DE2929409A1

DE2929409A1 - Schaltungsanordnung, insbesondere zur bestimmung einer position

Info

Publication number: DE2929409A1
Application number: DE19792929409
Authority: DE
Inventors: Hermann Ing Grad Berger; Karl Ludwig Dipl Ing Eiffert
Original assignee: Teldix GmbH
Current assignee: Rockwell Collins Deutschland GmbH
Priority date: 1979-07-20
Filing date: 1979-07-20
Publication date: 1981-02-05

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanord-
nung gemäß Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.
Soll eine derartige Schaltungsanordnung zur Bestimmung der Position eines Körpers eingesetzt werden, so kann grundsätzlich durch eine mechanische Justierung des Sensors das Positionssignal in eine vorgegebene Beziehung zur Position des Körpers gebracht werden, so daß beispielsweise das Nullsignal einer definierten Position entspricht. Die mechanische Justierung des Sensors erfordert jedoch einen nicht unerheblichen konstruktiven sowie arbeitszeitlichen Aufwand, wobei durch mechanische Toleranzen Grenzen gesetzt sind. Darüber hinaus bereiten betriebsbedingte Nullpunktsverschiebungen beispielsweise infolge von Temperaturänderungen große Schwierigkeiten. Gelangt eine derartige Schaltungsanordnung beispielsweise zur Bestimmung der axialen Position eines mittels einer aktiv geregelten magnetischen Vorrichtung gelagerten Rotors zum Einsatz, so sind Nullpunktsverschiebungen des Positionssignales nachteilig, da hierdurch eine beträchtliche Leistungsaufnahme eintritt. Gerade für derartige Anwendungsfälle besteht die Forderung, daß für eine vorgegebene Position des Körpers bzw. Rotors eine Restspannung des Positionssignales kompensiert werden kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit geringem Aufwand eine Schaltungsanordnung zu schaffen, welche mit einfachen Mitteln eine Justierung des Positionssignales ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die im ersten Patentanspruch angegebenen Merkmale gelöst. Mittels des Komparators, welchem ein vorwählbares Signal zugeführt wird, wird die Phasenlage des Abtastimpulses bezüglich des Eingangssignales in einfacher und vornählbarer Weise verschoben. Da mittels des Abtastimpulses die Mittel zur phasenempfindlichen Gleichrichtung angesteuert werden, werden somit die mechanischen Toleranzen des Sensors bzw. dessen Restspannung kompensiert. Darüber hinaus werden Phasenverschiebungen durch Verstärker oder dem Sensor zugeordnete Filter in einfacher Weise durch entsprechende Einstellung des Abtastimpulses kompensierbar.
Der Komparator enthält bevorzugt einen Differentialverstärker, an dessen Eingang einerseits das Eingangssignal und andererseits eine voiählbare Gleichspannung zugeführt wird. Das Eingangssignal wird zweckmäßig mittels einer Signalquelle, enthaltend einen Oszillator und einen Rechteck-Sinus-Wandler, erzeugt. Dem vorzugsweise induktiven Sensor wird ein Filter nachgeschaltet, dessen Durchlaßfrequenz auf die Frequenz des Oszillators abgestimmt ist, so daß Fehler infolge von Oberwellen oder Störsignalen weitgehend vermieden werden. Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und dem Ausführungsbeispiel.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 - ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung Fig. 2 - ein Prinzipschaltbild der Schaltungsanordnung mit induktivem Sensor.
Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 enthält eine Signalquelle, welche einen mittels Quarz t gesteuerten Oszillator 2 sowie einen Rechteck-Sinus-\5landler 3 aufweist. Diese Signalquelle liefert ein im wesentlichen sinusförmiges Eingangssignal U1, welches über einen Verstärker 4 an der Primärwicklung 5 eines Sensors 7 anliegt. Der Sensor 7 enthält eine Sekundärwicklung 6 sowie ein bewegbares Glied 8. Das Glied 8 ist insbesondere mit einem hier nicht dargestellten Rotor verbunden, wobei dieser mittels einer magnetischen Anordnung in Richtung seiner Drehachse aktiv stabilisiert wird. Das an der Sekundärwicklung 6 anstehende Sensorsignal U2 ist entsprechend der Stellung des Gliedes 8 und somit entsprechend der Rotorposition gegenüber dem Eingangssignal um einen Winkel t verschoben. Dem Sensor 7 ist ein Filter 9 nachgeschaltet, wobei die Durchlaßfrequenz fo der Frequenz des Eingangssignales U1 entspricht, so daß Oberwellen oder Störsignale aus dem Sensorsignal U2 heraus gefiltert werden. Das Sensorsignal U2 wird auf Mittel 10 zur phasenabhängigen Gleichrichtung geführt, welchen noch ein Verstärker 11 nachgeschaltet ist. Die Signalquelle 2, 3 ist weiterhin mit einem Komparator 12 verbunden. Dem Komparator 12 wird außerdem ein vorwählbares Schwellwertsignal S über einen Geber 13 zugeführt. Dem Komparator 12 ist ein Impulsformer 14 nachgeschaltet, welcher mit den Iiittelii 10 verbunden ist. Der zur Ax;: gmg des Impulsformers 14 anstehende Abtastimpuls I steht somit in einer definierten Phasenbeziehung zum Eingangssignal U1, wobei der Phasenrfinkel mittels des Gebers 13 vorwählbar ist.
Zur Erläuterung der Funktionsweise der Schaltungsanordnung sei davon ausgegangen, daß der Phasenwinkel zwischen Abtastimpuls I und Eingangssignal U1 gleich Null ist und der Rotor sich in seiner Nullposition befindet, in welcher auch das Positionssignal U3 gleich Null sein sollte. Infolge einer fehlerhaften Justierung des Sensors 7 ist hierbei das Sensorsignal U2 gegenüber dem Eingangssignal U1 in der Phase verschoben, so daß über die Mittel 10 ein durch eine Restspannung verfälschtes Positionssignal U3 erzeugt wird. Zur Kompensation dieser Restspannung wird nun mittels des Gebers 13 der Abtastimpuls I in der Weise verschoben, daß er beim Nulldurchgang des Sensorsignales U2 auftritt. Mit anderen Worten: Der zunächst zum Eingangs signal phasengleiche Abtastimpuls I wird mittels des Gebers 13 und Komparators 12 um den gleichen Phasenwinkel verschoben, um welchen auCh das Sensorsignal U2 zum Eingangs signal U1 infolge Fehlausrichtung des Sensors verschoben ist.
In Figur 2 ist eine bevorzugte AusfüErungsform der Schaltungsanordnung dargestellt. Hierbei ist ein quarzgesteuerter Oszillator 21 vorgesehen, welcher mit einer Frequenz in der Größenordnung MHz schwingt. Dem Oszillator 21 ist ein digitaler Frequenzteiler 22 in Form eines handelsüblichen integrierten Schaltkreises nachgeschaltet. Der Frequenzteiler ist mit einem Rechteck-Sinus-Wandler enthaltend einen Differenzverstärker 23 sowie ein LC-Glied 24, 25 verbunden. Das somit erzeugte Eingang signal U1 ist im wesentlzchen sinusförmig und wird einem Differenzverstärker 26 mit nachgeschaltetem Gegentaktverstärker 27 zugeführt. Das derart verstärkte Eingangssignal U1 wird in die Primärwicklung 5 des Sensors 7 eingespeist. Der Sekundärwicklung 6 ist ein Filternetzwerk nacngeschaltet, enthaltend einen Differenzverstärker 28, in dessen Rückführzweig eine RC-Kombination vorhanden ist.
Die Mittel zur phasenempfindlichen Gleichrichtung enthalten einen symbolisch dargestellten Schalter 29, welcher beim Auftreten des Abtastimpulses I geschlossen wird, sowie einen Speicherkondensator 30. Zur Verstärkung der am Speicherkondensator 30 anstehenden Spannung ist ein weiterer Differenzverstärker 31 vorgesehen, an dessen Ausgang das Positionssignal U3 abgegriffen werden kann. Als Komparator ist ein Differenzverstärker 32 vorgesehen.
Am positiven Eingang des Differenzverstärkers 32 liegt das Eingangssignal U1 und am negativen Eingang das Signal S des als Potentiometer 33 ausgebildeten Gebers. Dem Differenzverstärker 32 ist als Impulsformer ein Monoflop, enthaltend zwei NAND-Gatter 34, 35 nachgeschaltet. Die Phasenlage des Abtastimpulses wird in einfacher Weise durch Verstellen des Potentiometers 33 eingestellt. Zur Funktionsweise wird auf obige Ausführungen zu Figur 1 verwiesen.

Claims

Schalt-gsanordrung, insbesonder zur Bestimmung einer Position Patentansprüche 1. Schaltungsanordnung, insbesondere zur Bestimmung der Position eines mittels einer magnetischen Vorrichtung berührungsfrei gelagerten Rotors bezüglich eines Stators, enthaltend eine Signalquelle zur Speisung eines Sensors, dessen Ausgangssignal in Abhängigkeit der jeweiligen Position verånderbar ist, sowie Mittel zur phasenempfindlichen Gleichrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalquelle (i, 2, 3; 21 bis 25) mit einem Komparator -(12; 32) verbunden ist, daß dem Komparator ein Signal (S) derart zuführbar ist, daß ein zum Signal (U1) der Signalquelle in vorwählbarer Weise verschobener Abtastimpuls (I) den Mitteln (10; 29, 30) zur phasenempfindlichen Gleichrichtung zugeführt wird.
Patentansprüche 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Komparator (12; 32) zuführbare Signal (s) durch eine zwischen positiven und negativen Werten kontinuierlich veränderbare Gleichspannung gebildet wird.
3. Schaltungsanordnung nach -Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalquelle einen Oszillator (1, 2; 21, 22) und einen nachgeschalteten Rechteck-Sinuswandler (3; 23, 24, 25) enthält, und daß der Rerhteck-Sinuswandler sowohl mit dem Sensor -(7) als auch mit dem Komparator (12; 32) verbunden ist
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Eomparator einen Differentialverstärker (32) enthält, dessen erster Eingang mit der Signalquelle (21 bis 25) und dessen zweiter Eingang über ein Potentiometer (33) mit einer Gleichspannungsquelle verbunden ist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (7) eine mit der Signalquelle verbundene erste Wicklung (5) und eine mit den genannten Mitteln (10; 29, 30) verbundene zweite Wicklung (6) aufweist, und daß die Kopplung der Wicklungen mittels eines mit dem Rotor verbundenen Glied (8) veränderbar ist
6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sensor (7) ein Filter (9; 28) nachgeschaltet ist, dessen Durchlaßbereich auf die Frequenz der Signalquelle (1, 2, 3; 21 bis 25) abgestimmt ist.

Patentansprüche
7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (10) zur phasenempfindlichen Gleichrichtung einen durch den Abtastimpuls (I) steuerbaren Schalter (2'9),Speicherniittel (30) sowie einen Gleichspannungsverstärker (31) enthalten.
8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Komparator (, 2; 32) eine impulsformerstufe(14) nachgeschaltet ist.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsformerstufe (14) als Monoflop (34, 35) ausgebildet ist.