DE2320941A1

DE2320941A1 - Verfahren zum messen einer geschwindigkeit und geschwindigkeits- oder drehzahlaufnehmer zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2320941A1
Application number: DE19732320941
Authority: DE
Inventors: Christian Gervais
Original assignee: Compagnie Electro Mecanique SA
Current assignee: Compagnie Electro Mecanique SA
Priority date: 1972-04-28
Filing date: 1973-04-25
Publication date: 1973-11-08
Also published as: SE385619B; JPS4967660A; FR2181554B1; FR2181554A1; IT983955B

Description

OEM 1375/Allemagne 25. April 1973

PR-PA 7215222 9071-73/Dr.v.B/hö

AO 28. April 1972

COMPAGNIE EIEOTEO-MECANIQUE

12 Rue Portalis, 75 Paris 8e/ffrankreich

Verfahren zum Messen einer Geschwindigkeit und Geschwindigkeits-' oder Drehzahlaufnehmer zur Durchführung des Verfahrens.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein

Verfahren zum Messen einer Geschwindigkeit oder einer Drehzahl sowie einen Geschwindigkeits- oder Drehzahlaufnehmer hoher Meßempfindlichkeit, der auf Nuten in einem vorbeilaufenden Metallteil anspricht.

Die bekannten Verfahren und Einrichtungen dieser Art weisen verschiedene wesentliche Mangel auf, insbesondere sind sie verhältnismäßig groß und anfällig gegen Beschädigungen und Umweltseinflüsse, wie Temperaturschwankungen und vorspringende Metallteilchen, die ihr einwandfreies Arbeiten beeinträchtigen.

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren oder eine Einrichtung zur Geschwindigkeits- oder Drehzahlmessung anzugeben, die wirtschaftlich sind, sich mit geringem Raumbedarf verwirklichen lassen und auch sonst die oben geschilderten Nachteile vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 und 4 gekennzeichnete Erfindung gelöst.

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Insbesondere enthält ein Geschwindigkeitsoder Drehzahlaufnehmer hoher Meßempfindlichkeit, der auf Hüten in einem vorbeilaufenden Metallteil (gezahnte Scheibe oder Zahnstange und dergleichen) anspricht, einen Oszillator, der durch Impedanzänderungen einer Selbstinduktion entsprechend den vorbeilaufenden Nuten modulierbar ist, ferner einen Mederfrequenz-Demodulator zur Demodulation der amplitudenmodulierten, vorzugsweise hochfrequenten Schwingungen des Oszillators, eine Schaltungsanordnung, die eine dem Mittelwert der Modulationsspannung (Modulatorausgangs spannung) entsprechende Spannung liefert, einen Subtrahierer oder Differenzverstärker, der den Mittelwert mit der demodulierten Spannung vergleicht und ein Ausgangssignal nur dann liefert, wenn die demodulierte Spannung größer (oder kleiner) als ihr Mittelwert ist, und eine Signalformungsschaltung für das Ausgangssignal des Subtrahierers, die ein rechteckförmiges Aufnehmer-Ausgangssignal liefert, dessen Frequenz proportional der Geschwindigkeit oder Drehzahl des Metallteils ist.

Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus dem Prinzip der iTiederfrequenzdemodulation der Schwingung eines Oszillators, die durch das zu messende Phänomen moduliert ist, hierdurch wird die Messung unabhängig von TemperaturSchwankungen und unempfindlich gegen vorspringende Metallteile, außerdem ist eine hohe Meßempfindlichkeit gewährleistet.

Der Aufnehmer kann außerdem sehr klein

und dicht gebaut werden, wobei der eigentliche Aufnehmerkopf mit der Selbstinduktion durch eine biegsame, halbstarre Verbindung mit einem kompakten Gerätegehäuse verbunden ist. Die Anordnung ist gegen Verschmutzungen, mechanische Einflüsse und elektrische Störungen abgeschirmt, wobei der Aufnehmerkopf und das die Elektronik enthaltende

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Gehäuse eine mechanische Einheit bilden, die mit einer Anschlußvorrichtung, z.B. einem mehrpoligen Stecker zum Anschluß an eine Versorgungs- und Prequenzmeßeinheit versehen sein kann.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:

Pig. 1 ein vereinfachtes Schaltbild eines Ausführungsbeispieles eines Drehzahlaufnehmers gemäß der Erfindung, und

Pig. 2 eine perspektivische Ansicht einer praktischen Ausführungsform eines Drehzahlaufnehmers gemäß der Erfindung.

Die in Pig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung wird durch eine Gleichspannung U gespeist.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Pig. 1 enthält einen Oszillator 1, z.B. in Gollpitts-Sehaltung, welcher einen Transistor 6 und eine Selbstinduktion in Porm einer Spule 7 enthält, welche vor einem gezahnten Metallteil 8 angeordnet ist, dessen Geschwindigkeit oder Drehzahl bestimmt werden soll. Beim Yorbeilaufen eines Zahnes nimmt die Induktiviät der Spule zu, gleichzeitig wächst jedoch auch der Scheinwiderstand der Spule wegen der erheblichen Verluste im Metall und der Gütefaktor Q nimmt entsprechend ab. Da sich das Metallteil 8 relativ zur Spule 7 bewegt, bewirkt es eine Modulation des Gütefaktors, dieser hat beim Vorbeilaufen einer Nut jeweils ein Maximum und beim Vorbeilaufen eines Zahnes ein Minimum; diese Schwankungen ergeben eine Prequenz- und Amplitudenmodulation der Hochfreqimzschwingungen des Oszillators. Hier wird lediglich die Amplitudenmodulation ausgenützt.

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Die Einrichtung gemäß Pig. 1 enthält

ferner einen ITiederfrequena-Demodulator 2, der im wesentlichen aus einer Diode 9 und einem Tiefpaßfilter besteht, welches durch die Parallelschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators gebildet wird,, An den Ausgang des Demodulators 2 ist eine EC-Sohaltung 3 angeschlossen, die einen Widerstand in Reihe mit einem Kondensator enthält, an deren Verbindung eine Spannung entsprechend dem Mittelwert der vom Demodulator 2 gelagerten Hiederfrequenz (Ni¹) auftritt. Diese Mittelwertspannung und die HP-Spannung vom Ausgang des Demodulators 2 werden durch einen Subtrahierer 4 verglichen, der im wesentlichen aus einem Differenzverstärker mit hohem Verstärkungsgrad besteht.

Auf den Subtrahierer 4 folgt eine

Signalformungsschaltung 5₉ welche im wesentlichen einen Transistor 1o enthält und an ihrem Ausgang 11 eine Rechteckspannung liefert, deren Prequenz proportional der Geschwindigkeit oder Drehzahl des Metallteils 8 ist.

Der Oszillator 1 liefert eine hochfrequente Trägerschwingung, deren Amplitude durch die Schwankungen des Gütefaktors der Spule 7 entsprechend der Bewegung des Metallteils 8 moduliert ist«, Der Demodulator 2 erzeugt die niederfrequente Modulationsspannung. Im Subtrahierer 4 wird diese niederfrequent© Modulationsspannung mit ihrem am Ausgang der RÖ»Schaltung 3 zur Verfügung stehenden Mittelwert verglichen. Das Metallteil 8 besteht bei Drehzahlmessungen im allgemeinen aus ©iner Scheibe und die Zeitkonetante der RC-Schaltung wird so bemessen, daß die Einflüsse d@r unvermeidbaren Exzentrizitäten der Scheibe verringert werden.

Wenn die niederfrequente Spannung über dem Mittelwert liegt, liefert der Subtrahierer eine Spannung gleich seiner Speisespannung, liegt dagegen die niederfrequente Spannung unter ihrem Mittelwert, so tritt

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am Ausgang des Subtrahierers die Spannung Null auf. Infolge der Verzerrungen durch die nicht-sofortige Sättigung des den Subtrahierer bildenden Verstärkers ist das Ausgangssignal des Subtrahierers 4 nicht genau rechteckig. Die Signalformungsschaltung 5 beseitigt diese Verzerrungen und liefert ein Rechtecksignal, dessen Frequenz direkt proportional der Geschwindigkeit oder Drehzahl des Metallteils 8 ist und dessen formfaktor nicht von der Form des Metallteils abhängt. Die Impulsbreite ist proportional zur Breite der Nuten, die Anstiegszeit liegt in der Größenordnung von Mikrosekunden. Durch Messung der Frequenz der Impulse läßt sich die Geschwindigkeit oder Drehzahl des Metallteils bestimmen.

Bei einer praktischen Ausführungsform

der Einrichtung gemäß der Erfindung konnte die Speisegleichspannung zwischen 6 und 2o Volt schwanken. Der Abstand des zylindrischen Aufnehmers (mit der Spule 7) von einer Scheibe, die Nuten kleiner Tiefe enthielt, konnte zwischen 1 und 4 mm betragen. Die Drehzahl ließ sich in einem Bereich messen, der dem Vorbeilaufen von 1o Zähnen pro Sekunde bis hinauf zu 5ooo Zähnen pro Sekunde entsprach. Diese Werte sind selbstverständlich nicht einschränkend auszulegen, sie sollen lediglich die durch die Erfindung geschaffenen' Möglichkeiten aufzeigen.

Das Arbeitsprinzip der vorliegenden

Einrichtung, nämlich der Vergleich einer niederfrequenten Spannung mit ihrem Mittelwert, ist praktisch unabhängig von Temperatur, die daher in einem großen Bereich, z.B. von -5O⁰C bis +200⁰C, außer Betracht bleiben kann. Die vorliegende Einrichtung erzeugt außerdem auf der Höhe der empfindlichen Fläche des Gebers oder Aufnehmers nur ein vernachlässigbares \md außerdem wechselndes Magnetfeld, so daß sich keine Metallteilchen aus der Umgebung ansammeln

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können, es besteht daher auch keine Gefahr, daß vom Aufnehmer Störinformation zum Empfangs sys tem übertragen wird. Aus dem selben Grund ist die Magnetisierung der Scheibe oder eines anderen vor dem Aufnehmer angeordneten Gebers unwesentlich.

Die Spule 7 (Fig. 1) kann, wie Fig. 2

zeigt, in einem Zylinder 12 untergebracht sein, der über ein Koaxialkabel 13 mit einem Gehäuse 14 verbunden ist, das die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung (mit Ausnahme der Spule 7) enthält. Das Gehäuse 14 ist mit einer Anschlußvorrichtung 15 versehen, die zum Anschluß einer Gleichspannungsversorgung sowie einer Schaltungsanordnung zur Messung der Frequenz der am Ausgang 11 (Fig. 1) auftretenden Impulse dient.

Die Anordnung ist mittels eines Mantels

16 abgedichtet, der das Koaxialkabel umgibt und in bekannter Weise am Zylinder 12 und am Gehäuse 14 befestigt ist. Die Einrichtung ist dadurch gegen Staub, Metallspäne, Wasser, Öl und andere Verunreinigungen geschützt, denen sie im Betrieb ausgesetzt werden kann. Das in geeigneter Weise gegen Beschädigungen geschützte Kabel ist genügend biegsam, um entsprechend den Anforderungen bei der Anwendung beliebig gebogen werden zu können.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Geschwindigkeits- oder Drehzahlaufnehmer holier Meßempfindlichkeit, der auf vorbeilaufende Nuten in einem Metallteil anspricht, gekennzeichnet durch einen Oszillator (1), der durch dem Vorbeilaufen der Nuten entsprechende Impedanzänderungen einer Selbstinduktion (7) modulierbar ist; eine Niederfrequenz-Demodulatorschaltung (2); eine Schaltungsanordnung (3) zum Erzeugen einer dem Mittelwert der Demodulatorausgangsspannung entsprechenden Spannung? einen Subtrahierer (4), der die Mittelwertspannung mit der Demodulatorausgangsspannung vergleicht und ein Ausgangssignal nur dann liefert, wenn die Demodulatorausgangsspannung größer ist als ihr Mittelwert; und eine Signalformungsschaltung (5)» die ein rechteckförmiges Ausgangssignal liefert, dessen Frequenz der Geschwindigkeit oder Drehzahl des Metallteils (8) proportional ist.

Aufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (1) ein Gollpitts-Oszialltor mit einem einzigen Transistor (6) ist; daß die Schaltungsanordnung (3) zum Erzeugen der Mittelwertspannung eine Reihenschaltung aus einem Widerstand und einer Kapazität enthält; daß der Subtrahierer im wesentlichen einen Verstärker mit hohem Verstärkungsgrad enthält und daß die Signalformungsschaltung (5) einen einzigen Transistor (1o) enthält.

Aufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungselemente der Schaltungsanordnung, mit Ausnahme der durch die vorbeilaufenden Nuten beeinflußten Selbstinduktion, in einem Gehäuse (H) angeordnet sind,

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das mit einer Anschießvorrichtung (15) versehen ist, und daß die Selbstinduktion (7) in einem vom Gehäuse (14) getrennten Schutzzylinder (12) untergebracht und mit dem Gehäuse in einem Koaxialkabel (13) mit abgedichtetem Mantel verbunden ist.

4. Verfahren zur Messung der Geschwindigkeit eines mit Nuten versehenen Metallteils bezüglich einer durch die vorbeilaufenden Nuten beeinflußten Selbstinduktion, dadurch gekennzeichnet , daß die Amplitude der Schwingungen eines Oszillators (1) durch die .Änderungen der Selbstinduktion (7) moduliert wirdj daß die amplitudenmodulierten Schwingungen demoduliert werden; daß die Modulationsspannung mit ihrem Mittelwert verglichen wird und eine Ausgangsspannung nur dann erzeugt wird, wenn eine vorgegebene Beziehung (größer oder kleiner) zwischen der Modulationsspannung und ihrem Mittelwert besteht, wobei eine rechteckförmige Ausgangsspanntmg erzeugt wird, deren !Frequenz der Geschwindigkeit proportional ist«,

5. Verfahren nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Selbstinduktion mit einer Wechselspannung so kleiner Amplitude gespeist wird, daß in dem vorbeilaufenden Metallteil (δ) keine permanente Magnetisierung erzeugt .

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