DE2544826C2 - Correlator for non-contact measurement of speed with several sensors - Google Patents

Description

Λ/ JΛ / J

-·■'.:' i, k = 1,2 und 1.3 bzw. 2,1 und 3,1 gewonnen werden, welche in einem Diskriminator mit einem zweiten ein-- · ■ '.:' i, k = 1.2 and 1.3 or 2.1 and 3.1 can be obtained, which in a discriminator with a second one

j.;. stellbaren Schwellwert verglichen werden, wobei jeweils das Unterschreiten dieses Sctwellwertes vonj.;. adjustable threshold value are compared, with each falling below this Sctwellwert of

i:; bereits nur einem der Signale Φ_Λ bzw. Φ_ω zur Anzeige gebracht wird.i :; only one of the signals Φ _Λ or Φ _ω is displayed.

■;-■· 5. Anordnung nach Patentanspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vergleich der korrelierten■; - ■ · 5. Arrangement according to patent claims 2 and 4, characterized in that a comparison of the correlated

U Signale Φ_Λ bzw. 0_kl mit einem Schwellwert dadurch erzielt wird, daß ein Zähler, der eine ZVilerkapazität N U signals Φ _Λ or 0 _kl with a threshold value is achieved in that a counter that has a ZVilerkapacity N

M hat, Signalkcinzidenzen der den Größen Φ_Ά bzw. Φ_α jeweils zugeordneten quanüsicffen SignaleM has signal incidences of the quantum signals assigned to the quantities Φ _Ά or Φ _α

** (sgn u,U - T_ik) und sgn u_k(i) bzw. sgn u_Kit - r«) und sgn u,(t)) innerhalb der Meßzeit M in NTaktschritten** (sgn u, U - T _ik ) and sgn u _k (i) or sgn u _K it - r «) and sgn u, (t)) within the measuring time M in N clock steps

zählt, wobei die Meßzeit M gleich dem Quotienten aus der Zählerkapazität N und der Taktfrequenz/des Spannungsfrequenzwandlers (SFW) ist (Fig. 8).counts, the measuring time M being equal to the quotient of the counter capacitance N and the clock frequency / voltage frequency converter (SFW) (FIG. 8).

|l Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.

% Eine derartige Anordnung dient der berührungslosen Messung der Relativgeschwindigkeit eines Objektes mit % Such an arrangement is used for the non-contact measurement of the relative speed of an object

|| Hilfe des Korrelationsverfahrens (vgl. DE-PS 2133 942) und besteht im wesentlichen aus drei parallel geschalte-|| Help of the correlation method (see DE-PS 2133 942) and essentially consists of three parallel-connected

ti ten Regelkreisen gemäß der Fig. 1.ti th control loops according to FIG. 1.

f3 Dabei sind mit M_x, M₂ und M₃ die Meßfühler bezeichnet, die die Oberfläche des Objektes O, das sich mit der f3 In this case, M _x , M ₂ and M ₃ denote the sensors, which are the surface of the object O, which is with the

: Geschwindigkeit ν in Pfeilrichtung bewegt, abtasten und infolge der Rauhigkeit der Oberfläche statistisch: Speed ν moved in the direction of the arrow, feel it and, due to the roughness of the surface, it is statistical

■ schwankende, elektrische Signale U₁ (/), U₂ (t) und 2/3 (t) erzeugen. ■ generate fluctuating electrical signals U ₁ (/), U ₂ (t) and 2/3 (t) .

Ά In den Begrenzern Bi und B₂ werden die Signale u, (t) und U₁ (/) auf die Form sgn «■ (/) und «gn u₂ (i) qiiantssiert. Ά In the limiters Bi and B ₂ the signals u, (t) and U ₁ (/) are quantized to the form sgn «■ (/) and« gn u ₂ (i).

5? Letzteres wird dem einen Eingang (-) der log. Verknüpfungsschaltung L₁₂ (Differenzbildung) zugeführt, während ersteres nach Verzögerung um die Modellaufzeit j_n mittels des Schieberegisters SR_n an den anderen Ein-5? The latter is the one input (-) of the log. Logic circuit ₁₂ L (difference) supplied, while the former j after being delayed by the model delay _n by means of the shift register SR _n to the other inputs

■ gang (+) der Verknüpfungsschaltung Li₂ gelangt, deren Ausgang die Differenz sgn M₁ (t) - sgn u₂ (t) ausgibt.■ gang (+) of the logic circuit Li ₂ arrives, the output of which outputs _{the difference sgn M 1} (t) - sgn u ₂ (t).

Gleichzeitig wird das Signal M₂(O durch das Glied D₁ differenziert und in dem Begrenzer B₄ auf die FormAt the same time, the signal M ₂ (O is differentiated by the element D ₁ and in the limiter B ₄ to the form

' sgn M₂ (/) gebracht. Mit Hilfe der Verknüpfungsschaltung L₁₂ .vird insgesamt nun das Produkt'so-called M ₂ (/) brought. With the help of the logic _{circuit L 12} .vird now the product

■x-12 U. τ_η) = [sgn κ, (t - Ti₂) - sgn M₂ (i)] sgn «₂ (/)■ x-12 U. τ _η ) = [sgn κ, (t - Ti ₂ ) - sgn M ₂ (i)] sgn « ₂ (/)

gebildet und der Additionsschaltung A zugeführt, wo es zu den in entsprechender Weise gewonnenen Signalenformed and fed to the addition circuit A , where it becomes the signals obtained in a corresponding manner

■ ^; r-n U. tu) = [sgn M₁ (t - r₁₃) - sgn M₃ (/)] sgn M₃ (/) ■ ^; rn U. tu) = [sgn M ₁ (t - r ₁₃ ) - sgn M ₃ (/)] sgn M ₃ (/)

undand

*23 U, T₂₃) = [sgn M₂ (/ - T₁₃) - sgn M₃ (i)] sgn U₃ (t) so * 23 U, T ₂₃ ) = [sgn M ₂ (/ - T ₁₃ ) - sgn M ₃ (i)] sgn U ₃ (t) so

addiert wird.is added.

Der dem Additionsglied A nachgeschaltete Integralregler / verstellt mit seiner Ausgangsspannung u, über den Spannungsfrequenzwandler SFW die Taktfrequenz/der Schieberegister ■£<? ₁₂, SR _l3 und SA₂₃, deren Stufenzahlen n_n, «π und n₂₃ zu den Meßfühlernabständen /₁₂, /₁₃ und /₂₃ im gleichen Verhältnis stehen:The integral regulator / connected downstream of the adder A adjusts the clock frequency / the shift register ■ £ <? With its output voltage u via the voltage frequency converter SFW. ₁₂ , SR _l3 and SA ₂₃ , the number of stages n _n , «π and n _{23 are} in the same ratio to the sensor distances / ₁₂ , / ₁₃ and / _23:

n_n : /i)₃ : n₂₃ = L₍₂ : /₁₃ : Z₂₃ n _n : / i) ₃ : n ₂₃ = L ₍₂ : / ₁₃ : Z ₂₃

Insgesamt stellt die Anordnung drei parallel geschaltete Regelkreise dar.Overall, the arrangement represents three control loops connected in parallel.

Die Wirkung dieser Parallschaltung läßt sich am besten verdeutlichen durch Betrachtung der zugehöri3en Korrelationsfunktionen. F i g. 2a zeigt schematisch die drei Korrelationsfunktionen Φ₁₂, Φ₁₃ und Φ₂₃ für die drei Signale sgn u_t, sgn u₂ und sgn M₃. Für die den ersten Abteilungen dieser Korrelationsfunktionen zugeordneten Regelkreisfunktionen/j_rt giltThe effect of this parallel connection can best be illustrated by considering the associated correlation functions. F i g. 2a shows schematically the three correlation functions Φ ₁₂ , Φ ₁₃ and Φ ₂₃ for the three signals sgn u _t , sgn u ₂ and sgn M ₃ . _{For the control loop functions / j rt} assigned to the first divisions of these correlation functions applies

ι rι r

x,_kdtx, _k dt

/, * = 1,2/, * = 1.2

/, k = 1,3/, k = 1.3

Trägt man sie in normierter Form auf, d. h. über der Zeit r jeweils bezogen auf die entsprechende Laufzeit 7"|₂, r,j bzw. T_n, mitIf they are plotted in normalized form, ie over the time r in each case based on the corresponding running time 7 ″ | ₂ , r, j or T _n , with

'Ik * > 'Ik * >

so ergeben sich die in Fig. 2b dargestellten Kurven. Als Gesamtkennlinie für den Reglereingang wirkt nun die Summe dieser normierten Ableitungen, so daß sich die in Fig. 2c gezeigte gemeinsame Kennliniethis results in the curves shown in FIG. 2b. The now acts as the overall characteristic for the controller input Sum of these normalized derivatives, so that the common characteristic shown in FIG. 2c

K_tn = /f)2 + /J₁J + Rj) K _tn = / f) 2 + / J ₁ J + Rj)

für den Regelkreis mit der Abgleichbedingung R_t„ = 0 ergibt.for the control loop with the adjustment condition R _t " = 0 results.

Die in dem Korrelator durchgeführte Laufzeitverzögerung der Signale bringt es mit sich, daß nur eine Relativgeschwindigkeit mit der in Fig. 1 gezeigten Richtung gemessen werden kann. Ein plötzlicher Stillstand oder eine Richtungsumkehr erzeugen eine Störung im Regelkreis. Zur Messung der Relativgeschwindigkeit in der umgekehrten Richtung muß auch der Korrelator umgedreht werden.The transit time delay of the signals carried out in the correlator means that only a relative speed with the direction shown in FIG. 1 can be measured. A sudden stop or a reversal of direction creates a disturbance in the control loop. To measure the relative speed in the in the opposite direction, the correlator must also be reversed.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, für einen Korrelator der eingangs genannten Art Maßnahmen anzugeben, mit denen eine Geschwindigkeitsmessung nach beiden Richtungen, eine eindeutige Bestimmung der Bewegungsrichtung und eine allgemeine Störungsüberwachung möglich wird und mit denen die Zeit zum richtigen Einschwingen des Regelkreises nach einem beliebigen Störfall weiter verringert werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des im Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2-5.The object of the present invention is therefore to provide measures for a correlator of the type mentioned above with which a speed measurement in both directions, an unambiguous determination of the direction of movement and general disturbance monitoring are possible and with which the time can be further reduced for correct settling of the control loop after any incident. According to the invention, this object is achieved by the characterizing features of claim 1 solved. Advantageous developments of the invention result from the features of claims 2-5.

Im folgenden werden Ausfuhrungsbeispiele nach der Erfindung anhand der F i g. 1 bis 8 näher erläutert, wobei die Fig. 1 und 2a-2c den im Hauptpatent beschriebenen Korrelator darstellt.In the following exemplary embodiments according to the invention with reference to the F i g. 1 to 8 explained in more detail, wherein Figures 1 and 2a-2c illustrate the correlator described in the parent patent.

F i g. 5 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Erfassung beider Geschwindigkeitsrichtungen für nur einen Regelkreis mit zwei Meßfühlersignalen u, (/) und M₂(O-F i g. 5 shows a block diagram of the device according to the invention for detecting both directions of speed for only one control loop with two sensor signals u, (/) and M ₂ (O- Mit Hilfe der Begrenzer B₁ und B₄, dem Differentiationsglied Z)₁ sowie den logischen Verknüpfungsschaltungen L₁₁ und IJ₂ sc-A-ic dem Schieberegister SXi₂ wird, wie in dem entsprechenden Regelkreis der Fig. 1, das SignalWith the help of the limiters B ₁ and B ₄ , the differentiation _{element Z) 1} and the logic circuits L ₁₁ and IJ ₂ sc-A-ic the shift register SXi ₂ , as in the corresponding control loop of FIG. 1, the signal

χ υ = [sgn u, (r -T_n)- sgn «₂(/)J sgn i/₂(/) χ υ = [sgn u, (r -T _n ) - sgn « ₂ (/) J sgn i / ₂ (/)

für die »Vorwärts-Richtung« gewonnen und über den Schalter S₁ dem Integralregler / zugeführt. In analoger Weise wird mit Hilfe eines weiteren Begrenzers B\, einem weiteren Differentiationsglied Z)₁, weiteren logischen Verknüpfungsschaltungen I₂₁ und I₂, sowie einem weiteren Schieberegister SR₂\, dessen Stufenzahl /I₂₁ gleich der Stufenzahl n_n des Schieberegisters SR_n ist, das Signalobtained for the "forward direction" and fed to the integral controller / _{via switch S 1.} In an analogous manner, with the help of a further limiter B \, a further differentiation element Z) ₁ , further logic circuits I ₂₁ and I ₂ , as well as a further shift register SR ₂ \, whose number of stages / I _{21 is} equal to the number of stages n _{n of} the shift register SR _n is that signal

Xn = (sgn "2 0 -T₂₁)- sgn u, (t)] sgn ü, (/) Xn = (sgn "2 0 -T ₂₁ ) - sgn u, (t)] sgn ü, (/)

für die »Rückwärts-Richtung« gebildet und über den Schalter S₂ ebenfalls dem Integralregler/ zugeführt. Da der dem Integralregler nachgeschaltete Spannungsfrequenzwandler SFW beide Schieberegister SR_n und SA₂, mit der gleichen Taktfrequenz/ versorgt, gilt wegen n₂₁ = n_n auch r₂i = T_n. Je nach der tatsächlichen Bewegung. richtung kann mittels des Schalters S bzw. S₂ die »falsche« Kreuzkorrelierte X₁₁ bzw. jt₂i abgeschaltet werden. Für einen Korrelator mit 3 Meßfühlern werden in analoger Weise die Signalefor the "backward direction" and also fed to the integral controller / via switch S _2. Since the voltage frequency converter SFW connected downstream of the integral regulator supplies both shift registers SR _n and SA ₂ with the same clock frequency /, because n ₂₁ = n _n , r ₂ i = T _n also applies. Depending on the actual movement. direction, the "wrong" cross-correlated X ₁₁ or jt ₂ i can be switched off using the switch S or S _2. For a correlator with 3 sensors, the signals

*»('. T_ik) = [sgn UiU - T_lk) - u_k(t)] sgn u_k(t) für die »Vorwärtsw-Richtung und* »('. T _ik ) = [sgn UiU - T _lk ) - u _k (t)] sgn u _k (t) for the» forward direction and

XkiU. r_ti) = [sgn u_k (/ - Tu) - sgn U₁(I)] sgn ü,(t) XkiU. r _ti ) = [sgn u _k (/ - Tu) - sgn U ₁ (I)] sgn ü, (t)

für die »Rückwärtse-Richtung gebildet. Das Blockschaltbild der Fig. 3 zeigt, wie mit Hilfe der Additionsschaltungen A bzw. A' die Signaleformed for the »reverse direction. The block diagram of FIG. 3 shows how the signals are generated with the aid of the addition circuits A and A '

4« ⁼ Xn ⁺ x\i ^{+ χ}23 (vorwärts) bzw.4 « ⁼ Xn ⁺ x \ i ^{+ χ} 23 (forward) or

4« ^{= χ}2\ + *3i + Xn (rückwärts) gewonnen werden und über die Schalter S₁ bzw. S₂ an den Eingang des Integralreglers / gelangen.4 « ^{= χ} 2 \ + * 3i + Xn (backwards) and get to the input of the integral controller / _{via the switch S 1} or S _2.

Eine eindeutige Bestimmung der Bewegungsrichtung als solche kann z. B. durch Messen der Korrelationsfunktionen </>i2 und Φ₂\ erfolgen; eine der beiden Korrelationsfunktionen hat den Maximalwert bei r = T und ist damit die »richtige«, die andere hat gleichzeitig einen Wert bei Null und ist damit die »falsche«. Eine derartige Anordnung zur Richtungserkennung ist in der Fig. 4 dargestellt. Aus den quantisierten SignalenA clear determination of the direction of movement as such can, for. B. be done by measuring the correlation functions </> i2 and Φ ₂ \; one of the two correlation functions has the maximum value at r = T and is therefore the "correct" one, the other at the same time has a value at zero and is therefore the "wrong" one. Such an arrangement for direction recognition is shown in FIG. From the quantized signals

sgn U₁(I-Tn) und sgn u_k(i), i.k=l2 und 2,1,
werden mit elektronischen Mitteln EM₁₁ und EM_2i die Signale Φ_η und Φ₂₁ gemäßsgn U ₁ (I-Tn) and sgn u _k (i), ik = l2 and 2,1,
the signals Φ _η and Φ ₂₁ according to electronic means EM ₁₁ and EM _2i

Φ* = lim — J sgn u,(i - t_IIc) sgn u*(0d/
οΦ * = lim - J sgn u, (i - t _IIc ) sgn u * (0d /
ο

gewonnen. M stellt die Meßzeit dar. In einem Diskriminator DK_x können dann die Größen Φ_η und Φ_2Χ mit einem einstellbaren Schwellwert verglichen werden.won. M represents the measurement time. In a discriminator DK _x , the variables Φ _η and Φ _2Χ can then be compared with an adjustable threshold value.

Mi? Hufe eines derartigen RichtungsdiskriminsJcrs kann das Abschalten bzw. Zuschalten der »falschen« bzw. »richtigen« Kreuzkorrelierten x£\ oder xf_e\ bei einer Anordnung nach dei Fig. 3 über die Schalter S_t bzw. S₂ automatisiert werden. Die »falsche« Kreuzkorrelierte verändert zwar die mittlere Kennlinie R_f„ im Abgleichpunkt kaum, jedoch wird die Meßwertstreuung vergrößert.Wed? With such a directional discriminator, the switching off or switching on of the “wrong” or “correct” cross-correlated x £ \ or xf _e \ in an arrangement according to FIG. 3 can be automated using the switches S _t or S _2. The "wrong" cross-correlated hardly changes the mean characteristic curve R _f " at the adjustment point, but the measurement value spread is increased.

Ein besonderer Vorteil dieser Art der Richtungserkennung gegenüber einer Probesuchbewegung oder anderer denkbarer Verfahren liegt darin, daß keine Zeit zum richtigen Einschwingen verloren wird, so daß also die Zeit einer fehlerhaften Geschwindigkeitsanzeige und damit der Fehler einer daraus ermittelten Länge (als Integral der Geschwindigkeit) minimal wird.A particular advantage of this type of directional recognition compared to a test visit movement or other A conceivable method is that no time is lost for correct settling, so that the time an incorrect speed display and thus the error of a length determined from it (as an integral the speed) becomes minimal.

Wie die Kennlinie von F i g. 2c zeigt, kann der Abgleichpunkt r = T von links her sicher erreicht werden, wenn als Anfangsbedingung ein kleiner, positiver r-Wert vorgegeben wird. Bei plötzlichen Richtungsänderungen (oder auch zu großen Beschleunigungen) kann es jedoch vorkommen, daß sich ein Wert τ > 2 T einstellt, wo R_ta wieder einen positiven Wert annimmt, was zu einer Instabilität des Regelkreises führt. Dies läßt sich verhindern durch Rücksetzen auf den Anfangswert und neues Einschwingen von links her. Während dieser Zeit werden aber falsche Meßwerte angezeigt, so daß z. B. die Messung der Länge (als Integral der Geschwindigkeit) fehlerhaft wird. Die Zeit der Fehlanzeige, also die Einschwingzeit zum Punkt T=T, läßt sich beträchtlich verkürzen, wenn man eine zumindest grobe Schätzung der Geschwindigkeit ν besitzt und aufgrund dieses Schätzwertes den Regelkreis gezielt zum Abgleichpunkt einschwingen läßt. Einen solchen Schätzwert kann man bei manchen Anwendungen z. B. von einem, an einem Rad oder einer Walze angebrachten Tachogenerator erhalten. Wünsehenswerter wäre jedoch ein Verfahren, das ohne solche äußeren Hilfssignale auskommt.Like the characteristic of Fig. 2c shows, the adjustment point r = T can be safely reached from the left if a small, positive r-value is specified as the initial condition. In the case of sudden changes in direction (or accelerations that are too great), however, it can happen that a value τ> 2 T occurs, where R _ta again assumes a positive value, which leads to instability of the control loop. This can be prevented by resetting to the initial value and starting again from the left. During this time, however, incorrect measured values are displayed, so that z. B. the measurement of the length (as an integral of the speed) is incorrect. The time of the false indication, i.e. the settling time to point T = T, can be shortened considerably if one has at least a rough estimate of the speed ν and, on the basis of this estimated value, allows the control loop to settle in a targeted manner at the adjustment point. Such an estimate can be used in some applications, e.g. B. obtained from a tachometer generator attached to a wheel or roller. However, a method that manages without such external auxiliary signals would be more desirable.

Dies läßt sich erfindungsgemäß dadurch erreichen, daß aus einem der Meßfuhlersignale u, (0, U₂ (0 oder u₃ (0 eine Bandmittenfrequenz f„ herausgefiltert wird, da diese der Geschwindigkeit der abgetasteten Oberfläche proportional ist und einen geeigneten Schätzwert liefert. Wie die Fi g. 6 zeigt, wird beispielsweise aus dem Meßfühlersignal«, (0 mittels einer elektronischen Einrichtung EAf eine der Geschwindigkeit ν entsprechender Frequenz-Schätzwert (Bandmittenfrequenz)^ gewonnen und über einen Frequenzspannungswandler FS W in eine Signalspannung u_/m umgewandelt. Mit ihr wird in der Differenzschaltung D die Spannungsdifferenz Ud ⁼ Uf_n, - u, zu der Ausgangsspannung u, des Integralreglers I gebildet und diesem wieder als Eingangsgröße additiv zu den anderen Signalen x_lk bzw. x_kl über einen Schalter S₃ zugeführt. Im Störungsfall wird der Schalter S₃ geschlossen, so daß mittels des Schätzwertes f_m der Einschwingvorgang erzwungen wird. Im Abgleich u_d - 0 wird der Schalter S₃ wieder geöffnet.According to the invention, this can be achieved by filtering out a band center frequency f " from one of the sensor signals u, (0, U ₂ (0 or u ₃ (0), since this is proportional to the speed of the surface being scanned and provides a suitable estimate Fig. 6 shows, for example, an estimated frequency value (band center frequency) ^ corresponding to the speed ν is obtained from the sensor signal, (0 by means of an electronic device EAf and converted into a signal voltage u _{/ m} via a frequency voltage converter FS W The voltage difference Ud ⁼ Uf _n , - u, to the output voltage u, of the integral controller I is formed in the differential circuit D and fed to this again as an input variable in addition to the other signals x _lk or x _kl via a switch S ₃ Switch S ₃ closed, so that the transient process is forced by means of the estimated value f _m . In the adjustment u _d - 0, the switch S ₃ becomes again r open.

Eine Überwachung der gesamten Anordnung auf beliebige Störungen hin wird erfindungsgemäß durch Überpüfen der Korrelationsfunktion Φ₁₂ bzw. Φ₂₁ für den Grobkreis sowie Φ_η bzw. Φ31 für den Feinkreis erreicht.A monitoring of the entire arrangement for any disturbances is achieved according to the invention by checking the correlation function Φ ₁₂ or Φ ₂₁ for the coarse circle and Φ _η or Φ31 for the fine circle.

Wie die Fig. 2a zeigt, besitzt jede der Korrelationsfunktionen Φ₁₂, Φ-β und Φ\₃ im jeweiligen Abgleichpunkt ihr Maximum. soAs FIG. 2a shows, each of the correlation functions Φ ₁₂ , Φ-β and Φ \ _{3 has} its maximum at the respective adjustment point. so

Beim Einschwingen auf ein Nebenmaximum wird zumindest bei einer dieser Kurven das Maximum nicht erreicht. Die Messung von Φ₁₂, Φ,₃ und Φ23 und der Vergleich mit einem gewissen Schwellwert erlaubt es also, die gesamte Meßeinrichtung auf ihre richtige Funktion zu überprüfen und Störungen jeder Art anzuzeigen. Dabei genügt es, Φ_η und Φ_α zu überwachen. In dergleichen Weise wie in der F ig. 4 für die Signale Φ₁₂ und Φ_2] dargestellt, werden mit Hilfe elektronischer Mittel aus den quantisierten Signalen sgn u, ■ (t - r«) und sgn a_t(0 die KorrelationskoefTizienten Φ_Λ mitWhen settling to a secondary maximum, at least one of these curves does not reach the maximum. The measurement of Φ ₁₂ , Φ, ₃ and Φ23 and the comparison with a certain threshold value makes it possible to check the entire measuring device for its correct function and to indicate malfunctions of all kinds. It is sufficient to monitor Φ _η and Φ _α. In the same way as in fig. 4 for the signals Φ ₁₂ and Φ _2] , the correlation coefficients Φ _Λ with are obtained with the aid of electronic means from the quantized signals sgn u, ■ (t - r «) and sgn a _{t (0}

sgn u,(t - T_lk) sgn l. ,sgn u, (t - T _lk ) sgn l. ,

MJMJ

1, k = 1,3 (Vorwärts)1, k = 1.3 (forward)

gewonnen.won.

M stellt die Meßzeit dar. M represents the measurement time.

Ein nachgeschalteter Diskriminator vergleicht diese KorrelationskoefSzienten mit einem Schwellwert, wobei jeweils das Unterschreiten dieses Schwellwertes von bereits nur einem der Diskriminatoreingangssignale Φ_Λ A downstream discriminator compares these correlation coefficients with a threshold value, with only one of the discriminator input _{signals Φ Λ falling below this threshold value}

zur Anzeige gebracht wird. Für die entgegengesetzte Bewegungsrichtung sind in analoger Weise Größen 0_k, mitis brought to the display. For the opposite direction of movement, quantities 0 _k , with are analogous

k. i = 2,1 k, i = 3,1 k. i = 2.1 k, i = 3.1

zu überwacj'.sn.to überacj'.sn.

Eine derartige Anordnung zur allgemeinen Störungsüberwachung erlaubt es dann, das Schließen bzw. Öffnen des Schalters S₃ in der Fig. 6 in bekannter Weise mit elektronischen Mitteln zu automatisieren. Im folgenden wird an Hand der F i g. 7 und 8 erläutert, in welcher Weise ein Schwellwert-Vergleich der Korrelationskoeffizienten <P_lk in einfacher Weise mittels eines adaptiven (der Geschwindigkeit angepaßten) Filters nach der Erfindung realisiert werden kann:Such an arrangement for general fault monitoring then makes it _{possible to automate the closing and opening of the switch S 3} in FIG. 6 in a known manner with electronic means. In the following, on the basis of FIG. 7 and 8 explain how a threshold value comparison of the correlation coefficients <P _{lk can be implemented} in a simple manner by means of an adaptive filter (adapted to the speed) according to the invention:

Fig. 7 zeigt beispielsweise die quantisierten SignaleFor example, Fig. 7 shows the quantized signals

j| = sgn «|(i - τ) j | = sgn «| (i - τ)

1212th

J₂ = sgnJ ₂ = so-called

in ihrem (möglichen) zeitlichen Verlauf. Sie können jeweils nur die Werte 1 oder -1 annehmen.in their (possible) course over time. They can only take the values 1 or -1 at a time.

Fig. 8 zeigt ein Ausfuhrungsbeispiel des Filters.Fig. 8 shows an exemplary embodiment of the filter.

In einer logischen Verknüpfungsschaltung V werden die quantisierten Signale J₁ und s₂ miteinander verglichen. (»1« entspricht »L«-Signal, »-1« entspricht »O«-Signal.) Bei Signalübereinstimmung erhält der erste Eingang e_t eines nachgeschalteten UND-Gliedes ein »L«-Signal, sonst ein »O«-Signal, während an den zweiten Ein gang e₂ L-wertige Impulse gelangen, deren Frequenz gleich der Schieberegistertaktfrequenz / ist.In a logic combination circuit V , the quantized signals J ₁ and s ₂ are compared with one another. ("1" corresponds to an "L" signal, "-1" corresponds to an "O" signal.) If the signals match, the first input e _{t of} a downstream AND element receives an "L" signal, otherwise an "O" signal , while at the second input e ₂ L-valued pulses arrive, the frequency of which is equal to the shift register clock frequency /.

Die Signalkoinzidenzen werden in einem ersten Zähler Z₁, welche maximal bis zu einer Zahl N zählt, registriert. Gleichzeitig gelangen die Taktimpulse in einen zweiten Zähler Z₂, welcher ebenfalls maximal bis Λ' zählt. Nach N Zählimpulsen setzt dieser Zähler Z₂ den Zähler Z_x zurück, wobei das Zählergebnis des Zählers Z₁ gleichzeitig mit dem Rücksetzimpuls digital abgefragt wird (nicht dargestellt).The signal coincidences are registered in a first counter Z ₁ , which counts up to a number N at most. At the same time, the clock pulses reach a second counter Z ₂ , which also counts up to a maximum of Λ '. After N counting pulses, this counter Z ₂ resets the counter Z _x , the counting result of the counter Z ₁ being digitally interrogated at the same time as the reset pulse (not shown).

Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist die folgende:The mode of operation of this arrangement is as follows:

Durch die Zählerkapazität N des Zählers Z₂ wird die Meßzeit M für eine Signalkoinzidenz-Zählung in Abhängigkeit von der Taktfrequenz/gemäßDue to the counter capacity N of the counter Z ₂ , the measuring time M for a signal coincidence count is dependent on the clock frequency / according to

.. N .. N

M=JM = J

festgelegt. Auf diese Weise wird erreicht, daß bei höheren Objektgeschwindigkeiten ν aufgrund der Beziehung v— l/r—/set. In this way it is achieved that at higher object speeds ν due to the relationship v— l / r— /

automatisch eine entsprechend kürzere Meßzeit M auftritt. Das am Ende eines jeden Meßzyklus ermittelte Zählergebnis Z des Zählers Z, ist proportional zur Wahrscheinlichkeit identischer Vorzeichen der Signale j, und J₂ und ist somit auch ein Maß für die Korrelationskoeffizienten —a correspondingly shorter measuring time M occurs automatically. The counting result Z of the counter Z determined at the end of each measuring cycle is proportional to the probability of identical signs of the signals j and J ₂ and is therefore also a measure for the correlation coefficients -

νν

Φ_]2 = — j) · J₂ df οΦ _{] 2} = - j) · J ₂ df ο

Dabei gilt:The following applies:

Z = O (Minimum) für Φ_η - -1Z = O (minimum) for Φ _η - -1

Die Signale j, und J₂ haben bei jedem Taktimpuls innerhalb der Meßzeit M unterschiedliche Vorzeichen, d. h. J₁ · J₂ = -1.The signals j _{1 and J 2} have different signs for each clock pulse within the measuring time M , ie J 1 · J ₂ = -1.

Z = γ für«P₁₂=0Z = γ for «P ₁₂ = 0

Für — Taktimpulse ist J₁ · J₂ = -1 und für —For - clock pulses J ₁ J ₂ = -1 and for -

Taktimpulse ist j, · j₂ = +1 innerhalb der Meßzeit M 6Q Z = N (Maximum) für Φ_Ι2 = +1Clock pulse is j, · j ₂ = +1 within the measuring time M 6Q Z = N (maximum) for Φ _Ι2 = +1

Die Signale J₁ und J₂ haben bei jedem Taktimpuls innerhalb der Meßzeit M gleiches Vorzeichen, d. h. Ji · J₂ = +1.The signals J ₁ and J ₂ have the same sign for each clock pulse within the measuring time M , ie Ji · J ₂ = +1.

Durch eine digitale Abfrage von Z kann somit am Ende eines jeden Meßzyklus eine Entscheidung gefallt werden, ob der Korrelationskoeffizient Φ_η größer oder kleiacr als ein wählbarer Z-Schwellwert ist Daher wird erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise die Meßzeit M stets der momentanen Objektgeschwindigkeit ν angepaßt.By a digital query Z each measurement cycle can thus at the end, a decision will be precipitated if the correlation coefficient _Φ η is greater than or kleiacr as a selectable Z-threshold Therefore, according to the invention is always adjusted in an advantageous manner, the measuring time M of the current object velocity ν.

Hierzu 6 Blatt ZeichnungenIn addition 6 sheets of drawings

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Anordnung zur berührungslosen Messung der Relativgeschwindigkeit eines Objektes nach dem Korrelationsprinzip mittels in Bewegungsrichtung des Objektes bzw. der Meßapparatur hintereinander angeordnete Meßfühler, die der physikalischen Struktur des Objektes entsprechende, um die Laufzeit T gegeneinander verschobene Signale u,(t), u_k (/) = u,(t- T) erzeugen, aus denen mit Hilfe von Begrenzern, eines Schieberegisters zur Einstellung einer Modellaufzeit r, eines DüTerentiaiionsgliedes und logischen Verknüpfungsschaltungen ein Signal der Form 1. Arrangement for the contactless measurement of the relative speed of an object according to the correlation principle means in the direction of movement of the object and the measuring apparatus arranged behind one another probe, the u of the physical structure of the object corresponding to the duration T mutually shifted signals, (t), u _k ( /) = u, (t-T) , from which a signal of the form is generated with the help of limiters, a shift register for setting a model run time r, a deviation element and logic gating circuits Xik 0, τ) = [sgn u, (t- τ) - sgn u_k(t)] sgn — u_k(t) Xik 0, τ) = [sgn u, (t- τ) - sgn u _k (t)] sgn - u _k (t) gewonnen wird, das einem Integralregler zugeführt wird, dessen Ausgangssignal über einen Spannungsfrequenzwandler mit einer Taktfrequenz/die Laufzeit r dej Schieberegisters derart verstellt, bis das Ausgangssignal des Integrationsgliedes bei τ= T abgeglichen ist und bei deris obtained, which is fed to an integral controller whose output signal is adjusted via a voltage frequency converter with a clock frequency / the transit time r dej shift register until the output signal of the integration element is adjusted at τ = T and at the a) insgesamt drei hintereinander in Bewegungsrichtung angeordnete Meßfühler (M,, M-,, MJ vorgesehena) three successive processing ngsrich arranged sensors (M,, M ,, M J provided in total in Motion by '** sind mit Meßfühlerabständen I₁₂ (Z₁₂ = M₁ M₂), I₁₃ (Z₁₃ = M₁ M₃) und Z₂₃ (Z₂₃ = M₂ M₃) = Z₁₃ - Zi₂),'** are with sensor distances I ₁₂ (Z ₁₂ = M ₁ M ₂ ), I ₁₃ (Z ₁₃ = M ₁ M ₃ ) and Z ₂₃ (Z ₂₃ = M ₂ M ₃ ) = Z ₁₃ - Zi ₂ ), H welche drei Signale U₁ (r), u₂ (t) und u₃ (t) erzeugen undH which generate three signals U ₁ (r), u ₂ (t) and u ₃ (t) and ta 20 b) insgesamt drei Schieberegister (SS₁₂, SR_i3, SR₂₃) mit Schieberegisterstufenzahlen r.₁₂ (bzgi. SSi₂), Ti₁₃ (bzgl. SK₁₃) und /I₂₃ (bzgl. SR₂₃) vorgesehen sind zur Einstellung dreier Modellaufzeiten r_I2, r₁₃ und r₂₃ zur Verzögerung des Signals M₁ (t) gegenüber u₂ (t), des Signals M₁ (t) gegenüber «₃ (/) und des Signals «2 0) gegenüber M₃ (t), undta 20 b) a total of three shift registers (SS ₁₂ , SR _i3 , SR ₂₃ ) with shift register stage numbers r. ₁₂ (with regard to SSi ₂ ), Ti ₁₃ (with regard to SK ₁₃ ) and / I ₂₃ (with regard to SR ₂₃ ) are provided for setting three model _{delays r I2} , r ₁₃ and r ₂₃ for delaying the signal M ₁ (t) u ₂ (t), the signal M ₁ (t) compared to « ₃ (/) and the signal« 2 0) compared to M ₃ (t), and c) mit Hilfe von Differentiationsgliedern (Z)₁, D₂), Begrenzern (A₁, B₂, B₃, B_A, B₅) und log. Verknüpfungsschaltungen (L_n, L₁₂, L₁₃, L\₃, L₂₃, L₂₃) zeitlich parallel ingesamt drei Signalec) with the help of differentiation terms (Z) ₁ , D ₂ ), limiters (A ₁ , B ₂ , B ₃ , B _A , B ₅ ) and log. Logic circuits (L _n , L ₁₂ , L ₁₃ , L \ ₃ , L ₂₃ , L ₂₃ ) in parallel, a total of three signals XnO, T₁₂), X₁₃O, T₁₃) und X₂₃O, T₂₃)
gemäß XnO, T ₁₂ ), X ₁₃ O, T ₁₃ ) and X ₂₃ O, T ₂₃ )
according to x/k 0, T_ik) = [sgn;/, (/ - r/) - sgn u_k(t)] sgn — u_k(t) x / k 0, T _ik ) = [sgn; /, (/ - r /) - sgn u _k (t)] sgn - u _k (t) i,k=iai, k = ia /. k = 1.3/. k = 1.3 /, k = 2,3/, k = 2.3 gewonnen werden, welche nach Addition (A) dem Eingang eines einzigen Integralreglerj {/) zugeführt werden, wobei zwischen den Schieberegisterstufenzahlen und den Meßfiihlerabständen die Relationare obtained, which after addition (A) are fed to the input of a single integral controller j {/), the relation between the shift register stage numbers and the measuring sensor distances /l2 : 'l3 : /23 ⁼ "12 ·' "13 ·' ⁿ23/ l2: 'l3: / 23 ⁼ "12 ·'" 13 · ' ⁿ 23 besteht und jedes der Schieberegister die gleiche Taktfrequenz (f) von dem dem Integralregler (/) nachgeschalteten Spannungsfrequenzwandler (SFW) erhält, nach Patent 25 44 821,and each of the shift registers receives the same clock frequency (f) from the voltage frequency converter (SFW) connected downstream of the integral controller (/), according to patent 25 44 821, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Signalen x_lk mit gleichen Mitteln Signale der Form x_lk mit Tik = T_kl gebildet werden, welche nach Addition (A¹) dem Integralregler (/) zugeführt werden, wobei die addierten Signalecharacterized in that signals of the form x _lk with Tik = T _{kl are} formed for the signals x _lk with the same means, which are fed to the integral controller (/) after addition (A ¹ ), the added signals j#J: = X|₂ + X₁₃ + X₂₃ j # J: = X | ₂ + X ₁₃ + X ₂₃ undand x£i: = X₂, + x₃i + x₃₂
55 x £ i: = X ₂ , + x ₃ i + x ₃₂
55 durch Schalter (S₁, S₂) wahlweise von dem Integralregler (7) abgeschaltet werden können (Fig. 3).can optionally be switched off by the integral controller (7) by means of switches (S ₁ , S ₂ ) (FIG. 3). 2. Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus den quantisierten Signalen sgn η, (t - τ_η), sgn U₂O - T_2x), sgn U₁ (t) und sgn u₂(t) mit elektronischen Mitteln (EM₁₂, EM_2i) innerhalb einer Meßzeit M korrelierte Signale Φ_η und Φ₂\ gemäß
U 2. Arrangement according to claim 1, characterized in that from the quantized signals sgn η, (t - τ _η ), sgn U ₂ O - T _2x ), sgn U ₁ (t) and sgn u ₂ (t) by electronic means (EM ₁₂ , EM _2i ) within a measuring time M correlated signals Φ _η and Φ ₂ \ according to
U Ä7 JÄ7 J ^sgn"^/(/ ~ ^T'^{k) S8n sgn} " ^{/ (/} ~ ^T ' ^{k) S8n} '·. * - 1,2'·. * - 1.2 1. * = 2,11. * = 2.1 gewonnen werden, und daß mittels eines ersten Diskriminator (DK₁) ermittelt wird, welches der Si-are obtained, and that by means of a first discriminator (DK ₁ ) it is determined which of the Si gnale Φ₁₂ und Φ_2Ι größer als ein eintellbarer erster Schwellwert ist (Fig. 4).signals Φ ₁₂ and Φ _{2Ι is} greater than an adjustable first threshold value (Fig. 4). 3. Anordnung nach den Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem der Meßfühlersignale (u, (/), u₂ (t) oder M₃ (/)) mit elektronischen Mitteln (EM) eine Bandmittenfrequenz f_m als Geschwindigkeitsschätzwert gewonnen wird, mit welcher nach Umwandlung mittels eines Frequenzspannungswandlers (FSW) in eine Signalspannung u_fm eine Differenzspannung (u_d = u_fm — uj) zu der Ausgangsspannung des Integralreglers gebildet wird, wobei diese Differenzspannung (u_d) über einen Schalter (S₃) im Störungsfall dem Integralregler (/) als ein weiteres additives Eingangssignal zugeführt wird (Fig. 6).3. Arrangement according to claims 1 and 2, characterized in that from one of the sensor signals (u, (/), u ₂ (t) or M ₃ (/)) with electronic means (EM ) a band center frequency f _{m obtained} as a speed estimate with which, after conversion by means of a frequency voltage converter (FSW) into a signal voltage u _fm, a differential voltage (u _d = u _fm - uj) is formed in relation to the output voltage of the integral controller, this differential voltage (u _d ) via a switch (S ₃ ) in the event of a fault, the integral controller (/) is fed as a further additive input signal (Fig. 6). 4. Anordnung nach den Patentansprüchen 1,2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus den quantisierten Signalen sgn m,(/ - j_ik) und sgn u_k(t) mit elektronischen Mitteln korrelierte Signale G>_ik bzw. 0_ki gemäß4. Arrangement according to claims 1, 2 and 3, characterized in that from the quantized signals sgn m, (/ - j _ik ) and sgn u _k (t) with electronic means correlated signals G> _ik or 0 _ki according to