl-Ing Nils Ingvar
Original assignee: INST FOER MIKROVAGSTEKNIK
Current assignee: INST FOER MIKROVAGSTEKNIK
Priority date: 1969-04-30
Filing date: 1969-04-30
Publication date: 1970-11-12
Also published as: FR2043949A5

Description

j 529

-leg.

Institutet for mikrovagsteknik, Pack, 10.0 44 Stockholm 70,

(Schweden)

Einrichtung zum Messen der relativen Bewegung eines Gegenstandes

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung sum Messen der relativen Bewegung eines Gegenstandes. Solche Messungen sind ζ·Β. in der Papierindustrie von Interesse, wenn, die Länge eines Streifens des hergestellten Papiers bestimmt werden muss. Die zurzeit angewendeten Messverfahren beruhen allgemein auf einer mechanischen Übertragung der Papierbewegung auf einen Zähler. Die Übertragung erfolgt über eine der Walzen der Papierherstellungsmaschine oder über ein besonderes Rad, das mit dem erzeugten Papier in Berührung steht. Bei .einer solchen Übertragung besteht immer ein gewisser Schlupf, so dass eine genaue Messung schwierig durchzuführen ist. Ähnliche mechanische Schwierigkeiten treten bei der Messung der Geschwindigkeit eines Eisenbahnzuges auf» Da jedoch das Bestreben besteht, den Betrieb bei der

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Eisenbahn automatisch, durchzuführen, so müssen die Geschwindigkeitsmessungen genau ausgeführt werden können,, ;

Mit der Erfindung sollen die obengenannten Aufgaben gelöst werden. Die Merkmale der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Messen von Geschwindigkeiten sind in den beiliegenden Patentansprüchen angeführt.

Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben. In den beiliegenden Zeichnungen zeigt die

Fig_o1 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zum Messen einer länge eines vorwärtsbewegten Papierbandes,

Pig.2 eine andere Ausführung der Einrichtung nach der Fig. T,"

Fig.3 eine Einrichtung zum Messen der Geschwindigkeit eines

Eisenbahnzuges,
Fig.4 eine andere Ausführung der Einrichtung nach der Fig.3 _f

Fig.5 eine graphische Darstellung von Strömen, die bei der Einrichtung nach der Fig.3 auftreten, und die

Fig»6 eine graphische Darstellung von Signalen, die aus der •Fühleinrichtung erhalten werden.

Werden bei einer Papiererzeugungsmaschine Gütemessungen des Papiers durchgeführt, z.B. das Flächengewicht oder die Transparenz, so wird ein Signal erhalten, das als Folge von Unebenheiten des Papiers st_ark schwanken kann. Diese Schwankungen sind dem Rauschen ähnlich und weisen eine obere Frequenz auf, die in der Hauptsache von dem Auflösungsvermögen der Fühleinrichtungen abhängt. Es wird angenommen, dass das Signal durch die Zeitfunktion f (t) dargestellt werden kann. Wird in einer Entfernung - 1 - von der ersten Fühleinrichtung eine weitere Fühleinrichtung angeordnet, so wird ein zweites Signal erhalten, das durch die Zeitfunktion f(t - ^) dargestellt werden kann, wobei - ν die Papiergeschwindigkeit ist, d.h.· dieses Signal weist eine Verzögerung yon ^ gegenüber dem ersten Signal auf. Die Ermittlung der Papiergeschwindigkeit erfolgt nunmehr äurch Bestimmen der Verzögerung zwischen Signalen aus zwei Fühleinriehtungen,

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die längs der Papierbahn mit Abstand von einander angeordnet sind. Diese Verzögerung kann z'.B, bestimmt werden mittels einer einstellbaren Verzögerungsschaltung und mit einer Einrichtung zum Bestimmen der Identität zwischen den beiden Signalen (f(t -T) und f(t - —). Bei einer entsprechenden Eichung der Verzögerungsschaltung kann eine direkte Information über die Papiergeschwindigkeit erhalten werden.

Die Fig.1 zeigt eine Papierbahn 10, die sich mit der Geschwindigkeit ν von links, nach rechts bewegt. Die Messeinrichtung besteht aus den beiden, mit einem Abstand 1 von einander angeordneten Fühlern 11 und 12, einer Verzögerungsschaltung 13, einer Vergleichsschaltung 14-, einer Kontrollschaltung 15, die zwischen den Ausgang der Vergleichsschaltung und einen Steuereingang der Verzögerungsschaltung 13 geschaltet ist, sowie zwei Anzeigeeinrichtungen 16 und 17, die an einen Ausgang der Verzögerungsschaltung angeschlossen sind, und die die Geschwindigkeit ν = := und die Papierlänge s =/vdt anzeigen.

Über den Fühler 11 wird ein Signal f(t) empfangen, das z.B. das Flächengewicht oder die Transparenz eines kleinen und gut definierten Bezirks auf der Papierbahn 10 darstellt. Dieses Signal wird der Verzögerungsschaltung 13 und nach einer Verzögerung einem Eingang der Vergleichsschaltung 14 zugeführt.Über den Fühler 12 wird ein Signal f(t - —) empfangen, das direkt zum anderen Eingang der Vergleichsschaltung 14 geleitet wird. Am Ausgang der Schaltung 14 wird ein Signal erhalten, das proportional der Differenz der beiden zugeführten Signale ist, d.h. k· ff (t-T)-f(t-^r)J . Dieses Differenzsignal wird Null, wenn =^r wird, und beeinflusst über die Steuerschaltung 13 die Verzögerungsschaltung, so dass von der Geschwindigkeitsanzeigeeinrichtung 16 und der Papierlängenanzeigeeinrlchtung"17 eine Anzeige der Verzögerung empfangen wird.

Die Verzögerungsschaltung ist so eingerichtet, dass deren Verzögerung innerhalb einer gegebenen Verzögerungsperiode verändert wird, wobei für jede Periode der Verzögerungswert erhalten wird, der zu einer Zeit τ den Wert f(t - T) = f (t - -) macht.

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Zum Messen von verhältnismäßig kleinen Geschwindigkeiten kann die in der Mg.2 dargestellte abgeänderte Einrichtung benutzt werden. Diese Einrichtung ist mit einem Fühler 22 ausgestattet, der mittels einer Spindel 23 in bezug auf den Fühler 11 bewegbar ist. Die Verzögerungsschaltung 13 wird _suf einen festgesetzten Wert eingestellt. Das Ausgangssignal aus der Vergleichsschaltung 14 betätigt einen Motor 21, der die Gewindespindel 23 in dem einen oder anderen Sinne dreht und dabei den Fühler 22 bewegt, bis die Bedingung ν s 1 erfüllt ist. An einer Skala kann dann die Geschwindigkeit abgelesen werden.

Die obenstehenden Ausführungen sollen eine Möglichkeit zum Messen von Geschwindigkeiten nach der Erfindung erläutern. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Geschwindigkeitsmessung von Papierbahnen beschränkt. Die Erfindung kann ebensogut zum Messen der Geschwindigkeit von Eisenbahnzügen angewendet werden.

Die in der Fig.3 dargestellte Einrichtung dient zum Messen der Geschwindigkeit von Eisenbahnzügen. Die Einrichtung wird an einer Lokomotive angebracht, die auf der Schiene 30 mit einer Geschwindigkeit ν von rechts nach links fahren soll. Die Fühler 11 und 12 bewegen sich nacheinander über der Schiene, die von zwei Lichtquellen 31 und 32 angestrahlt wird, welche lichtquellen mit den betreffenden ^Fühlern verbunden sind. Die aus den Fühlern empfangenen Signalen sind einem Häuschen ähnlich, etwa wie in der Fig.6 dargestellt, die die Funktionen f.. = f(t) bezw, f₂ ■« f(t -^) zeigt. Der fühler 11 steht über einen Verstärker 33 mit einem Aufzeichnungskopf 34 in Verbindung. Das Signal i/("?bi) wird auf einer Aufzeicnnungsscheibe 35 auf gezeichnet. Nach einer Verzögerung von f- £ wi5*d dieses Signal von einem Jiiedergabekopf 36 wiedergegeben, der mil; einem Verstärker 361 verbunden ist. Am Ausgang wird ein Signal f _1a erhalten. Jiach einer ^Ver_r zögerung von X+ ^ witd das -Signal von einem ^eteTgaibekapf ^? wiedergegeben, der ail; einem Verstärker 3*J1 verTsundifen is't, an dessen Ausgang ein Signal f^ erhalten wird. MLt*els eines Löschkopfes 58 i»ird das auf gezeichnete Signal dann so dass die Aufäticnnungsscheibe 3^5 zvim. Aufzeichitiin | nächsten tJto^ehu^g zur Verfügung sifc^ht.

ORIGINAL !NSPEOTSB

Der Fühler 12 steht über einen Verstärker 39 mit je einem Eingang von zwei MuItiplikationsschaltungen 362 und 372 in Verbindung. Das zugeführte Signal kann durch die Gleichung fp= f(t-^ ) ausgedrückt werden. Die Verstärker 361 und 371 sind jeweils mit einem zweiten Eingang der Schaltungen 362 bezw« 372 verbunden, in denen nunmehr die Produkte f.. · fp bezw„ f..^ · fp erzeugt werden. Jedes dieser Produkte enthält eine Gleichstromkomponente, deren Abhängigkeit von ^- - X ungefähr die gleichen Merkmale aufweist, wie in den beiden oberen Kurven in der Fig.5 dargestellt. Diese Gleichstromkomponenten I_& bezw. I^ werden von den Tiefpassfiltern 363 und 373 ausgefiltert und den Eingängen eines Differentialverstärkers 391 zugeführt, dessen Ausgangsstrom nunmehr eine Funktion von ~- -1 ist, wie durch die untere Kurve in der Figo5 dargestellt* Diese Spannung wird einer Frequenzkontrollschaltung 392 zugeführt, die bei einer positiven Spannung aus dem Differentialverstärker bewirkt, dass der Oszillator 393 seine Frequenz erhöht, während bei einer negativen Spannung die Frequenz herabgesetzt wird. Mit der Ausgangsspannung des Oszillators wird ein Synchronmotor 394- betrieben, der seinerseits die Aufzeichnungsscheibe 35 antreibt. Hierbei wird bei einer Erhöhung de'r Frequent die Verzögerung t vermindert. Die Frequenz des Oszillators wird daher auf einen Wert festgelegt, bei dem die Bedingung t- 1 = 0 erfüllt wird. Die Frequenzkontrollschaltung 392 ist so eingerichtet, dass bei Fehlen einer Spannung an den Eingängen die Frequenz innerhalb eines gewissen Bereiches hin- und herschwankt, wobei eine Frequenz ermittelt wird, bei der ein Strom I - I^ fließt und die Einrichtung-festlegt.

Die oben beschriebene Einrichtung regelt die Drehzahl der Aufzeichnungsscheibe 35 auf einen Wert ein, der der Geschwindigkeit der Lokomotive proportional ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die Signalverzögerung bei der Scheibe gleich der Zeit bemessen'wird, die der Zug zum Durchfahren der Strecke -1-benötigt. Die Geschwindigkeitsmessung wird dabei in eine Frequenzmessung am Oszillator 393 umgewandelt. Die Genauigkeit der Messung hängt von der^:'Genauigkeit' ab, mit der die Fühler und * •die Aufzeichnungsköpfe angebracht werden 'können', sowie von dem

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Auflösungsvermögen der betreffenden Schaltungselemente. Mit- . tels einer Anzeigeeinrichtung 395 am Ausgang des Oszillators kann eine Information über die Geschwindigkeit, (frequenzmesser) oder über die Strecke (Periodenzähler) erhalten werden.

Bei der Einrichtung nach der Fig»3 werden zwei Wiedergabeköpfe 36 und 37 benutzt. Es ist jedoch auch möglich, einen Wiedergabekopf zu verwendender ein Signal f^ erzeugt, und zwei Fühler 12, die sehr nahe beieinander angeordnet werden, und die die beiden Signale fp„ und f_2b erzeugen. Durch Multiplikation werden die Produkte ^fi'^f2a ^un^ⁱ ^1^#f2b ^erilal"^fcen> ^{die in der} oben beschriebenen Weise behandelt werden.

Die in der Figo 4 dargestellte Einrichtung stellt eine Abwandlung des im vorstehenden Absatz erläuterten Prinzips dar» Anstelle der optischen Fühler werden magnetische Fühler verwendet und im besonderen ein Fühler 41, der ein vom magnetischen Zustand der.Schiene abhängendes Signal f*(t) erzeugt, sowie zweir Fühler 42 und 43» die mit geringem Abstand von einander angeordnet sind. Diese letztgenannten beiden Fühler sind vom Fühler 41 in einer Entfernung - 1 - angeordnet. Die erzeugten Signale f.,(t -Tf) f₂a^ ¹^ ^f1^* •^mX^"ⁱ2b^ werden über die Tiefpassfilter 421 und 431 einem Differentialverstärker 44 zugeführt. Die Produktsignale werden nach einer Verzögerung des Signals f^(t) aus dem Fühler 41 in der Verzögerungsschaltung 13 in dem Verstärker 45 verstärkt und in Hall-Einrichtungen eingeführt, die in den Fühlern 42 und 43 einander nachgeschaltet sind. f₂ und fg^ werden mit f-(t) nach den Gleichun-

f_2a(t) -.I₁Ct - Ιφ , f_2b = ±_Λ{Ϊ - 1±4) in Beziehung gesetzt.

Nach dem bereits beschriebenen Verfahren wird zwischen den Differential Verstärker 44 und die Verzögerungs schaltung 13 eine Kontrollschaltung 15 geschaltet. Diese Schaltung verändert die Verzögerung T bis die Bedingung = ^ erfüllt ist.

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Die dargestellten Einrichtungen, bei denen ein Vergleich der Signale durch eine Multiplikation und durch ein Tiefpassfiltern erfolgt, sind für die Unterdrückung von Störungen sehr geeignet. Aus den IJultiplikationsschaltungen werden Gleichs tr omkomp onent en nur für mit einander in Beziehung stehende Signale aus den beiden Fühlern empfangen. Elektrische Störfelder, die im allgemeinen beide Fühler zur gleichen Zeit erreichen und der Geschwindigkeit einen unendlich großen Wert beimessen, können leicht ausgeschlossen werden. Bei Verwendung von optischen Fühlern werden Störungen z.B. durch wirbelnden Schnee verursacht, die in den Fühlern nicht mit einander in Beziehung gesetzt werden und daher das Ausgangssignal hinter dem Tiefpassfilter nicht beeinflussen.

Im Rahmen der Erfindung können einige Änderungen durchgeführt werden. Im Prinzip können Fühler versehiedener Ausführung verwendet werden unter der Bedingung, dass zwei einander gleiche, jedoch in bezug auf einander verzögerte Signale erzeugt werden. Es ist ferner nicht erforderlich, die Verzög«run^2w4s=shenzwei Fühlersignalen mit Hilfe einer Verzögerungsschaltung zu messen. Stattdessen kann die Verzögerung mittels eines anderen Zeitmessers gemessen werden.

Patentansprüche

Claims

P a t e n't ans ρ r ü c h e

Einrichtung zum Messen der relativen Bewegung eines Gegenstandes, gekennzeichnet durch eine am Gegenstand oder in dessen Nähe angeordnete Signalquelle, durch zwei in der gleichen Weise angeordnete Fühler, die zwei einem Rauschen ähnliche und gleiche Signale erzeugen, von denen das eine Signal dem anderen Signal entsprechend der Entfernung zwischen den beiden Fühlern zeitlich nacheilt, und dadurch gekennzeichnet ι dass die beiden Signale mit einander verglichen werden» wobei eine Anzeigeeinrichtung ein Anzeigesignal erzeugt, das von der Länge der Zeit zwischen den beiden Signalen abhängt.

2· Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine ■Verzögerungsschaltung zum Verzögern des führenden Signals, und durch eine Vergleichsschaltung, von der ein Eingang mit einem der Fühler verbunden ist, während der zweite Eingang mit dem anderen Fühler über die Verzögerungsschaltung in Verbindung steht, wobei ein Ausgang der Vergleichsschaltung mit einer Steuerschaltung verbunden ist, die ein Schaltungselement der Einrichtung so steuert, dass die an den Eingängen der Vergleichssehaltung auftretenden Signale einander möglichst gleich sind_β -

3. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fühler mit einem bestimmten Abstand von einander angeordnet sind, und dass die Steuerschaltung mit einem Steuereingang der Verzögerungsschaltung verbunden ist und die Verzögerung verändert, wobei an einem zweiten Ausgang der Verzögerungsschaltung ein Anzeigesignalerhalten wird* das von der Verzögerung der Verzögerungs schaltung abhängt und daher die tatsächliche Geschwindigkeit des Gegenstandes anzeigt.

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4. Einrichtung-nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungsschaltung aus einer Speichereinheit mit einem sich bewegenden Aufzeichnungsmittel, mit einem Aufzeichnungskopf und mit zwei Wiedergabeköpfen besteht, dass einer der Fühler über zwei MuItiplikationsschaltungen mit " beiden Eingängen der Vergleichsschaltung in Verbindung steht, dass der zweite Fühler mit dem Aufzeichnungskopf verbunden ist, dass jeder der beiden Wiedergabeköpfe mit einem eigenen Eingang der MuItiplikationsschaltungen verbunden ist, und dass die Steuerschaltung das Mittel steuert, das das Aufzeichnungsmittel antreibt.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass

ein dritter Fühler sehr nahe an einem der erstgenannten

der beiden Fühler angeordnet ist, dass der übrige beiden Fühler über die Verzögerungsschaltung mit den multiplizierenden Eingängen der beiden nahe beieinander angeordneten Fühlern verbunden ist, und dass jeder Ausgang der Fühler mit einem eigenen Eingang der Vergleichsschaltung verbunden isto

6. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Verzögerungsschaltung, deren Verzögerungszeit verändert werden kann, und durch eine Steuerschaltung, die mit einem Steuereingang der Verzögerungsschaltung verbunden ist und die Verzögerung auf einen Wert festlegt, der gleichen Signalen an den Eingängen der Vergleichsschaltung entspricht. .

7ο Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fühler in bezug auf den anderen Fühler bewegbar angeordnet ist, dass die Verzögerung der Verzögerungsschaltung konstant ist, und dass die Steuerschaltung mit der Schaltung zum Verändern der Entfernung zwischen den Fühlern verbunden ist, die auf den bewegbaren Fühler einwirkt.

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8. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Verzögerungsschaltung, die das eine der genannten Signale verzögert, durch eine Vergleichsschaltung, von der ein Eingang mit einem der Fühler verbunden ist, während ein zweiter Eingang über die Verzögerungsschaltung mit dem übrigen Fühler der beiden Fühler in Verbindung steht, und dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungsschaltung* eine sich periodisch verändernde Verzögerung bewirkt, und dass die Vergleichsschaltung am Ausgang ein Anzeigesignal zu der Zeit erzeugt, in der die Verzögerung der Verzögerungsschaltung dem umgekehrten Wert der relativen Geschwindigkeit zwischen dem Gegenstand und der Umgebung entspricht.

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Lee rs e i t e