DE2940083A1

DE2940083A1 - Frequenzgenerator

Info

Publication number: DE2940083A1
Application number: DE19792940083
Authority: DE
Inventors: Horst 7061 Berglen Grossner; Günter 7056 Weinstadt Schwegler; Günter Dipl.-Ing. 7300 Esslingen Weiger
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1979-10-03
Filing date: 1979-10-03
Publication date: 1981-04-16
Also published as: IT1147031B; IT8049755A0; SE436600B; SE8006841L; GB2060897A; GB2060897B; US4349746A; JPS5660316A

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 12 l83/4

Stuttgart 27.9.79

"Frequenzgenerator"

Die Erfindung bezieht sich auf einen Frequenzgenerator mit einer ersten und einer zweiten Generatorschaltung, deren Frequenzen von einer geometrischen Größe, insbesondere von einer Weg- oder Winkelgröße veränderbar sind, mit zwei auf geraden oder gekrümmten, rohrförmigen Spulenträgern koaxial im Abstand voneinander angeordneten Spulen, deren Induktivitäten durch einen im Spulenträger verschiebbaren Kern veränderbar sind. Eine solche Einrichtung ist in der DE-AS 25 32 267 beschrieben. Es handelt sich dabei um einen Impulsfolgegenerator, bei welchem die Impulszahl einer am Ausgang erhaltenen Impulsfolge von einer geometrischen Größe abhängt und welcher beispielsweise als Veggeber eingesetzt werden kann. Obwohl eine solche Schaltung relativ unempfindlich gegen Temperatur- und Spannung s Schwankung en ist, indem sie zwei Generatoren verwendet, ist sie doch infolge möglicher Bauteiletoleranzen, unterschiedlicher Alterung sowie unterschiedlicher Einflüsse der Verbindungskabel bei räumlicher Trennung von Spulen und Generator immer noch anfällig gegenüber diesen Einflüssen und infolgedessen für viele Inwendungszwecke zu ungenau. Eine ausreichende Linearität kann zum Teil nur durch erheblichen Aufwand, wie z. B. Spulen mit über der Länge veränderten Wicklungsdichten, erreicht werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Frequenzgenerator zu schaffen, der gegenüber dem bekannten Generator eine größere Meßgenauigkeit bei wesentlich geringerem Einfluß von Temperatur, Spannung, Alterung der Bauelemente, Störfeldern usw.

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aufweist und trotzdem einfach im Aufbau, preiswert in der Herstellung und universell - analog und digital - einsetzbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein gemeinsamer Generatorbaustein vorgesehen ist, der von einer Steuerschaltung und einem Umschalter wechselweise mit einer der beiden Spulen, zwischen welchen ein Kurzschlußring in achsnormaler Ebene angeordnet ist, für die Dauer einer bestimmten Anzahl von Impulsen der aus Spule und Generatorbaustein gebildeten Generatorschaltung verbunden wird, daß eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung vorgesehen ist, welche aus bestimmten Impulsen von aufeinanderfolgenden Impulsfolgen der beiden Generatorschaltungen die Frequenzen (fl; f2) und deren Differenz (fl-f2) und/oder einen Korrekturwert errechnet und die korrigierte Frequenzdifferenz und/oder die von ihr abgeleitete geometrische Größe anzeigt oder ein ihr pro· portionales Signal abgibt.

Diese Lösung der Verwendung eines gemeinsamen Generatorbausteins mit alternierendem Betrieb beider Spulen hat den wesentlichen Vorteil, daß dadurch nahezu alle genannten Störeinflüsse auf beide Meßreihen gleichermaßen wirken und infolgedessen eliminiert werden. Innerhalb eines bestimmten Weg- bzw. Meßbereiches ergeben sich sehr geringe Meßfehler, die durch Einfügen eines Kurzschlußringes zwischen die beiden Spulen - Erzeugung eines räumlich begrenzten Gegenfeldes (Lenz¹sehe Regel) - linearisiert und damit nochmals erheblich reduziert werden. Innerhalb des festzulegenden Meßbereichs ist der vom Spulenkern zurückgelegte Weg proportional zur Differenz der beiden Generatorfrequenzen und bei gleichbleibenden Meßbedingungen (Temperatur, Spannung usw.) ist die Summe der beiden Generatorfrequenzen konstant. Eine Änderung dieser Frequenzsummen kann also als Korrekturwert dienen und bei Berechnung des Meßergebnisses für die Kompensation des MeBfehlera automatisch mit einbezogen

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werden. Als Steuer- und Regeleinrichtung wird vorteilhafterweise ein Microprozessor eingesetzt, der als IC-Schaltkreis preiswert erhältlich ist und auch die Korrektur des Meßergebnisses, wie oben beschrieben, durchführen kann, wodurch der Meßfehler bei allen Bedingungen sehr niedrig gehalten werden kann.

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus Beschreibung und Zeichnung eines Ausfuhrungsbeispiels hervor.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Frequenzgenerators,

Fig. 2 den Querschnitt durch einen linearen Weggeber,

Fig. 3 ein Schaltbild der Erfindung und

Fig. k ein schematiscb.es Diagramm der Meßfehler.

Das schematische Blockschaltbild in Fig. 1 zeigt den gemeinsamen Generatorbaustein 1 und die Steuerschaltung 2, den Umschalter 3 sowie die beiden Spulen k und 5 und den in den Spulen beweglichen Eisenkern 6. Ein Microprozessor 7 empfängt die von der aus Generatorbaustein 1 und der jeweils eingeschalteten Spule k oder 5 bestehenden Generatorschaltung erzeugten Impulse, verarbeitet diese und gibt einen Umschaltbefehl nach einer bestimmten Anzahl von Impulsen an die Steuerschaltung. Diese betätigt daraufhin den Umschalter und unterbindet die Abgabe der ersten Impulse. Weitere Einzelheiten folgen später bei der Beschreibung der Schaltung nach Fig. 3>

In Fig. 2 ist der Querschnitt durch einen linearen Weggeber dargestellt. Dieser besteht aus den beiden auf geraden, rohrförmigen Spulenträgern 8 koaxial, im Abstand voneinander angeordneten Spulen k und 5 und dem in den Spulenkörpern beweglichen Kern 6, welcher von einem Verstellstab 9 axial

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bewegt werden kann. Zwischen den beiden Spulen ist ein Kurzschlußring 10 angeordnet, der aus elektrisch leitendem Material besteht. Der Kern 6 ist in seiner Mittellage dargestellt, in welcher beide Spulen gleiche Induktivität aufweisen.

Fig. 3 zeigt das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. Der Operationsverstärker 12 mit seiner BeschaItung (Widerstände und Kondensatoren) als Generatorbaustein 1 bildet mit der Spule k die erste und mit der Spule 5 die zweite Generatorschaltung, einen selbstschwingenden LC-Oszillator. Die beiden Generatorschaltungen erzeugen Impulsfrequenzen fl und f2, welche einem nachfolgenden Microprozessor als Steuer- und Regeleinrichtung eingegeben werden. Dieser Microprozessor ist so programmiert, daß er zehn Impulse der Frequenz fl abzählt, anschließend ein Schaltsignal an den elektronischen Umschalter 3 abgibt, welcher aus den beiden Operationsverstärkern 13 und lk mit ihrer Beschaltung besteht, wodurch anstelle der Spule k nun die Spule 5 ^an den Generatorbaustein angeschlossen wird und nun Impulse der Frequenz f2 an den Microprozessor abgegeben werden. Dieser zählt nun ebenfalls zehn Impulse der Frequenz f2 ab und gibt anschließend wieder ein Schaltsignal zum erneuten Umschalten auf fl usw.

Die beiden Frequenzen fl und f2 sind dann gleich, wenn sich der Kern 6 in Mittelstellung befindet und verändern sich linear in einem bestimmten Bewegungsbereich des Kerns je nach dessen Bewegungsrichtung positiv oder negativ so, daß bei unveränderten Betriebsbedingungen wie Spannung, Temperatur usw. die Summe beider Frequenzen konstant ist: d. h., die eine Frequenz nimmt linear zu, die andere linear ab. Die Differenz fl-f2 mit Vorzeichen ist proportional zur Stellung des Kerns, bezogen auf seine Mittelstellung. Diese Differenz wird im Microprozessor 7 errechnet. Von jeder Impulsfolge von zehn Impulsen werden in diesem Ausführungsbeispiel die ersten zwei Impulse unterdrückt, um Fehl-

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messungen zu vermeiden, welche andernfalls infolge des Einschwingvorgangs der Spulen auftreten wurden. Die restlichen acht Impulse werden mit einer auf die gewünschte Meßgenauigkeit abgestimmten, im Microprozessor erzeugten, wesentlich höheren Frequenz ausgezählt und aus dem Ergebnis wird digital in bekannter Weise die Differenz und die Summe der beiden Frequenzen fl und f2 gebildet. Der Microprozessor 7 gibt ein der Frequenzdifferenz und damit der Kernverschiebung proportionales Signal ab, welches digital und analog weiterverarbeitet werden kann. Die Ermittlung der Frequenzdifferenz kann aber auch von einer mit Vor-/ Rückwärtszählern aufgebauten Digitalschaltung erfolgen. Bei gleichen Spuleninduktivitäten kann auf eine individuelle Einstellung des Weggebers verzichtet werden.

Das Meßergebnis kann bei sich ändernden Betriebsbedingungen korrigiert werden, indem bei Auftreten einer Differenz der Frequenzsumme fl+f2 ein Korrekturwert zum ausgegebenen Signal addiert wird, welcher in einer tabellenartigen Zuordnung zur Differenz der Frequenzsumme im Microprozessor 7 gespeichert ist. Auf diese Weise ist es möglich, mit dieser relativ einfachen Meßanordnung den Linearitätsfehler noch wesentlich zu verringern.

Fig. k zeigt in einem Diagramm den Fehlerverlauf F über dem Meßweg 5· Die Kurve 15 gibt den Verlauf ohne Kurzschlußring an. Durch Einfügen eines Kurzschlußringes 10 ergibt ■ich ein Gegenfeld entsprechend Kurve l6. Die Addition beider Effekte ergibt einen resultierenden Fehlerverlauf nach Kurve 17» der bei einem Meßbereich von + 5 mm unter 0,3 % ohne Fehlerkorrektur liegt. Dabei waren die Gesamtlänge jeder Spule 25 mm, Dicke des Kurzschlußringes 1 mm, Kernlänge 11 mm, die Generatorfrequenzen bei Mittelstellung des Kerns f l=f 2 ** 6 KHz, die Auszählfrequenz 100 KHz und die Frequenzänderung: 236 Hz/mm + - 0,05 Hz/mm, ⁰C in einem Temperaturbereich von -30°C bis +100⁰C.

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Bei anderen Anwendungen kann durch Vorgabe eines Dividenden die Möglichkeit zur Normierung des Meßergebnisses geboten werden. Es ist auch möglich, eine Auswertung mittels Trägerfrequenz-Meßverfahren vorzunehmen, wobei der Wegaufnehmer (beide Spulen) als induktiver Spannungsteiler wirkt.

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Claims

Daimler-Benz Aktiengesellschaft ' Daim 12 l83/4 Stuttgart 27.9.79 "Frequenzgenerator" Ansprüche

1.j Frequenzgenerator mit einer ersten und einer zweiten -^ Generatorschaltung, deren Frequenzen von einer geometrischen Größe, insbesondere von einer Weg- oder Winkelgröße veränderbar sind, mit zwei auf geraden oder gekrümmten, rohrförmigen Spulenträgern koaxial im Abstand voneinander angeordneten Spulen, deren Induktivitäten durch einen im Spulenträger verschiebbaren Kern veränderbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein gemeinsamer Generatorbaustein (l) vorgesehen ist, der von einer Steuerschaltung (2) und einem Umschalter (3) wechselweise mit einer der beiden Spulen (*t, 5), zwischen welchen ein Kurzschlußring (lO) in achsnormaler Ebene angeordnet ist, für die Dauer einer bestimmten Anzahl von Impulsen der aus Spule und Generatorbaustein gebildeten Generatorschaltung verbunden wird, daß eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung (7) vorgesehen ist, welche aus bestimmten Impulsen von aufeinanderfolgenden Impulsfolgen der beiden Generatorschaltungen die Frequenzen (fl; f2) und deren Differenz (fl-f2) und/oder einen Korrekturwert errechnet und die korrigierte Frequenzdifferenz und/oder die von ihr abgeleitete geometrische Größe (5) anzeigt oder ein ihr proportionales Signal abgibt.

2. Frequenzgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturwert die Differenz zwischen Ist- und Sollwert der Summe (fl+f2) aus den Frequenzen der beiden Generatorschaltungen ist.

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