[go: up one dir, main page]

DE112006004264B4 - Encoder frequency analysis - Google Patents

Encoder frequency analysis Download PDF

Info

Publication number
DE112006004264B4
DE112006004264B4 DE112006004264.5T DE112006004264T DE112006004264B4 DE 112006004264 B4 DE112006004264 B4 DE 112006004264B4 DE 112006004264 T DE112006004264 T DE 112006004264T DE 112006004264 B4 DE112006004264 B4 DE 112006004264B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
data
wheel
sensors
encoder
sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE112006004264.5T
Other languages
German (de)
Inventor
William T. Dolenti
Byron A. Fleury
Daniel J. Morris
William C. Hooss
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Flowserve Management Co
Original Assignee
Flowserve Management Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Flowserve Management Co filed Critical Flowserve Management Co
Application granted granted Critical
Publication of DE112006004264B4 publication Critical patent/DE112006004264B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K37/00Special means in or on valves or other cut-off apparatus for indicating or recording operation thereof, or for enabling an alarm to be given
    • F16K37/0025Electrical or magnetic means
    • F16K37/0033Electrical or magnetic means using a permanent magnet, e.g. in combination with a reed relays
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K37/00Special means in or on valves or other cut-off apparatus for indicating or recording operation thereof, or for enabling an alarm to be given
    • F16K37/0025Electrical or magnetic means
    • F16K37/0041Electrical or magnetic means for measuring valve parameters
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/24457Failure detection
    • G01D5/24461Failure detection by redundancy or plausibility
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00Measuring or testing not otherwise provided for
    • G01D21/02Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

Ein neues Verfahren zur Diagnose von Problemen mit einem Ventilbetätiger oder anderen Drehausrüstungen. Frequenzanalysen werden von Geschwindigkeits-, Positions-, Moment-, Schub- oder Vibrationsdaten durchgeführt. Geschwindigkeits- oder Positionsdaten können durch einen Drehgeber bereitgestellt werden.A new method for diagnosing problems with a valve actuator or other rotating equipment. Frequency analysis is performed on velocity, position, moment, thrust or vibration data. Speed or position data can be provided by a rotary encoder.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft im Allgemeinen die Analyse von Ventilbetätigern und Drehpositions-Encodern, und insbesondere die Durchführung einer Frequenzanalyse der Ventilbetätiger und der Drehpositions-Encoder mit einem eingebauten Selbsttest.The invention relates generally to the analysis of valve actuators and rotary position encoders, and more particularly to performing frequency analysis of the valve actuators and rotary position encoders with a built-in self-test.

Hintergrundbackground

In vielen Anwendungen ist es nötig, die Position einer Drehwelle einer Drehvorrichtung zu messen. Jedoch sind Drehvorrichtungen häufig kompliziert und weisen Teile auf, die schwer zugänglich sind. Weiter sind Drehvorrichtungen häufig in industrielle Verfahren integriert, bei denen die Kosten des Anhaltens des Betriebs zum Reparieren der Drehvorrichtung häufig die Kosten der Drehvorrichtung überschreiten. Zum Beispiel sind Drehventile häufig kritisch in industriellen Verfahren und die Reparatur einiger Teile der Ventile erfordert ein Abschalten des Verfahrens. Es besteht eine Notwendigkeit, die Position einer Drehwelle und der Gegenstände, die durch die Drehwelle angetrieben sind, wie ein Ventilschaft, präzise zu identifizieren. Ebenso besteht eine Notwendigkeit, alle Last tragenden Teile in einer Drehvorrichtung zu identifizieren, wie ein Ventil, so dass eine vorbeugende Wartung während der geplanten Abschaltungen durchgeführt werden kann, oder so dass die Drehvorrichtung in einer Art betrieben werden kann, dass die Vorrichtung bis zum nächsten geplanten Abschalten betriebsfähig bleibt. Eine Notwendigkeit besteht für eine Vorrichtung, die in der Lage ist, sowohl die Position einer Drehwelle als auch die Schwere und den Ort der Probleme innerhalb der Drehvorrichtung zu identifizieren, mit der die Drehwelle verbunden ist.In many applications it is necessary to measure the position of a rotating shaft of a rotating device. However, rotating devices are often complicated and have parts that are difficult to access. Further, rotating devices are often integrated into industrial processes where the cost of stopping operations to repair the rotating device often exceeds the cost of the rotating device. For example, rotary valves are often critical in industrial processes and repairing some parts of the valves requires shutting down the process. There is a need to precisely identify the position of a rotating shaft and objects driven by the rotating shaft, such as a valve stem. Likewise, there is a need to identify all load-bearing parts in a rotary device, such as a valve, so that preventive maintenance can be performed during scheduled shutdowns, or so that the rotary device can be operated in a manner that the device can last until the next planned shutdown remains operational. A need exists for a device capable of identifying both the position of a rotating shaft and the severity and location of problems within the rotating device to which the rotating shaft is connected.

Ein Weg zur Diagnose von Drehvorrichtungen verwendet die Frequenzanalyse. Zyklische Daten können mit einem Fourier-Transformations-(FT)-Algorithmus analysiert werden, um die Daten aus einem Zeitbereich in einen Frequenzbereich zu überführen. Ein Versuch, FT bei motorbetriebenen Ventilen anzuwenden, schließt das Messen des zum Motor strömenden Stroms ein, wobei FT auf die Motordaten angewandt wird, und folgliches Verwenden der Peaks in dem Frequenzspektrum, um die Probleme im Antriebsstrang des Ventilbetätigers zu diagnostizieren. Jedoch misst diese Möglichkeit nicht die Rotationsgeschwindigkeit einer Welle und bestimmt auch nicht die Position einer Drehwelle. Eine Motorstrommessvorrichtung schließt ebenso keine Vorrichtung ein, die in der Lage ist, die Position einer Drehwelle zu bestimmen.One way to diagnose rotating devices uses frequency analysis. Cyclic data can be analyzed using a Fourier Transform (FT) algorithm to transform the data from a time domain to a frequency domain. One attempt to apply FT to motor operated valves involves measuring the current flowing to the motor, applying FT to the motor data, and consequently using the peaks in the frequency spectrum to diagnose the problems in the valve actuator drive train. However, this option does not measure the rotation speed of a shaft or determine the position of a rotating shaft. A motor current measuring device also does not include a device capable of determining the position of a rotating shaft.

Eine Möglichkeit zur Messung der Position eines Drehbauteils schließt einen Drehgeber ein. Drehgeber schließen inkrementale und absolute Encoder ein. Inkrementale Encoder werden verwendet zur Messung der Drehänderung einer Welle. Ein Basisinkrementalencoder schließt eine Platte mit einer großen Anzahl radial gezeichneter Linien ein. Eine Fotodiode oder ein anderer Sensor erzeugt einen elektrischen Impuls, jedes Mal wenn eine gezeichnete Linie wahrgenommen wird. Ein Computer oder ein anderen Prozessor verfolgt die Impulse zur Bestimmung der Position der Platte, und wiederum die Position der Welle, an welcher die Platte befestigt ist. Bei inkrementalen Encodern ist die Positionsinformation verloren, wenn der Computer keinen Strom hat, auch wenn der Strom wieder hergestellt wird. Frühere inkrementale Encoder für Ventilbetätiger schlossen einen Geschwindigkeitssensor ein, aber der Geschwindigkeitssensor und die resultierenden Daten wurden nicht für die Frequenzanalyse verwendet.One way to measure the position of a rotating component includes a rotary encoder. Rotary encoders include incremental and absolute encoders. Incremental encoders are used to measure the change in rotation of a shaft. A basic incremental encoder includes a plate with a large number of radially drawn lines. A photodiode or other sensor produces an electrical pulse each time a drawn line is sensed. A computer or other processor tracks the pulses to determine the position of the plate, and in turn the position of the shaft to which the plate is attached. For incremental encoders, position information is lost if the computer has no power, even if power is restored. Previous incremental encoders for valve actuators included a speed sensor, but the speed sensor and resulting data were not used for frequency analysis.

Absolute Encoder benötigen keine Energieversorgung zur Erhaltung der Positionsinformation. Absolute Encoder produzieren einen einzelnen digitalen Code für jeden bestimmten Winkel einer Drehwelle. Absolute Encoder können ein einzelnes Rad mit einem komplexen Muster sein, welches in das Rad eingebracht ist. Das einzelne Rad ist an der fraglichen Welle befestigt und zahlreiche eindeutige winkelige Positionen können durch die Muster auf dem Rad identifiziert werden. Jedoch sind solche Räder nur nützlich, wenn die Welle nur eine einzelne Drehung durchführen wird.Absolute encoders do not require a power supply to maintain position information. Absolute encoders produce a single digital code for each specific angle of a rotating shaft. Absolute encoders can be a single wheel with a complex pattern built into the wheel. The single wheel is attached to the shaft in question and numerous unique angular positions can be identified by the patterns on the wheel. However, such wheels are only useful if the shaft will only make a single rotation.

Eine andere Version der absoluten Encoder verwendet mehrere Räder mit konzentrischen Ringen auf jedem der Räder, wobei jeder Ring eine 1-Bit-Datenposition bereitstellt. Die Vielradversion erlaubt der gemessenen Welle, zahlreiche Rotationen durchzuführen und verfolgt immer noch die Positionen und die Anzahl der Drehungen der Welle. Das Vorhandensein von mehreren Rädern ermöglicht das Verfolgen von mehreren Wellendrehungen oder die Bestimmung von mehreren Positionen für eine einzelne Drehung. Jedoch sind Vielrad-Absolutencoder häufig speziell und wenig zuverlässig. Es wäre wünschenswert einen Vielrad-Absolutencoder zu haben, der zuverlässig ist und in der Lage ist, Geschwindigkeitsdaten für die Verwendung in einer Frequenzanalyse zu erzeugen.Another version of absolute encoders uses multiple wheels with concentric rings on each of the wheels, with each ring providing a 1-bit data position. The multi-wheel version allows the measured shaft to make numerous rotations and still tracks the positions and number of rotations of the shaft. The presence of multiple wheels allows tracking multiple shaft rotations or determining multiple positions for a single rotation. However, multi-wheel absolute encoders are often special and not very reliable. It would be desirable to have a multi-wheel absolute encoder that is reliable and capable of producing velocity data for use in frequency analysis.

Ein Versuch dieses Problem zu lösen verwendet entweder 6 oder 7 Räder. Jedes Rad stellt 3-Bit-Daten bereit. Jedoch wird nur ein 2-Bit-Gray-Code als Positionsdaten durch v-Bit-Verarbeitung erzeugt. Dies erhöht die Zuverlässigkeit des absoluten Encoders. Jedoch werden Doppelsensoren nicht verwendet. Zusätzlich ist ein Geschwindigkeitssensor nicht in den absoluten Encoder integriert und die Geschwindigkeitsdaten werden nicht für die Verwendung in der Frequenzanalyse erzeugt.One attempt to solve this problem uses either 6 or 7 wheels. Each wheel provides 3-bit data. However, only a 2-bit Gray code is generated as position data by v-bit processing. This increases the reliability of the absolute encoder. However, dual sensors are not used. In addition, a speed sensor is not integrated into the absolute encoder and the velocity data is not generated for use in frequency analysis.

US 5 640 007 A offenbart einen Absolutencoder, der die Drehposition überwacht und die Drehverschiebung relativ zu einer Messskala abtastet. Der Absolutencoder umfasst eine Vielzahl von drehbar eingehängten Codierrädern, wobei jedes Rad mindestens eine Sequenz beinhaltet, die in Kombination die Messskala umfasst. Zwischen jedem Paar von Codierrädern ist ein Ritzel bereitgestellt, damit jedes der Codierräder bei der Drehung der Welle mitgedreht wird. Jede Sequenz des Codierrads wird von einem Abtastmechanismus zur Auswertung der Wellenposition überwacht. Der Abtastmechanismus beinhaltet lichtemittierende und lichterfassende Vorrichtungen, die einen bestimmten Bereich jeder Sequenz zur Bestimmung der Drehposition überwachen. US 5,640,007 A discloses an absolute encoder that monitors rotational position and senses rotational displacement relative to a measurement scale. The absolute encoder comprises a plurality of rotatably mounted coding wheels, each wheel containing at least one sequence which, in combination, comprises the measuring scale. A pinion is provided between each pair of encoder wheels so that each of the encoder wheels rotates as the shaft rotates. Each sequence of the encoder wheel is monitored by a scanning mechanism to evaluate the shaft position. The scanning mechanism includes light emitting and detecting devices that monitor a specific area of each sequence to determine rotational position.

DE 92 08 470 U1 offenbart eine Einstellvorrichtung für die relative Winkeldifferenz zwischen zwei rotierenden Teilen, die mindestens eine Führungsanordnung für das antreibende Teil und eine angetriebene Führungsanordnung für mindestens ein rotierendes Teil umfasst. Die angetriebenen Führungsanordnungen führen eine wechselseitige Gleitführung des rotierenden Antriebsteils durch, um eine relative Axialbewegung gegenüber dem rotierenden Antriebsteil und/oder den rotierenden angetriebenen Teilen durchzuführen, um den relativen Winkelunterschied bezüglich der Achse zwischen dem rotierenden Antriebsteil und den rotierenden angetriebenen Teilen zu ändern. US 5 418 362 A offenbart einen Encoder und eine Codeplatte zum Bestimmen der absoluten Position. Die Codeplatte umfasst ein Substrat, mindestens zwei auf dem Substrat gebildete Bänder, die Faktoren der gewünschten Zählung entsprechen, zwei in jedem Band gebildete Positionen und eine Kennung in jedem Band zur Identifizierung jeder Bandposition, so dass jede Codeplattenposition durch Messung der Bandkennungen eindeutig identifiziert wird. DE 103 61 062 A1 offenbart ein Verfahren zur Ermittlung der durch einen elektrischen Antrieb, insbesondere eines kommutierten Gleichstrommotors erzeugten Stellkraft. Zunächst wird die Stromaufnahme I1, I2 des elektrischen Antriebs erfasst, danach erfolgt die Aufnahme von für die Drehlage des elektrischen Antriebs charakteristischen Frequenzspektren. Diese liegen während Zeiten T1, T2 einer Periodendauer Tges an. Innerhalb einer FFT-Stufe werden die Frequenzspektren unterschieden; danach erfolgt die Ermittlung der Drehzahl n des elektrischen Antriebs. DE 100 47 924 A1 offenbart ein Gebersystem zur Lage- oder Positionserfassung mit einem Signalgeber zur Erzeugung eines analogen Gebersignals einer Auswerteschaltung für das analoge Gebersignal, einem Analog/Digital-Wandler zur Umsetzung des ausgewerteten analogen Gebersignals in eine digitale Ausgabegröße, einem Rechenmittel zur Umsetzung in eine digitale physikalische Ausgabegröße, insbesondere in einen Lage-/Positionswert, und einer Ausgabeschnittstelle zur Übertragung der digitalen physikalischen Ausgabegröße an eine übergeordnete Verarbeitungseinheit zu synchronen deterministischen Zeitpunkten, insbesondere zu einem Reglertakt der übergeordneten Verarbeitungseinheit. DE 92 08 470 U1 discloses an adjusting device for the relative angular difference between two rotating parts, comprising at least a guide arrangement for the driving part and a driven guide arrangement for at least one rotating part. The driven guide assemblies perform mutual sliding guidance of the rotating drive member to perform relative axial movement with respect to the rotating drive member and/or the rotating driven members to change the relative angular difference with respect to the axis between the rotating driver member and the rotating driven members. US 5,418,362 A discloses an encoder and a code plate for determining absolute position. The code plate includes a substrate, at least two bands formed on the substrate corresponding to factors of the desired count, two positions formed in each band, and an identifier in each band for identifying each band position so that each code plate position is uniquely identified by measuring the band identifiers. DE 103 61 062 A1 discloses a method for determining the actuating force generated by an electric drive, in particular a commutated direct current motor. First, the current consumption I1, I2 of the electric drive is recorded, then frequency spectra characteristic of the rotational position of the electric drive are recorded. These are present during times T1, T2 of a period Tges. The frequency spectra are differentiated within an FFT level; The speed n of the electric drive is then determined. DE 100 47 924 A1 discloses a sensor system for location or position detection with a signal generator for generating an analog sensor signal, an evaluation circuit for the analog sensor signal, an analog/digital converter for converting the evaluated analog sensor signal into a digital output variable, a computing means for converting it into a digital physical output variable, in particular in a location/position value, and an output interface for transmitting the digital physical output variable to a higher-level processing unit at synchronous deterministic times, in particular at a controller clock of the higher-level processing unit.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung löst die Probleme mit einem Ventilsystem gemäß dem unabhängigen Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 20 angegeben.The present invention solves the problems with a valve system according to independent claim 1. Advantageous developments are specified in the dependent claims 2 to 20.

Eine Ausführungsform der Erfindung schließt Drehgeber zur Verwendung mit einer Drehvorrichtung ein. Der Drehgeber umfasst eines oder mehrere codierende Räder, wobei jedes des einen oder der mehreren codierenden Räder zumindest einen Codierabschnitt umfasst, der in der Lage ist, eine Position der Drehvorrichtung zu codieren. Ebenso eingeschlossen ist zumindest ein Doppelsatz von Sensoren, die geeignet sind zum Überwachen des zumindest einen Codierabschnitts.One embodiment of the invention includes rotary encoders for use with a rotary device. The rotary encoder includes one or more encoding wheels, each of the one or more encoding wheels including at least one encoding section capable of encoding a position of the rotating device. Also included is at least one double set of sensors that are suitable for monitoring the at least one coding section.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung schließt einen Ventilbetätiger mit einem Absolutencoder und einem Antriebsstrang ein, der angepasst ist zum Antrieb des Absolutencoders. Der Absolutencoder umfasst zumindest eine codierende Platte, eine Vielzahl von Sensoren, die in der Lage sind, die zumindest eine codierende Platte zu lesen, einen Geschwindigkeitssensor, der in der Lage ist, Geschwindigkeitsdaten zu erzeugen, zumindest einen Doppelsensor für jede der Vielzahl von Sensoren und den Geschwindigkeitssensor.Another embodiment of the invention includes a valve actuator with an absolute encoder and a drive train adapted to drive the absolute encoder. The absolute encoder includes at least one encoding plate, a plurality of sensors capable of reading the at least one encoding plate, a speed sensor capable of generating speed data, at least one dual sensor for each of the plurality of sensors, and the speed sensor.

Die Eigenschaften, Vorteile und verschiedenen Aspekte der vorliegenden Erfindung werden den Fachleuten aus einer Betrachtung der folgenden detaillierten Beschreibung in Kombination mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich werden.The features, advantages and various aspects of the present invention will become apparent to those skilled in the art from a consideration of the following detailed description in combination with the accompanying drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Während die Beschreibung mit den Ansprüchen besonders herausstellt und eindeutig beansprucht, was als die vorliegende Erfindung betrachtet wird, können die Vorteile dieser Erfindung einfacher aus der folgenden Beschreibung der Erfindung gezogen werden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen:

  • 1 die Räder einer Ausführungsform eines Drehgebers zeigt;
  • 2 eine vollständig zusammengebaute Version der Ausführungsform von 1 zeigt;
  • 3 eine teilweise zusammengebaute Version der Ausführungsform der 1 zeigt;
  • 4 eine Draufsicht der Ausführungsform von 3 zeigt;
  • 5 die Räder einer besonderen Ausführungsform eines Drehgebers zeigt;
  • 6 eine repräsentative Reindiagnose in dem Frequenzbereich zeigt;
  • 7 eine repräsentative Problemdiagnose in dem Frequenzbereich zeigt;
  • 8 Datenwerte mit 128 Proben zeigt;
  • 9 die in 8 verwendeten Daten vor dem Durchführen einer FourierTransformation (FT) der Daten zeigt;
  • 10 die Datenauflösung mit 256 Proben zeigt;
  • 11 die in 10 verwendeten Daten vor dem Durchführen einer FT der Daten zeigt;
  • 12 eine Datenbestimmung mit 512 Proben zeigt;
  • 13 die in 12 verwendeten Daten vor dem Durchführen einer FT der Daten zeigt;
  • 14 die Datenauflösung mit 1024 Proben zeigt;
  • 15 eine Tabelle zeigt, die die Genauigkeit einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 16 ein Beispiel von Frequenzbereichsdaten ist, die bei 26 Drehungen pro Minute (U/min) erhalten wurden;
  • 17 ein weiteres Beispiel für Frequenzbereichsdaten ist, die bei 26 U/min erhalten wurden;
  • 18 ein Beispiel für Frequenzbereichsdaten ist, die bei 18 U/min erhalten wurden; und
  • 19 ein weiteres Beispiel für Frequenzbereichsdaten ist, die bei 18 U/min erhalten wurden.
While the description with the claims particularly sets out and clearly claims what is considered to be the present invention, the advantages of this invention can be more easily derived from the following description of the invention when read in conjunction with the accompanying drawings, in which:
  • 1 shows the wheels of an embodiment of a rotary encoder;
  • 2 a fully assembled version of the embodiment of 1 shows;
  • 3 a partially assembled version of the embodiment of 1 shows;
  • 4 a top view of the embodiment of 3 shows;
  • 5 shows the wheels of a special embodiment of a rotary encoder;
  • 6 shows a representative pure diagnosis in the frequency range;
  • 7 shows a representative problem diagnosis in the frequency range;
  • 8th Shows data values with 128 samples;
  • 9 in the 8th used data before performing a Fourier Transform (FT) on the data;
  • 10 shows the data resolution with 256 samples;
  • 11 in the 10 used data before performing an FT of the data;
  • 12 shows a data determination with 512 samples;
  • 13 in the 12 used data before performing an FT of the data;
  • 14 shows the data resolution with 1024 samples;
  • 15 shows a table showing the accuracy of some embodiments of the present invention;
  • 16 is an example of frequency domain data obtained at 26 revolutions per minute (rpm);
  • 17 another example of frequency domain data obtained at 26 rpm;
  • 18 is an example of frequency domain data obtained at 18 rpm; and
  • 19 another example of frequency domain data obtained at 18 rpm.

Beste Arten zum Ausführen der ErfindungBest Modes for Carrying Out the Invention

Die vorliegende Erfindung kann mit jedem Ventilbetätiger oder jeder anderen Dreheinrichtung verwendet werden, wie eine Einrichtung, welche zwischen zwei Positionen rotiert. Eine besondere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet einen Drehgeber mit einem integrierten Geschwindigkeitssensor. Der Geschwindigkeitssensor ist geeignet zur Erzeugung von Geschwindigkeitsdaten für die Frequenzanalyse. Die vorliegende Erfindung kann auch andere Arten von Sensoren verwenden, die in der Lage sind, in den Frequenzbereich überführbare Daten zu erzeugen. Die Frequenzanalyse kann dann zur Diagnose jeglicher Probleme bei dem Ventilbetätiger oder jeder anderen Dreheinrichtung verwendet werden. In einer Ausführungsform ist der Drehgeber ein absoluter Encoder mit Doppelsensorpaaren.The present invention can be used with any valve actuator or other rotating device, such as a device that rotates between two positions. A particular embodiment of the present invention uses a rotary encoder with an integrated speed sensor. The speed sensor is suitable for generating speed data for frequency analysis. The present invention may also utilize other types of sensors capable of generating data translatable into the frequency domain. The frequency analysis can then be used to diagnose any problems with the valve actuator or any other rotating device. In one embodiment, the rotary encoder is an absolute encoder with dual sensor pairs.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente. 1 zeigt eine Ausführungsform eines Drehgebers der vorliegenden Erfindung. Der Drehgeber 1 stellt eine besondere Ausführungsform eines absoluten Encoders dar. Die Ausdrücke „Rad“ oder „Räder“ ohne eine Modifizierung wie „Eingabe“, „Taktung“ oder „Codieren“ können ein Eingaberad 10, ein Taktungsrad 20 und codierende Räder 30 bis 110 sein. Der Ausdruck „codierendes Rad“ oder „codierende Räder“ stellt auf codierende Räder 30 bis 110 ab.In the figures, like reference numerals designate like elements. 1 shows an embodiment of a rotary encoder of the present invention. The rotary encoder 1 represents a special embodiment of an absolute encoder. The terms “wheel” or “wheels” without a modification such as “input”, “clocking” or “encoding” can mean an input wheel 10, a timing wheel 20 and coding wheels 30 to 110 be. The term “coding wheel” or “coding wheels” refers to coding wheels 30 to 110.

Ein unteres Befestigungsgestell 130 ist durch Bolzen 132 an ein unteres Brett 120 gesichert. Die Bolzen 132 können auch Nieten, Schrauben, Klemmen, Clips, Klebstoffe, Schweißpunkte, ein Schnappverschluss oder jedes andere im Stand der Technik bekannte Verbindungsmittel sein. Die Bolzen 132 können an jeder Stelle angebracht sein. Zum Beispiel, wenn der Bolzen 132 eine Klemme ist, kann sich das untere Befestigungsgestell 130 bis zur Kante des unteren Brettes 120 erstrecken und der Bolzen 132 kann sich an dieser Kante befinden. Alternativ, wenn der Bolzen 132 ein Klebstoff ist, kann der Klebstoff über jede Oberfläche des unteren Befestigungsgestells 130 verteilt sein, welches in Kontakt mit dem unteren Brett 120 steht.A lower mounting frame 130 is secured to a lower board 120 by bolts 132. The bolts 132 may also be rivets, screws, clamps, clips, adhesives, spot welds, a snap fastener, or any other fastener known in the art. The bolts 132 can be attached anywhere. For example, if the bolt 132 is a clamp, the lower mounting frame 130 may extend to the edge of the lower board 120 and the bolt 132 may be located at that edge. Alternatively, if the bolt 132 is an adhesive, the adhesive may be spread over any surface of the lower mounting frame 130 that is in contact with the lower board 120.

Das untere Brett 120 kann ein Halbleitersubstrat einschließen, auf dem elektrische Komponenten, wie ein Prozessor 150 und ein Sensor 160 miteinander integriert sein können. Jedoch, eher als die Integration der Schaltungen in das untere Brett 120, können die Schaltungen außerhalb des unteren Brettes 120 positioniert sein. Zum Beispiel können Löcher in das untere Brett 120 gebohrt sein, die mit den Eingaben und Ausgaben des Sensors 160 und den Eingaben und Ausgaben des Prozessors 150 übereinstimmen. Die isolierten Drähte können zwischen den Sensoren 160 und dem Prozessor 150 miteinander verbunden sein. Zusätzlich, wenn eine Schaltung außerhalb des unteren Brettes 120 positioniert ist, kann es wünschenswert sein, das untere Befestigungsgestell 130 in das untere Brett 120 zu integrieren.The bottom board 120 may include a semiconductor substrate on which electrical components such as a processor 150 and a sensor 160 may be integrated together. However, rather than integrating the circuits into the bottom board 120, the circuits may be positioned outside of the bottom board 120. For example, holes may be drilled in the bottom board 120 that correspond to the inputs and outputs of the sensor 160 and the inputs and outputs of the processor 150. The insulated wires may be interconnected between the sensors 160 and the processor 150. Additionally, if a circuit is positioned outside of the lower board 120, it may be desirable to integrate the lower mounting rack 130 into the lower board 120.

Der Drehgeber 1 kann ebenso ein oberes Befestigungsgestell 140 und ein oberes Brett 170 einschließen, wie in den 2 bis 4 gezeigt. Dieselbe Beschreibung in Bezug auf das untere Brett 120 und das untere Befestigungsgestell 130 trifft auf das obere Befestigungsgestell 140 und das obere Brett 170 zu. Das obere Brett 170 kann auch ein Halbleitersubstrat sein. Jedoch kann jede Schaltung ebenso außerhalb des oberen Brettes 170 sein. Das obere Befestigungsgestell 140 kann innerhalb des oberen Brettes 170 integriert sein. Das obere Befestigungsgestell 140 kann durch Bolzen 132 an das untere Befestigungsgestell 130 gesichert sein. Eine Sicherungsmutter 122 ist an dem unteren Brett 120 befestigt. Das obere Brett 170 ist durch eine Schraube 172 und durch die Sicherungsmutter 122 an dem unteren Brett 120 gesichert, wie in 2 gezeigt. Der Drehgeber 1 kann durch Befestigungsbolzen 124 an einer anderen Vorrichtung gesichert sein. Die in Bezug auf die Bolzen 132 beschriebenen Gestaltungen können auch Sicherungsmuttern 122, Schrauben 172 und Befestigungsbolzen 174 verwenden. Wie in den 3 und 4 gezeigt, kann das obere Befestigungsgestell 140 ein einzelnes Materialstück sein. Dies erlaubt der in den 3 und 4 gezeigten Ausführungsform des oberen Befestigungsgestells 140 in einer gleichförmigen Art thermisch zu expandieren. Dasselbe gilt für das untere Befestigungsgestell 130. In einer alternativen Ausführungsform können das obere Befestigungsgestell 140 und das untere Befestigungsgestell 130 aus mehreren Stücken hergestellt sein.The encoder 1 may also include an upper mounting frame 140 and an upper board 170 as shown in FIG 2 until 4 shown. The same description regarding the lower board 120 and the lower mounting frame 130 applies to the upper mounting frame 140 and the upper board 170. The top board 170 can also be a semiconductor substrate. However, any circuitry may also be external to the top board 170. The upper mounting frame 140 can be integrated within the upper board 170. The upper mounting frame 140 can be secured to the lower mounting frame 130 by bolts 132. A lock nut 122 is attached to the lower board 120. The upper board 170 is secured to the lower board 120 by a screw 172 and by the lock nut 122, as shown in 2 shown. The rotary encoder 1 can be secured to another device by fastening bolts 124. The designs described with respect to bolts 132 may also utilize locknuts 122, screws 172, and mounting bolts 174. Like in the 3 and 4 As shown, the upper mounting frame 140 may be a single piece of material. This is allowed in the 3 and 4 shown embodiment of the upper mounting frame 140 to thermally expand in a uniform manner. The same applies to the lower mounting frame 130. In an alternative embodiment, the upper mounting frame 140 and the lower mounting frame 130 can be made from several pieces.

Zusätzlich ist der Drehgeber 1 nicht auf eine besondere Form beschränkt. Der Drehgeber 1 kann kreisförmig, rechtwinklig oder besonders für eine besondere Vorrichtung oder Anwendung geformt sein. Auch die Begriffe „oben“ und „unten“ werden hier nur verwendet, um die Beschreibung des Drehgebers 1 zu vereinfachten. Demnach kann der Drehgeber 1 in jeder Orientierung verwendet werden.In addition, the rotary encoder 1 is not limited to a particular shape. The rotary encoder 1 can be circular, rectangular or specially shaped for a particular device or application. The terms “top” and “bottom” are only used here to simplify the description of the rotary encoder 1. Accordingly, the rotary encoder 1 can be used in any orientation.

In dem besonderen Beispiel der 1 bis 4 schließt das Eingaberad 10 Zähne 12 auf dem Zahnrad 11 ein. Das Eingaberad 10 schließt ebenso eine Öffnung 14 ein, welche mit Sensoren verwendet wird, um ein Mittel zur Verfolgung der Anzahl von Rotationen des Eingaberades 10 bereitzustellen. Eine Verschlusskappe 16 ist an dem Eingaberad 10 befestigt. Wie in 3 gezeigt, wenn die Verschlusskappe 16 angebracht ist, wird jede Bewegung des Eingaberades 10 durch den Kontakt der Verschlusskappe 16 mit dem oberen Befestigungsgestell 140 beschränkt. Die Verschlusskappe 16 kann immer eingeschlossen werden, wenn der Drehgeber 1 bewegt oder transportiert wird, und dann wieder entfernt werden, wenn die Eingabewelle zum Eingriff mit dem Drehgeber 1 bereit ist.In the particular example of 1 until 4 The input wheel 10 includes teeth 12 on the gear 11. The input wheel 10 also includes an opening 14 which is used with sensors to provide a means for tracking the number of rotations of the input wheel 10. A closure cap 16 is attached to the input wheel 10. As in 3 shown, when the cap 16 is in place, any movement of the input wheel 10 is limited by the contact of the cap 16 with the upper mounting frame 140. The closure cap 16 can be included whenever the encoder 1 is moved or transported and then removed again when the input shaft is ready to engage the encoder 1.

Ein Taktungsrad 20 schließt ein Zahnrad 21 und ein Ritzel 25 ein. Das Zahnrad 21 schließt Zähne 22 ein. Das Ritzel 25 schließt Zähne 26 ein. Das Taktungsrad 20 enthält außerdem Taktungsmarkierungen 28. In dieser Ausführungsform sind die Taktungsmarkierungen 28 als Löcher gestaltet, die sich von der oberen Oberfläche des Zahnrades 21 zu der unteren Oberfläche des Zahnrades 21 erstrecken, und die Taktungsmarkierungen 28 sind als Bogenabschnitte gestaltet, welche als rechtwinklig erscheinen. Jedoch wird verstanden, dass diese Elemente jede Form haben können. Die Taktungsmarkierungen 28 können auch gezeichnete Linien, eingebettete Magnete oder alle anderen Strukturen sein, die detektiert werden können. Die Taktungsmarkierungen 28 können auch nicht vorhanden sein und stattdessen können andere Vorrichtungen die Funktion der Taktungsmarkierungen 28 übernehmen. Zum Beispiel können die Zähne auf dem Zahnrad 21 aus einer eisenhaltigen Komponente hergestellt sein und eine ausreichende Anzahl einschließen, um den gewünschten Taktungsmarkierungen zu entsprechen. Ein magnetischer Pick-up befindet sich nahe dem Zahnrad 21 und kann jeden Zahn 22 wahrnehmen, der proximal zu dem magnetischen Pick-up rotiert. Das Taktungsrad 20 stellt nur eine Ausführungsform eines Taktungsmechanismus dar, der mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.A timing wheel 20 includes a gear 21 and a pinion 25. The gear 21 includes teeth 22. The pinion 25 includes teeth 26. The timing wheel 20 also includes timing marks 28. In this embodiment, the timing marks 28 are shaped as holes extending from the upper surface of the gear 21 to the lower surface of the gear 21, and the timing marks 28 are shaped as arc portions which appear to be rectangular . However, it is understood that these elements can take any form. The timing marks 28 may also be drawn lines, embedded magnets, or any other structures that can be detected. The timing markings 28 can also not be present and other devices can take over the function of the timing markings 28 instead. For example, the teeth on the gear 21 may be made of a ferrous component and include a sufficient number to correspond to the desired timing markings. A magnetic pick-up is located near the gear 21 and can sense each tooth 22 rotating proximal to the magnetic pick-up. The timing wheel 20 represents only one embodiment of a timing mechanism that may be used with the present invention.

Das Taktungsrad 20 schließt auch Codierabschnitte 24 ein, die in der vorliegende Erfindung als bogenförmige Löcher gestaltet sind, die sich von der oberen Oberfläche des Ritzels 25 bis zum Boden des Zahnrades 21 erstrecken. 1 zeigt Codierabschnitte 24 als in geraden Kanten in einer Linie mit Strahlen auslaufend, die sich radial vom Zentrum des Taktungsrades 20 erstrecken. Die Codierabschnitte 24 können auch bogenförmige Abschnitte sein, die in konkaven Kanten ähnlich der konkaven Spalte 134 und Spalte 144 enden. Die Codierabschnitte 24 sind gezeigt als den inneren Ring 27 des Taktungsrades 20 in Achtel teilend. Jedoch können die Codierabschnitte 24 zum Teilen des inneren Ringes 27 in Hälften, Viertel, Sechzehntel oder jede andere 1/2n Teilung gestaltet sein.The timing wheel 20 also includes encoder sections 24, which in the present invention are designed as arcuate holes extending from the top surface of the pinion 25 to the bottom of the gear 21. 1 shows coding sections 24 as ending in straight edges in a line with rays that extend radially from the center of the timing wheel 20. The coding sections 24 may also be arcuate sections ending in concave edges similar to the concave column 134 and column 144. The coding sections 24 are shown as dividing the inner ring 27 of the timing wheel 20 into eighths. However, the coding sections 24 may be designed to divide the inner ring 27 into halves, quarters, sixteenths or any other 1/2 n division.

In der gezeigten Ausführungsform der 1 schließt das codierende Rad 30 ein Zahnrad 31 ein, welches Zähne 32 und ein Ritzel 35 einschließt, welches Zähne 36 einschließt. Das codierende Rad 30 weist einen inneren Ring 37 auf, welcher den Codierabschnitt 34 beinhaltet, und einen äußeren Ring 39, welcher den Codierabschnitt 38 beinhaltet. Die Codierabschnitte 34 und 38 erstrecken sich von der oberen Oberfläche des codierenden Rades 30 zu der unteren Oberfläche des Rades 30. Die Codierabschnitte 38 weisen eine kontinuierliche bogenförmige Form auf, die eine Hälfte des äußeren Ringes 39 besetzt. Der Codierabschnitt 34 schließt zwei unterschiedliche Bogenabschnitte ein, den Abschnitt 34a und den Abschnitt 34b, welche jeweils ein Viertel des inneren Rings besetzen und voneinander gleichmäßig beabstandet sind. Der Abschnitt 34a beginnt mit demselben radialen Strahl wie der Codierabschnitt 38. Der Abschnitt 34b beginnt mit dem demselben radialen Strahl, wo der Codierabschnitt 38 endet. Die Codierabschnitte können asymmetrisch sein, wie in 1 gezeigt, oder symmetrisch, wie die Codierabschnitte in 5. Eine asymmetrische Orientierung der Codierabschnitte kann die Positionierung redundanter Sensoren auf dem unteren Brett 120 an Orten vereinfachen, die nicht durch nicht-codierende Abschnittteile der codierenden Räder blockiert sind.In the embodiment shown the 1 The coding wheel 30 includes a gear 31 which includes teeth 32 and a pinion 35 which includes teeth 36. The coding wheel 30 has an inner ring 37 which includes the coding section 34 and an outer ring 39 which includes the coding section 38. The encoder sections 34 and 38 extend from the upper surface of the encoder wheel 30 to the lower surface of the wheel 30. The encoder sections 38 have a continuous arcuate shape that occupies one half of the outer ring 39. The encoder section 34 includes two distinct arcuate sections, section 34a and section 34b, each occupying a quarter of the inner ring and equally spaced from one another. Section 34a begins with the same radial ray as the encoding section 38. Section 34b begins with the same radial ray where the encoding section 38 ends. The coding sections can be asymmetrical, as in 1 shown, or symmetrical, like that Coding sections in 5 . Asymmetrical orientation of the coding sections may facilitate positioning of redundant sensors on the lower board 120 in locations that are not blocked by non-coding section portions of the coding wheels.

Das codierende Rad 40 schließt ein Zahnrad 41 ein, welches Zähne 42 einschließt, und ein Ritzel, welches Zähne einschließt (nicht gezeigt). Das Ritzel ist auf der Unterseite des codierenden Rades 40 befestigt und in den Figuren nicht gezeigt. Das codierende Rad 40 weist einen inneren Ring 47 auf, welcher einen Codierabschnitt 44 beinhaltet, und einen äußeren Ring49, welcher den Codierabschnitt 48 beinhaltet. Die Codierabschnitte 44 und 48 erstrecken sich von der oberen Oberfläche des codierenden Rades 40 zu der unteren Oberfläche des Rades 40. Der Codierabschnitt 48 schließt einen kontinuierlichen bogenförmigen Abschnitt ein, welcher eine Hälfte des äußeren Ringes 49 besetzt. Der Codierabschnitt 44 ist in zwei bogenförmige Abschnitte geteilt, Abschnitt 44a und 44b, wobei jeder von ihnen ein Viertel des inneren Ringes besetzt und sie voneinander gleichmäßig beabstandet sind. Der Abschnitt 44a beginnt bei demselben radialen Strahl wie der Codierabschnitt 48. Der Abschnitt 44b beginnt bei demselben radialen Strahl, an dem der Codierabschnitt 48 endet.The encoding wheel 40 includes a gear 41 including teeth 42 and a pinion including teeth (not shown). The pinion is mounted on the underside of the coding wheel 40 and is not shown in the figures. The encoding wheel 40 has an inner ring 47 which includes an encoding section 44 and an outer ring 49 which includes the encoding section 48. The encoder sections 44 and 48 extend from the upper surface of the encoder wheel 40 to the lower surface of the wheel 40. The encoder section 48 includes a continuous arcuate section which occupies one half of the outer ring 49. The encoder section 44 is divided into two arcuate sections, sections 44a and 44b, each of which occupies a quarter of the inner ring and are equally spaced from each other. Section 44a begins at the same radial ray as the encoding section 48. Section 44b begins at the same radial ray at which the encoding section 48 ends.

In der vorliegenden Ausführungsform sind die codierenden Räder 50, 70, 90 und 110 identisch zu dem codierenden Rad 30, und die codierenden Räder 60, 80 und 100 sind identisch zu dem codierenden Rad 40. Jedoch ist es nicht nötig, dass irgendeines der codierenden Räder zu einem anderen codierenden Rad identisch ist. Wenn die Begriffe „innerer Ring“ oder „innere Ringe“ verwendet werden, wird auf die inneren Ringe 37, 47, 57, 67, 87, 97, 107 und 117 jedes der codierenden Räder 30 bis 110 Bezug genommen. Nur die inneren Ringe des Taktungsrades 20 und die codierenden Räder 30 und 40 sind in 1 deutlich bezeichnet. Wenn die Ausdrücke „äußerer Ring“ oder „äußere Ringe“ verwendet werden, wird auf die äußeren Ringe 39, 49, 59, 69, 79, 89, 99, 109 und 119 jedes der codierenden Räder 30 bis 110 Bezug genommen. Nur die äußeren Ringe der codierenden Räder 30 und 40 sind in 1 deutlich bezeichnet. Wenn die Begriffe „Codierabschnitt“ oder „Codierabschnitte“ verwendet werden, wird auf die Codierabschnitte 24, 34, 44, 48, 54, 58, 64, 68, 74, 78, 84, 88, 94, 98, 104, 108, 114 und 118 des Taktungsrades 20 und jedes der codierenden Räder 30 bis 110 Bezug genommen. Nur die Codierabschnitte des Taktungsrades 20 und die codierenden Räder 30 und 40 sind in 1 deutlich bezeichnet. Zusätzlich können die Taktungsmarkierungen 28 als „Codierabschnitte“ betrachtet werden. Die durch die Taktungsmarkierungen 28 erzeugten Daten werden sowohl für die Positionsbestimmung und/oder die Geschwindigkeitsbestimmung verwendet. Ebenso können die durch die anderen Codierabschnitte erzeugten Daten sowohl für die Positions- und/oder die Geschwindigkeitsbestimmung verwendet werden.In the present embodiment, the encoding wheels 50, 70, 90 and 110 are identical to the encoding wheel 30, and the encoding wheels 60, 80 and 100 are identical to the encoding wheel 40. However, it is not necessary that any of the encoding wheels is identical to another coding wheel. When the terms “inner ring” or “inner rings” are used, reference is made to the inner rings 37, 47, 57, 67, 87, 97, 107 and 117 of each of the coding wheels 30 to 110. Only the inner rings of the timing wheel 20 and the coding wheels 30 and 40 are in 1 clearly marked. When the terms “outer ring” or “outer rings” are used, reference is made to the outer rings 39, 49, 59, 69, 79, 89, 99, 109 and 119 of each of the coding wheels 30 to 110. Only the outer rings of the coding wheels 30 and 40 are in 1 clearly marked. When the terms “coding section” or “coding sections” are used, reference is made to coding sections 24, 34, 44, 48, 54, 58, 64, 68, 74, 78, 84, 88, 94, 98, 104, 108, 114 and 118 of the timing wheel 20 and each of the encoding wheels 30 to 110 are referred to. Only the coding sections of the timing wheel 20 and the coding wheels 30 and 40 are in 1 clearly marked. Additionally, the timing marks 28 can be viewed as “encoding sections”. The data generated by the timing markings 28 is used for both position determination and/or speed determination. Likewise, the data generated by the other coding sections can be used for both position and/or speed determination.

Das Zahnrad 11 des Eingaberades 10 wirkt mit dem Ritzel 25 des Taktungsrades 20 zusammen. Das Zahnrad 21 des Taktungsrades 20 wirkt mit dem Zahnrad 31 des codierenden Rades 30 zusammen. Das Ritzel 35 des codierenden Rades 30 wirkt mit dem Zahnrad 41 des codierenden Rades 40 zusammen. Das Ritzel 45 des codierenden Rades 40 wirkt mit einem Zwischenritzel 180 zusammen. Das Zwischenritzel 180 wirkt mit dem Zahnrad 51 des codierenden Rades 50 zusammen. Das Ritzel 55 des codierenden Rades 50 wirkt mit dem Zahnrad 61 des codierenden Rades 60 zusammen. Das Ritzel 65 des codierendes Rades 60 wirkt mit dem Zwischenritzel 180 zusammen. Das Zwischenritzel 180 wirkt mit dem Zahnrad 71 des codierenden Rades 70 zusammen. Das Ritzel 75 des codierenden Rades 70 wirkt mit dem Zahnrad 81 des codierenden Rades 80 zusammen. Das Ritzel 85 des codierenden Rades 80 wirkt mit dem Zwischenritzel 180 zusammen. Das Zwischenritzel 180 wirkt mit dem Zahnrad 91 des codierenden Rades 90 zusammen. Das Ritzel 95 des codierenden Rades 90 wirkt mit dem Zahnrad 101 des codierenden Rades 100 zusammen. Das Ritzel 105 des codierenden Rades 100 wirkt mit dem Zwischenritzel 180 zusammen. Das Zwischenritzel 180 wirkt mit dem Zahnrad 111 des codierenden Rades 110 zusammen.The gear 11 of the input wheel 10 interacts with the pinion 25 of the timing wheel 20. The gear 21 of the timing wheel 20 interacts with the gear 31 of the coding wheel 30. The pinion 35 of the coding wheel 30 interacts with the gear 41 of the coding wheel 40. The pinion 45 of the coding wheel 40 interacts with an intermediate pinion 180. The intermediate pinion 180 interacts with the gear 51 of the coding wheel 50. The pinion 55 of the coding wheel 50 interacts with the gear 61 of the coding wheel 60. The pinion 65 of the coding wheel 60 interacts with the intermediate pinion 180. The intermediate pinion 180 interacts with the gear 71 of the coding wheel 70. The pinion 75 of the coding wheel 70 interacts with the gear 81 of the coding wheel 80. The pinion 85 of the coding wheel 80 interacts with the intermediate pinion 180. The intermediate pinion 180 interacts with the gear 91 of the coding wheel 90. The pinion 95 of the coding wheel 90 interacts with the gear 101 of the coding wheel 100. The pinion 105 of the coding wheel 100 interacts with the intermediate pinion 180. The intermediate pinion 180 interacts with the gear 111 of the coding wheel 110.

Wie in 3 gesehen werden kann, befinden sich die Zahnräder des Eingaberades 10 und der codierenden Räder 40, 60, 80 und 100 an derselben Stelle wie die Ritzel des Taktungsrades 20 und die codierenden Räder 30, 50, 70, 90 und 110. Die Ritzel der codierenden Räder 40, 60, 80 und 100 befinden sich an derselben Stelle wie die Zahnräder des Taktungsrades 20 und die codierenden Räder 30, 50, 70, 90 und 110.As in 3 As can be seen, the gears of the input wheel 10 and the coding wheels 40, 60, 80 and 100 are in the same location as the pinions of the timing wheel 20 and the coding wheels 30, 50, 70, 90 and 110. The pinions of the coding wheels 40, 60, 80 and 100 are in the same location as the timing wheel 20 gears and the coding wheels 30, 50, 70, 90 and 110.

Leichte Schutzabdeckungen (nicht gezeigt) können von dem unteren Befestigungsgestell 130 und dem oberen Befestigungsgestell 140 hervorstehen. Die Schutzabdeckung ist in einem partiellen oder vollständig konzentrischen Ring zwischen den inneren und den äußeren Ringen angeordnet. Zum Beispiel befindet sich bei dem codierenden Rad 30 die Schutzabdeckung zwischen dem inneren Ring 37 und dem äußeren Ring 39. Die Schutzabdeckung kann gestaltet sein, um verschiedene Höhen in Abhängigkeit von der Entfernung zwischen der unteren Oberfläche des Taktungsrades 20 und den codierenden Rädern 30 bis 110 auf der einen Seite sowie dem unteren Befestigungsgestell 130 aufzuweisen. Die Schutzabdeckung bietet eine leichte Barriere zwischen den Sensoren 160. Die Schutzabdeckung kann konzentrische Ringe einschließen, welche in das untere Befestigungsgestell 130 eingebaut sind, welches in die codierenden Räder und das Taktungsrad 20 eingebaut ist, oder kann in das untere Brett 120 und das obere Brett 170 eingebaut sein. Alternativ können Barrieren um die einzelnen Sensoren 160 oder um die Detektoren 162 und die Emitter 164 gebaut werden. Die Schutzabdeckungen können konzentrische Rippenringe, Wände oder jede andere Struktur sein, die in der Lage ist, Nebensignaleffekte zwischen verschiedenen Sensoren 160 zu verhindern.Lightweight protective covers (not shown) may protrude from the lower mounting frame 130 and the upper mounting frame 140. The protective cover is arranged in a partial or fully concentric ring between the inner and outer rings. For example, in the coding wheel 30, the protective cover is located between the inner ring 37 and the outer ring 39. The protective cover can be designed to have different heights depending on the distance between the lower surface of the timing wheel 20 and the coding wheels 30 to 110 on one side and the lower fastening frame 130. The protective cover provides a light barrier between the sensors 160. The protective cover Coverage may include concentric rings built into the lower mounting frame 130 built into the coding wheels and timing wheel 20, or may be built into the lower board 120 and upper board 170. Alternatively, barriers can be built around the individual sensors 160 or around the detectors 162 and the emitters 164. The protective covers may be concentric fin rings, walls, or any other structure capable of preventing crosstalk between different sensors 160.

Das Zusammenwirken des Eingaberades 10, des Taktungsrades 20 und der codierenden Räder 30 bis 110 ist in den 1 bis 4 als schlangenförmige Gestalt gezeigt. Jedoch kann diese Gestaltung variiert werden, um zu verschiedenen Encoderdesigns zu passen. Wenn beispielsweise der Drehgeber 1 als ein Kreis gewünscht ist, können die Räder dann in einer Spiralgestaltung angeordnet werden. Vielfältige Formen des Drehgebers 1 und zahlreiche Gestaltungen der Räder sind möglich. 5 zeigt eine alternative U-förmige Gestaltung der Räder innerhalb einer gleichen Drehgeberform.The interaction of the input wheel 10, the timing wheel 20 and the coding wheels 30 to 110 is in the 1 until 4 shown as a serpentine figure. However, this design can be varied to suit different encoder designs. For example, if the encoder 1 is desired to be a circle, the wheels can then be arranged in a spiral configuration. Various shapes of the rotary encoder 1 and numerous designs of the wheels are possible. 5 shows an alternative U-shaped design of the wheels within the same encoder shape.

Der Drehgeber 1 kann auch in einer abgestuften Struktur gestaltet sein. Das Eingaberad 10, das Taktungsrad 20 und die codierenden Räder 30 bis 110 sind in den 1 bis 4 als auf einem einzigen Niveau angeordnet gezeigt. Alternativ kann der Drehgeber 1 gestaltet sein, um Räder auf verschiedenen Niveaus einzuschließen. In 1 ist jedes Rad einzeln an dem unteren Befestigungsgestell 130 gesichert. Jedoch könnten mehrere Räder auf einer einzelnen Achse befestigt werden. In einer Ausführungsform könnten jeweils codierende Räder 60 und 70, codierende Räder 50 und 80, codierende Räder 40 und 90 und codierende Räder 30 und 100 auf derselben Achse angeordnet werden. Das Taktungsrad 20 und das codierende Rad 110 können auf derselben Achse angeordnet sein. Für einen noch schmaleren Drehgeber könnten die Räder 40, 50, 80 und 90 auf derselben Achse angeordnet sein und die codierenden Räder 30, 60, 70, 100 und 110 könnten auf derselben Achse angeordnet sein. Es wird verstanden werden, dass eine Vielzahl von Gestaltungen und Kombinationen möglich ist.The rotary encoder 1 can also be designed in a stepped structure. The input wheel 10, the timing wheel 20 and the encoding wheels 30 to 110 are in the 1 until 4 shown as arranged on a single level. Alternatively, the encoder 1 may be designed to include wheels at different levels. In 1 Each wheel is individually secured to the lower mounting frame 130. However, multiple wheels could be mounted on a single axle. In one embodiment, coding wheels 60 and 70, coding wheels 50 and 80, coding wheels 40 and 90, and coding wheels 30 and 100 could each be arranged on the same axle. The timing wheel 20 and the encoding wheel 110 may be arranged on the same axis. For an even narrower encoder, the wheels 40, 50, 80 and 90 could be arranged on the same axis and the encoding wheels 30, 60, 70, 100 and 110 could be arranged on the same axis. It will be understood that a variety of designs and combinations are possible.

Das Eingaberad 10, das Taktungsrad 20 und die codierenden Räder 30 bis 110 sind als Stirnräder gezeigt. Jedoch können diese Räder auch Schneckenräder, Kegelräder, Winkelzahnräder, hypoide, kranzförmige, Zahn und Ritzel und helische Zahnräder sein. Der Drehgeber 1 zeigt eine Ausführungsform, in der die codierenden Räder eine starre Drehung aufweisen. Alternativ könnte ein Rad- und Ritzelsystem eingesetzt werden, wenn das Taktungsrad 20 und die codierenden Räder 30 bis 110 keine starre Drehung aufweisen.The input wheel 10, the timing wheel 20 and the encoding wheels 30 to 110 are shown as spur gears. However, these gears can also be worm gears, bevel gears, angle gears, hypoid, rim gears, tooth and pinion and helical gears. The rotary encoder 1 shows an embodiment in which the encoding wheels have a rigid rotation. Alternatively, a wheel and pinion system could be used if the timing wheel 20 and the encoding wheels 30 to 110 do not have rigid rotation.

Mit Bezug zu der besonderen, in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungsform, sind die inneren und äußeren Ringe verschiedener codierender Räder mit demselben Abstand vom Zentrum der Räder angeordnet. Beispielsweise haben der innere Ring 37 und der Codierabschnitt 34 dieselbe Entfernung vom Zentrum des Rades 30 wie der innere Ring 47 und der Codierabschnitt 44 vom Zentrum des Rades 40, obwohl das Rad 40 einen größeren Durchmesser aufweist. Daher kann die Anzahl der Zähne 42 und der Zähne 36 die Geschwindigkeitsreduzierung des Rades 40 auf das Rad 30 bestimmen. Dasselbe gilt für die anderen Räder. Jedoch ist es nicht notwendig, das die Codierabschnitte der verschiedenen codierenden Räder radial gleich angeordnet sind.With reference to the special one in which 1 until 4 In the embodiment shown, the inner and outer rings of various coding wheels are arranged at the same distance from the center of the wheels. For example, the inner ring 37 and the coding portion 34 are the same distance from the center of the wheel 30 as the inner ring 47 and the coding portion 44 are from the center of the wheel 40, even though the wheel 40 has a larger diameter. Therefore, the number of teeth 42 and teeth 36 can determine the speed reduction of the wheel 40 to the wheel 30. The same applies to the other wheels. However, it is not necessary that the coding sections of the different coding wheels are arranged radially in the same way.

Die Geschwindigkeit des Eingaberades 10 wird durch die Geschwindigkeit der zu überwachenden Drehvorrichtung bestimmt. In der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise dreht das Taktungsrad 20 ungefähr 1,34 Mal schneller als das Eingaberad 10. Das codierende Rad 30 dreht sich mit derselben Geschwindigkeit wie das Taktungsrad 20. Das codierende Rad 40 dreht ein Viertel der Geschwindigkeit des codierenden Rades 30. Das codierende Rad 50 dreht ein Viertel der Geschwindigkeit des codierenden Rades 40, welches mit einem Sechzehntel der Geschwindigkeit des codierenden Rades 30 dreht. Dasselbe kann für die anderen codierenden Räder gelten, so dass das codierende Rad 110 ein Viertel der Geschwindigkeit des codierenden Rades 100 dreht, welches mit einem 1/65.536-tel der Geschwindigkeit des codierenden Rades 30 dreht. In manchen Szenarien wird das codierende Rad drehen, aber nicht genug, um eine Rotation des codierenden Rades 110 auszulösen. In alternativen Ausführungsformen können zusätzliche codierende Räder zu dem Drehgeber 1 hinzugefügt werden. Die Geschwindigkeit der zusätzlichen codierenden Räder kann als 1/4n des codierenden Rades 30 (das codierende Rad als n=o zählend, das codierende Rad 40 als n=1, ..., das codierende Rad 110 als n=8 usw.) berechnet werden. Bestimmte Ausführungsformen der Erfindung können ein codierendes Rad mit einer kleinen Anzahl von Bits für das Rad mit der höchsten Geschwindigkeit einschließen, aber eine steigende höhere Anzahl von Bits pro Rad erlauben, wenn die relative codierende Radgeschwindigkeit abnimmt, wenn der Radzug wächst.The speed of the input wheel 10 is determined by the speed of the rotating device to be monitored. For example, in the present embodiment, the timing wheel 20 rotates approximately 1.34 times faster than the input wheel 10. The encoding wheel 30 rotates at the same speed as the timing wheel 20. The encoding wheel 40 rotates a quarter of the speed of the encoding wheel 30. The encoding Wheel 50 rotates at a quarter of the speed of the encoding wheel 40, which rotates at a sixteenth of the speed of the encoding wheel 30. The same may apply to the other encoding wheels, so that the encoding wheel 110 rotates a quarter of the speed of the encoding wheel 100, which rotates at 1/65,536th the speed of the encoding wheel 30. In some scenarios, the encoding wheel will rotate, but not enough to trigger rotation of the encoding wheel 110. In alternative embodiments, additional encoding wheels can be added to the encoder 1. The speed of the additional encoding wheels can be calculated as 1/4 n of the encoding wheel 30 (counting the encoding wheel as n=o, the encoding wheel 40 as n=1,..., the encoding wheel 110 as n=8, etc.) be calculated. Certain embodiments of the invention may include an encoding wheel with a small number of bits for the highest speed wheel, but allow increasing higher numbers of bits per wheel as the relative encoding wheel speed decreases as the wheel train increases.

Es kann Situationen geben, in denen es wünschenswert ist, die Anzahl der Zähne von Rad zu Rad zu variieren. Wenn beispielsweise die codierenden Räder 40 und 60 nicht dieselbe Anzahl von Zähnen aufweisen. Zusätzlich, in Verbindung mit der Variation der Anzahl der Zähne auf einem Zahnrad, kann die radiale Position eines Codierabschnittes relativ zu einem anderen Rad variiert werden, um eine Geschwindigkeitsverringerung oder -erhöhung zu erzeugen.There may be situations where it is desirable to vary the number of teeth from wheel to wheel. For example, if the coding wheels 40 and 60 do not have the same number of teeth. Additionally, in conjunction with varying the number of teeth on a gear, the radial position of an encoder section relative to another gear can be varied to to produce a reduction or increase in speed.

Die Räder können aus jeder Anzahl von Materialien hergestellt sein. Einige wenige repräsentative Beispiele sind Stähle, rostfreie Stähle, Aluminium, andere Metalle, Keramiken, Kunststoffe, Glas und mit Metall bedeckte Kunststoffe. Jedes im Stand der Technik bekannte Material für Zahnräder kann verwendet werden. Alle Räder können aus derselben Zusammensetzung hergestellt sein, oder die Zusammensetzungen können zwischen den Rädern variieren.The wheels can be made from any number of materials. A few representative examples include steels, stainless steels, aluminum, other metals, ceramics, plastics, glass and metal-covered plastics. Any gear material known in the art can be used. All wheels may be made of the same composition, or the compositions may vary between wheels.

Wie mit Bezug zu dem codierenden Rad 80 gezeigt, schließt der Sensor 160 Detektoren 162 und Emitter 164 ein. Die Detektoren 162 und Emitter 164 sind in das untere Brett 120 eingebaut. Spalte 134 sind in das untere Befestigungsgestell 130 eingebaut, um eine Verdunkelung der Detektoren 162 und der Emitter 164 zu verhindern. Mit Bezug zu den Emittern 164 und den Detektoren 162 können diese innerhalb des unteren Brettes 120 über Halbleiterherstellungstechnologien hergestellt werden, die Emitter 164 und die Detektoren 162 auf dem unteren Brett 120 befestigt werden und die Emitter 164 und die Detektoren 162 durch Löcher in dem unteren Brett 120 eingefügt werden. Es wird verstanden, dass jeder andere Weg zur Sicherung der Emitter 164 und der Detektoren 162 an dem unteren Brett 120 ebenso in der vorliegenden Erfindung eingeschlossen ist. Die Spalte 144 (4) werden in das obere Befestigungsgestell 140 eingebaut und haben dieselben Funktion wie Spalte 134. Auch wenn es nicht gezeigt ist, kann der Drehgeber 1 Sensoren einschließen, einschließlich Emitter und Detektoren, welche in die untere Oberfläche des oberen Brettes 170 eingebaut sind. Für jeden in das untere Brett 120 eingebauten Detektor 162 kann ein Emitter direkt darüber angeordnet sein. Für jeden in das untere Brett 120 eingebauten Emitter 164 kann ein Detektor direkt darüber angeordnet sein. Die Spalte 144 in dem oberen Befestigungsgestell 140, in 4 gezeigt, verhindern jedes Blockieren der Emitter und Detektoren durch das obere Befestigungsgestell 140. Die Sensoren, Detektoren und Emitter, die sich auf der unteren Oberfläche des oberen Bretts 170 befinden, sind typischerweise identisch zu den Sensoren 160, Emittern 164 und Detektoren 162, die sich direkt darüber befinden. Auch für die Vereinfachung der Diskussion werden entsprechende Komponenten, die sich auf dem oberen Brett 170 befinden, welche im Wesentlichen gleich den Komponenten sind, die sich auf dem unteren Brett 120 befinden, obwohl es in den Figuren nicht gezeigt ist, dasselbe Bezugszeichen gefolgt durch eine Prim-(')-Markierung gegeben werden (z.B. Detektor 162 und Detektor 162').As shown with respect to the encoding wheel 80, the sensor 160 includes detectors 162 and emitters 164. The detectors 162 and emitters 164 are built into the lower board 120. Columns 134 are built into the lower mounting frame 130 to prevent obscuration of the detectors 162 and emitters 164. With respect to the emitters 164 and detectors 162, they may be fabricated within the bottom board 120 via semiconductor manufacturing technologies, the emitters 164 and detectors 162 secured to the bottom board 120, and the emitters 164 and detectors 162 through holes in the bottom board 120 can be inserted. It is understood that any other way to secure the emitters 164 and detectors 162 to the bottom board 120 is also included in the present invention. Column 144 ( 4 ) are installed in the upper mounting frame 140 and have the same function as column 134. Although not shown, the encoder 1 may include sensors, including emitters and detectors, which are installed in the lower surface of the upper board 170. For each detector 162 installed in the bottom board 120, an emitter may be located directly above it. For each emitter 164 installed in the bottom board 120, a detector may be located directly above it. The column 144 in the upper mounting frame 140, in 4 shown prevent any blocking of the emitters and detectors by the upper mounting frame 140. The sensors, detectors and emitters located on the lower surface of the upper board 170 are typically identical to the sensors 160, emitters 164 and detectors 162 located located directly above it. Also, for ease of discussion, corresponding components located on the upper board 170, which are substantially the same as the components located on the lower board 120, although not shown in the figures, are given the same reference numeral followed by a Prime (') marking can be given (e.g. detector 162 and detector 162').

Die gezeigte Ausführungsform schließt Sensoren 160, 161, 163 und 165 ein. Die Sensoren 161 entsprechen den inneren Ringen des Taktungsrades 20 und der codierenden Räder 30 bis 110. Die Sensoren 163 und 165 entsprechen den äußeren Ringen der codierenden Räder 30 bis 110. Die Sensoren 160', 161', 163' und 165' befinden sich jeweils direkt über den Sensoren 160, 161, 163 und 165. Die Sensoren 163 und 165 können ungefähr 90 Grad radial entfernt voneinander angeordnet sein. In den codierenden Rädern 30, 60, 70, 100 und 110 kann der Sensor 161 den Winkel zwischen den Sensoren 163 und 165 halbieren. In den codierenden Rädern 40, 50, 80 und 90 können die Sensoren 161 und 163 ungefähr 45 Grad radial voneinander entfernt sein, und die Sensoren 161 und 165 können ungefähr 135 Grad radial voneinander entfernt sein. Die Sensoren 161, 163, 165 und 169 sind nur in Bezug auf die codierenden Räder 80 und 100 und das Taktungsrad 20 nummeriert. Jeder Sensor 161, 163 und 165 schließt einen Emitter 164 und einen Detektor 162 ein. Jeder Sensor 161', 163' und 165' schließt einen Emitter 164' und Detektor 162' ein.The embodiment shown includes sensors 160, 161, 163 and 165. The sensors 161 correspond to the inner rings of the timing wheel 20 and the coding wheels 30 to 110. The sensors 163 and 165 correspond to the outer rings of the coding wheels 30 to 110. The sensors 160', 161', 163' and 165' are located respectively directly above sensors 160, 161, 163 and 165. Sensors 163 and 165 may be located approximately 90 degrees radially apart from each other. In the coding wheels 30, 60, 70, 100 and 110, the sensor 161 can halve the angle between the sensors 163 and 165. In the coding wheels 40, 50, 80 and 90, sensors 161 and 163 may be approximately 45 degrees radially apart and sensors 161 and 165 may be approximately 135 degrees radially apart. The sensors 161, 163, 165 and 169 are numbered only in relation to the coding wheels 80 and 100 and the timing wheel 20. Each sensor 161, 163 and 165 includes an emitter 164 and a detector 162. Each sensor 161', 163' and 165' includes an emitter 164' and detector 162'.

Die Sensoren 160/160', einschließlich der Emitter 164/164' und der Detektoren 162/162' kann als ein Satz von Sensorpaaren oder als ein Doppelsatz von Sensoren beschrieben werden. Dasselbe gilt für die besonderen Formen der Sensoren 160/160' und 160'/160" (d.h. die Sensoren 161, 161', 163, 163', 165, 165', 169 und 169'). Anstatt den Emitter 164 und den Detektor 162 als ein Paar zu sehen und den Emitter 164' und den Detektor 162' als ein gegenüberliegendes zweites Paar, können der Emitter 164 und der Detektor 162' als ein Paar gesehen werden, und der Emitter 164' und der Detektor 162 kann als ein paralleles zweites Paar gesehen werden. Das zweite Paar, wie auch immer gesehen, kann eine doppelte Abtastung bereitstellen. Diese Redundanz ermöglicht es dem Drehgeber 1, hochgradig fehlertolerant zu sein. Beispielsweise wenn eines dieser Paare ausfallen sollte, wäre der Drehgeber 1 immer noch betriebsbereit. Der Encoder kann mit einer Vielzahl von aktivierten Sensoren arbeiten, in Abhängigkeit davon, welcher, wenn überhaupt, Sensor oder Sensorkomponente ausgefallen sein könnte.The sensors 160/160', including the emitters 164/164' and the detectors 162/162' can be described as a set of sensor pairs or as a dual set of sensors. The same applies to the special shapes of the sensors 160/160' and 160'/160" (i.e. the sensors 161, 161', 163, 163', 165, 165', 169 and 169'). Instead of the emitter 164 and the detector 162 as a pair and the emitter 164' and detector 162' as an opposite second pair, the emitter 164 and detector 162' can be seen as a pair, and the emitter 164' and detector 162 can be seen as a parallel second pair can be seen. The second pair, however seen, can provide double sampling. This redundancy allows the encoder 1 to be highly fault tolerant. For example, if one of these pairs were to fail, the encoder 1 would still be operational. The Encoder can work with a variety of activated sensors depending on which, if any, sensor or sensor component may have failed.

In einer besonderen Ausführungsform ist die Lage eines Emitters 164 und eines Detektors 162 eines Sensors 160 der Ort, welcher dem Sensor 160 (und dem entsprechenden Sensor 160') die breiteste und am meisten symmetrische mögliche Versetzungstoleranz gibt. Die Orte, an denen die Codewerte für einen Sensor wechseln, lassen in der Richtung im Uhrzeigersinn (CW) genauso viel Raum wie in der Richtung entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn (CCW) bevor der Bitwert wieder wechseln wird. Dieser Weg ist in 1 gezeigt. In einer besonderen Ausführungsform führt dies zu asymmetrischen Sensorversetzungen mit einer entsprechenden Asymmetrie in den Codewechselpunkten.In a particular embodiment, the location of an emitter 164 and a detector 162 of a sensor 160 is the location that gives the sensor 160 (and the corresponding sensor 160') the widest and most symmetrical offset tolerance possible. The locations where the code values change for a sensor leave as much room in the clockwise (CW) direction as in the counterclockwise (CCW) direction before the bit value will change again. This way is in 1 shown. In a special embodiment, this leads to asymmetrical sensor offsets with a corresponding asymmetry in the code change points.

In einer alternativen Ausführungsform kann ein Emitter 164 in Bezug zu einem Detektor 162 versetzt sein. Die resultierenden ersten und Versatz codierten Werte können dann verglichen werden, um sicherzustellen, dass die arithmetische Differenz zwischen den zwei Werten die gleiche ist. Wenn die arithmetische Differenz nicht identisch ist, könnte das Problem in dem unten beschriebenen Selbsttest liegen.In an alternative embodiment, an emitter 164 may be offset relative to a detector 162. The resulting first and offset encoded values can then be compared to ensure that the arithmetic difference between the two values is the same. If the arithmetic difference is not the same, the problem could be in the self-test described below.

In einer der beiden Ausführungsformen, solange der Versatz innerhalb der Grenzen der v-Bit Anti-Backlash-Logik und innerhalb der Grenzen der erlaubten mechanischen Toleranzen der Komponenten liegt, werden die resultierenden Codes identisch sein.In either embodiment, as long as the offset is within the limits of the v-bit anti-backlash logic and within the limits of the allowed mechanical tolerances of the components, the resulting codes will be identical.

In einer alternativen Ausführungsform können die Sensoren 161, 163 und 165 jeweils einen einzelnen Emitter haben, und die entsprechenden Sensoren 161', 163' und 165' könnten jeweils einen entsprechenden einzelnen Detektor ohne jede Redundanz haben.In an alternative embodiment, sensors 161, 163 and 165 could each have a single emitter, and corresponding sensors 161', 163' and 165' could each have a corresponding single detector without any redundancy.

Die verschiedenen Sensoren sind mit Taktungsmarkierungen 28 verbunden. Der Sensor 169, in 1 gezeigt, schließt zumindest einen Emitter 164 und zumindest einen Detektor 162 ein. Der Sensor 169', der sich auf dem oberen Brett 170 befindet, ist direkt über dem Sensor 169 angebracht und schließt zumindest einen Emitter 164' und zumindest einen Detektor 162' ein.The various sensors are connected to timing marks 28. The sensor 169, in 1 shown includes at least one emitter 164 and at least one detector 162. Sensor 169', located on top board 170, is mounted directly above sensor 169 and includes at least one emitter 164' and at least one detector 162'.

In einer besonderen Ausführungsform befinden sich die entsprechenden Sensoren jeweils auf dem unteren 120 und dem oberen Brett 170 und können gleichzeitig mit einem Rad aktiviert werden. Alternativ können alle oder einige der Räder gleichzeitig aktiviert werden. Die Unterseite jedes Rades wird typischerweise zuerst aktiviert, gefolgt durch die obere Seite jedes Rades. In einer besonderen Ausführungsform können individuelle Emitter der Sensoren 160/160' aktiviert werden. Die verschiedenen Sensoren 169/169' zur Überwachung der Taktungsmarkierungen 28 werden kontinuierlich aktiviert, wie unten detailliert beschrieben. Mit Bezug zu den codierenden Rädern 30 bis 110 können die Emitter 164 der Sensoren 161, 163 und 165 aktiviert werden. Wenn der Drehgeber 1 in der in 1 gezeigten Position ist, dann empfangen die Detektoren 162' der Sensoren 161', 163' und 165' jeweils ein Signal von den entsprechenden Emittern 164. Jedoch könnte der Drehgeber 1 so positioniert sein, dass nur die Detektoren 162' der Sensoren 161' und 163', 161' und 165', 163' und 165', 161', 163' und 165' oder keiner dieser Sensoren ein Signal empfängt. Unabhängig von der Position des Drehgebers 1 werden die Detektoren 162 ein Signal empfangen, wenn die Emitter 164 aktiviert sind. In einer besonderen Ausführungsform sind die Emitter 164 und die Detektoren 162 zur direkten Kommunikation sowohl vertikal als zur Seite hin in der Lage. Daher, wenn drei Emitter 164 aktiviert sind, sollten die drei Detektoren 162 ein Signal empfangen und die drei Detektoren 162' können ein Signal empfangen, wenn eine Öffnung in dem Codierrad (d.h. und dem codierenden Abschnitt) zwischen einem Emitter 164 und einem Detektor 162' angeordnet ist. Daher werden 6-Bit-Daten erzeugt.In a special embodiment, the corresponding sensors are located on the lower 120 and the upper board 170 and can be activated simultaneously with a wheel. Alternatively, all or some of the wheels can be activated at the same time. The bottom of each wheel is typically activated first, followed by the top of each wheel. In a special embodiment, individual emitters of the sensors 160/160' can be activated. The various sensors 169/169' for monitoring the timing marks 28 are continuously activated, as described in detail below. With respect to the coding wheels 30 to 110, the emitters 164 of the sensors 161, 163 and 165 can be activated. If the rotary encoder 1 is in the in 1 position shown, then the detectors 162' of the sensors 161', 163' and 165' each receive a signal from the corresponding emitters 164. However, the rotary encoder 1 could be positioned so that only the detectors 162' of the sensors 161' and 163 ', 161' and 165', 163' and 165', 161', 163' and 165' or none of these sensors receive a signal. Regardless of the position of the encoder 1, the detectors 162 will receive a signal when the emitters 164 are activated. In a particular embodiment, the emitters 164 and the detectors 162 are capable of direct communication both vertically and laterally. Therefore, when three emitters 164 are activated, the three detectors 162 should receive a signal and the three detectors 162' can receive a signal when an opening in the encoder wheel (ie and the encoding section) between an emitter 164 and a detector 162' is arranged. Therefore, 6-bit data is generated.

Auf dieselbe Art, wenn die Emitter 164' der Sensoren 161', 163' und 165', die sich auf dem oberen Brett 170 befinden, aktiviert sind, werden 6-Bit-Daten erzeugt. Die Detektoren 162' desselben Sensors werden aktiviert, ebenso wie die Detektoren 162 der Sensoren 161, 163 und 165 auf der unteren Seite des Drehgebers 1. Die Sensoren 161, 163 und 165 des codierenden Rades 30 können aktiviert werden. Dann können die Sensoren 161', 163' und 165' des codierenden Rades 30 aktiviert werden. Dieses Muster von alternativer Sensoraktivierung kann relativ zu den codierenden Rädern 40 bis 110 fortgesetzt werden.In the same way, when the emitters 164' of the sensors 161', 163' and 165' located on the top board 170 are activated, 6-bit data is generated. The detectors 162' of the same sensor are activated, as are the detectors 162 of the sensors 161, 163 and 165 on the lower side of the rotary encoder 1. The sensors 161, 163 and 165 of the coding wheel 30 can be activated. Then the sensors 161', 163' and 165' of the coding wheel 30 can be activated. This pattern of alternative sensor activation may continue relative to the encoding wheels 40 to 110.

Mit Bezug auf das Taktungsrad 20 können die Sensoren 161 und 161' wie mit Bezug zu den codierenden Rädern 30 bis 110 oben beschrieben aktiviert werden. In einer besonderen Ausführungsform werden die Emitter der Sensoren 169 und 169' kontinuierlich aktiviert. In der in 2 gezeigten Ausführungsform schließt der Sensor 169' zwei Emitter ein und der Sensor 169 schließt zwei Detektoren ein. In einer besonderen Ausführungsform haben all die anderen Sensoren sowohl einen Emitter als auch einen Detektor. In einer besonderen Ausführungsform ist nur ein Emitter des Sensors 169 zu einem Zeitpunkt aktiviert.With respect to the timing wheel 20, the sensors 161 and 161' may be activated as described above with respect to the coding wheels 30 to 110. In a particular embodiment, the emitters of sensors 169 and 169' are continuously activated. In the in 2 In the embodiment shown, sensor 169' includes two emitters and sensor 169 includes two detectors. In a particular embodiment, all of the other sensors have both an emitter and a detector. In a particular embodiment, only one emitter of sensor 169 is activated at a time.

Der erste Detektor 162a und der zweite Detektor 162b können so positioniert werden, dass wenn eine Taktungsmarkierung 28 über dem ersten Detektor 162a vorhanden ist, eine Taktungsmarkierung 28 über dem zweiten Detektor 162b nicht vorhanden ist. Dies ist in 1 gezeigt, wo der Detektor 162a und ein optionaler Emitter 164 sichtbar sind, aber der Detektor 162b nicht sichtbar ist.The first detector 162a and the second detector 162b can be positioned so that when a timing mark 28 is present over the first detector 162a, a timing mark 28 is not present over the second detector 162b. This is in 1 shown where detector 162a and an optional emitter 164 are visible, but detector 162b is not visible.

Alternativ könnten die Sensoren 169 und 169' jeweils sowohl einen Emitter als auch einen Detektor haben und das direkte Seite-an-Seite-Übertragungsmerkmal könnte abgeschaltet sein. Dieses Merkmal könnte unter Verwendung eines anderen Typs von Sensor oder durch Platzieren einer Barriere um die Kanten der Detektoren 162 und 162' und/oder der Emitter 164 und 164' abgeschaltet werden.Alternatively, sensors 169 and 169' could each have both an emitter and a detector and the direct side-by-side transmission feature could be turned off. This feature could be turned off using another type of sensor or by placing a barrier around the edges of detectors 162 and 162' and/or emitters 164 and 164'.

Die Sensoren 169 und 169' können ebenso andere Emitter und Detektoren einschließen. Zum Beispiel zeigt 2 einen Emitter 164 in einem Sensor 169, der einem Detektor 162' in einem Sensor 169 entsprechen würde. Der Emitter 164 kann in einem ausreichenden Abstand von dem ersten Detektor 162a positioniert sein, so dass der erste Detektor 162a kein Lichtsignal empfängt, wenn der Emitter 164 aktiviert ist. In einer alternativen Ausführungsform können die Emitter 164, der erste Emitter 164a' und der zweite Emitter 164b' abwechselnd aktiviert werden.Sensors 169 and 169' may also include other emitters and detectors. For example shows 2 an emitter 164 in a sensor 169, which a detector 162 'in a sensor would correspond to 169. The emitter 164 may be positioned a sufficient distance from the first detector 162a so that the first detector 162a does not receive a light signal when the emitter 164 is activated. In an alternative embodiment, the emitters 164, the first emitter 164a' and the second emitter 164b' may be activated alternately.

Die Sensoren 160 und 160' bieten drei Redundanzniveaus. Zuerst, wenn irgendeiner der Emitter 164' und 164 und der Detektoren 162' und 162 ausfällt, werden die Sensoren 160 und 160' immer noch einsatzbereit sein. Zum Beispiel, sollte der Emitter 164 des Sensors 161 des codierenden Rades 80 ausfallen, wird dann der Sensor 161 immer noch betriebsbereit sein, da der Emitter 164' des Sensors 161' immer noch zur Kommunikation mit dem Detektor 162 des Sensors 161 in der Lage ist.Sensors 160 and 160' provide three levels of redundancy. First, if any of the emitters 164' and 164 and the detectors 162' and 162 fail, the sensors 160 and 160' will still be operational. For example, should the emitter 164 of the sensor 161 of the coding wheel 80 fail, the sensor 161 will still be operational because the emitter 164' of the sensor 161' is still capable of communicating with the detector 162 of the sensor 161 .

Ein zweites Redundanzniveau ist in einer eingebauten Selbsttestfunktion begründet. Das Platzieren eines Detektors 162 benachbart zu einem Emitter 164 ermöglicht einen Selbsttest. Sogar wenn dort kein freier Lichtpfad aufgrund der Position eines codierenden Rades vorhanden ist, wird der Detektor 162 ein Signal empfangen, wenn der Emitter 164 aktiviert ist. Wenn der Detektor 162 ein Signal nicht empfangen hat, dann funktioniert entweder der Emitter 164 und der Detektor 162 oder beide nicht (oder die beigefügte Schaltung und Verarbeitung). Sobald ein codierendes Rad in eine Position bewegt wurde, wo ein freier Lichtpfad ist, und wenn der Detektor 192 kein Signal empfängt, weist wahrscheinlich der Emitter 164 eine Fehlfunktion auf. Die Brauchbarkeit des Detektors 162' und 164 kann durch Aktivieren des Emitters 164' bestimmt werden. Dieselbe Logik gilt, wenn der Detektor 162, der Detektor 162' oder der Emitter 164' anstelle des Emitters 164 beginnt, eine Fehlfunktion aufzuweisen.A second level of redundancy is based on a built-in self-test function. Placing a detector 162 adjacent an emitter 164 allows for a self-test. Even if there is no clear light path due to the position of an encoding wheel, the detector 162 will receive a signal when the emitter 164 is activated. If detector 162 has not received a signal, then either or both of emitter 164 and detector 162 (or the associated circuitry and processing) are not functioning. Once an encoding wheel has been moved to a position where there is a clear light path, and if the detector 192 does not receive a signal, the emitter 164 is likely malfunctioning. The usefulness of detectors 162' and 164 can be determined by activating emitter 164'. The same logic applies if detector 162, detector 162', or emitter 164' begins to malfunction instead of emitter 164.

Der Prozessor 150 wird jede ausgefallene Komponente in Betracht ziehen, wie einen Emitter 164 oder einen Detektor 162', wenn feststeht, welche Position durch die Sensoren 160 und 160' identifiziert wurde. Wenn beispielsweise der Detektor 162 des Sensors 163 benachbart zum codierenden Rad 80 ausfallen sollte, kann dann der Prozessor 150 dies kompensieren, wenn die Sensoren 163 und 163' keinen blockierten Lichtpfad im selben Rotationspunkt des codierenden Rades 80 wahrnehmen. Alternativ, unter Verwendung des gleichen Beispiels, wenn der Detektor 162 kein Signal empfängt, kann der Detektor 162 durch den benachbarten Emitter 164 getestet werden, um zu bestimmen, ob der Detektor 162 betriebsbereit ist. Der Emitter 164' kann durch den benachbarten Detektor 162 getestet werden, um zu bestimmen, ob der Emitter 164' die Quelle des Problems ist. Wenn der Emitter 164' und der Detektor 162 betriebsbereit sind, und der Emitter 164' überträgt, aber der Detektor 162 die Übertragung nicht empfängt, blockiert dann der äußere Ring 89 den Lichtpfad zwischen dem Emitter 164' und dem Detektor 162. Auch wenn der Detektor 162 ausgefallen ist, kann dann der Prozessor 150 die Position der codierenden Räder 30 bis 70 und 90 bis 110 auswerten, um zu bestimmen, ob der äußere Ring 89 tatsächlich den ausgefallenen Detektor 162 blockiert.The processor 150 will consider any failed component, such as an emitter 164 or a detector 162', once it is determined which position was identified by the sensors 160 and 160'. For example, if the detector 162 of the sensor 163 adjacent to the coding wheel 80 were to fail, the processor 150 can then compensate for this if the sensors 163 and 163 'do not detect a blocked light path in the same rotation point of the coding wheel 80. Alternatively, using the same example, if detector 162 is not receiving a signal, detector 162 may be tested by adjacent emitter 164 to determine whether detector 162 is operational. The emitter 164' can be tested by the adjacent detector 162 to determine whether the emitter 164' is the source of the problem. If the emitter 164' and detector 162 are operational, and the emitter 164' is transmitting but the detector 162 is not receiving the transmission, then the outer ring 89 blocks the light path between the emitter 164' and the detector 162. Even if the detector 162 has failed, the processor 150 can then evaluate the position of the coding wheels 30 to 70 and 90 to 110 to determine whether the outer ring 89 is actually blocking the failed detector 162.

Eine dritte Redundanz kann durch jeden der Sensoren 160 und 160' unter Verwendung einer Viterbi-Decodierung bereitgestellt werden. Zum Beispiel können entweder die Ausgabe des Sensors 163 oder des Sensors 165 zur Erzeugung eines Viterbi-Bits (v-Bit) verwendet werden. Wenn ein Sensor 160 oder ein Sensor 160' nicht arbeitet, um ein v-Bit zu erzeugen, dann wird der Sensor 160 oder 160' zur Erzeugung eines Datenbits verwendet. In einer besonderen Ausführungsform werden die Sensoren 165 und 165' zur Erzeugung des v-Bits verwendet. Der Viterbi-Decodierungsalgorithmus ist eine fortgeschrittene Fehlerkorrekturtechnologie. Das v-Bit bietet redundanten Daten, die verwendet werden können, um die Positionen der anderen 2-Bits zu decodieren. In dieser Ausführungsform können die Sensoren 161 und 161' 1-Bit-Daten bereitstellen und die Sensoren 163 und 163' können das zweite Bit Daten bereitstellen. Durch Verwendung eines v-Bits kann der winkelige Versatz der durch die Sensoren 161 und 161' und durch die Sensoren 163 und 163' erzeugten Signale mehr als +/- 22,5 Grad von der optimalen Position abweichen, ohne einen Codierungsfehler zu verursachen. Daher kann, sogar wenn ein Signal mit einem Versatz empfangen wird, die wahre Position des Rades immer noch bestimmt werden. Das v-Bit auf einem codierenden Rad klärt ebenso die wahre Position eines benachbarten codierenden Rades. Zum Beispiel hilft das v-Bit des codierenden Rades 30 bei der Klärung der wahren Position des codierenden Rades 40.A third redundancy may be provided by each of sensors 160 and 160' using Viterbi decoding. For example, either the output of sensor 163 or sensor 165 can be used to generate a Viterbi bit (v-bit). If a sensor 160 or a sensor 160' is not operating to generate a v-bit, then the sensor 160 or 160' is used to generate a data bit. In a particular embodiment, sensors 165 and 165' are used to generate the v bit. The Viterbi decoding algorithm is an advanced error correction technology. The v bit provides redundant data that can be used to decode the positions of the other 2 bits. In this embodiment, sensors 161 and 161' may provide 1-bit data and sensors 163 and 163' may provide the second bit of data. By using a v bit, the angular offset of the signals generated by sensors 161 and 161' and by sensors 163 and 163' can deviate more than +/- 22.5 degrees from the optimal position without causing an encoding error. Therefore, even if a signal is received with an offset, the true position of the wheel can still be determined. The v bit on an encoding wheel also clarifies the true position of an adjacent encoding wheel. For example, the v bit of the encoding wheel 30 helps clarify the true position of the encoding wheel 40.

Die Viterbi-Decodierung ist nicht der einzige Decodierungsalgorithmus, für dessen Implementierung die codierenden Räder 30 bis 110 gestaltet sein können. Andere geeignete Algorithmen zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung schließen z.B. sequenzielles Decodieren, Reed-Solomon-Codierung und Turbocodierung ein. Eine andere Alternative zur Viterbi-Decodierung ist das Zahnradzählen.Viterbi decoding is not the only decoding algorithm that the encoding wheels 30-110 may be designed to implement. Other suitable algorithms for use with the present invention include, for example, sequential decoding, Reed-Solomon coding and turbo coding. Another alternative to Viterbi decoding is gear counting.

In dem Drehgeber 1 sind die Sensoren 165, welche die v-Bits erzeugen, von den Sensoren 161 und 163 versetzt. Alternativ kann der Sensor 165 in einer Reihe mit dem Datenbit produzierenden Sensor 163 oder 161 angeordnet sein. 5 zeigt eine Ausführungsform eines absoluten Encoders (5: Drehgeber 2), wobei der v-Bit-Sensor 2165 in einer Reihe mit einem Datenbitsensor 2161 positioniert und von einem Datenbitsensor 2163 versetzt ist. Wie mit Bezug zum Taktungsrad 2020 gesehen wird, kann der v-Bit-Sensor 2165 auch positioniert sein, um den Codierabschnitt 2034 auf dem inneren Ring 2027 wahrzunehmen. Die v-Bit-Sensoren 2165 können positioniert sein zur Wahrnehmung der inneren Ringe für irgendeines oder alle der codierenden Räder 2030 bis 2110. Daher können die Sensoren 161 oder die Datenbitsensoren 2161 auch ein v-Bit sein.In the encoder 1, the sensors 165, which generate the v-bits, are offset from the sensors 161 and 163. Alternatively, sensor 165 may be arranged in line with data bit producing sensor 163 or 161. 5 shows an embodiment of an absolute encoder ( 5 : rotary encoder 2), with the v-bit sensor 2165 positioned in a row with a data bit sensor 2161 and is offset by a data bit sensor 2163. As seen with respect to timing wheel 2020, v-bit sensor 2165 may also be positioned to sense encoder portion 2034 on inner ring 2027. The v-bit sensors 2165 may be positioned to sense the inner rings for any or all of the coding wheels 2030 to 2110. Therefore, the sensors 161 or the data bit sensors 2161 may also be a v-bit.

Der Drehgeber 2, gezeigt in 5, wirkt wie der Drehgeber 1, außer einigen Unterschieden. Das Eingaberad 2010 hat eine unterschiedliche Anzahl von Zähnen. Der Codierabschnitt 2024 teilt den inneren Ring 2027 eher in Hälften als in Viertel. Zusätzlich ist ein Sensor 2165 in denselben konzentrischen Ring als Datenbitsensor 2161 eingefügt. Das Taktungsrad 2020 schließt ein Ritzel 2025 auf der Seite ein, welche ein Zwischenritzel 2180 ist.The rotary encoder 2, shown in 5 , works like encoder 1, except for a few differences. The 2010 input wheel has a different number of teeth. The coding section 2024 divides the inner ring 2027 into halves rather than quarters. In addition, a sensor 2165 is inserted into the same concentric ring as a data bit sensor 2161. The timing wheel 2020 includes a pinion 2025 on the side, which is an intermediate pinion 2180.

Das codierende Rad 2030 schließt das Zahnrad 2031 mit Zähnen 2032 und das Ritzel 2035 mit Zähnen 2036 ein. Das codierende Rad 2030 weist einen inneren Ring 2037 auf, welcher einen Codierabschnitt 2034 und einen äußeren Ring 2039 einschließt, welcher wiederum den Codierabschnitt 2038 aufnimmt. Die Codierabschnitte 2034 und 2038 erstrecken sich von der oberen Oberfläche des codierenden Rades 2030 zu der unteren Oberfläche des Rades 2030. Der Codierabschnitt 2038 ist als kontinuierlicher bogenförmiger Abschnitt gezeigt, der eine Hälfte des äußeren Ringes 2039 besetzt. Der Codierabschnitt 2034 schließt zwei verschiedene bogenförmige Abschnitte, den Abschnitt 2034a und den Abschnitt 2034b ein, wobei jeder von ihnen als ein Viertel des inneren Ringes besetzend gezeigt ist, und wobei sie gleichmäßig voneinander beabstandet sind. Das Mittelteil des Abschnittes 2034a ist in einer Linie mit dem Mittelteil des Codierabschnitts 2038. Der Abschnitt 2034b besetzt den Raum direkt gegenüber dem Abschnitt 2034a.The coding wheel 2030 includes the gear 2031 with teeth 2032 and the pinion 2035 with teeth 2036. The encoding wheel 2030 includes an inner ring 2037 which includes an encoding section 2034 and an outer ring 2039 which in turn receives the encoding section 2038. The encoder sections 2034 and 2038 extend from the upper surface of the encoder wheel 2030 to the lower surface of the wheel 2030. The encoder section 2038 is shown as a continuous arcuate section occupying one half of the outer ring 2039. The encoder section 2034 includes two distinct arcuate sections, section 2034a and section 2034b, each of which is shown occupying a quarter of the inner ring and are equally spaced apart. The middle part of section 2034a is in line with the middle part of encoding section 2038. Section 2034b occupies the space directly opposite section 2034a.

Das codierende Rad 2040 schließt ein Zahnrad 2041 mit Zähnen 2042 und ein Ritzel 2045 mit Zähnen 2046 ein. Das Ritzel 2045 ist auf der Unterseite des codierenden Rades 2040 befestigt. In der Ausführungsform von 5 ist das Ritzel 2045 durch das codierende Rad 2040 sichtbar. Das codierende Rad 2040 weist Codierabschnitte 2044 und 2088 ähnlich dem codierenden Rad 2030 auf. Für die Beschreibung sind nur die Codierabschnitte des Taktungsrades 2020 und des codierenden Rades 2030 in 5 bezeichnet.The coding wheel 2040 includes a gear 2041 with teeth 2042 and a pinion 2045 with teeth 2046. The pinion 2045 is attached to the bottom of the coding wheel 2040. In the embodiment of 5 the pinion 2045 is visible through the coding wheel 2040. The encoding wheel 2040 has encoding sections 2044 and 2088 similar to the encoding wheel 2030. For the description, only the coding sections of the timing wheel 2020 and the coding wheel 2030 are included 5 designated.

Die codierenden Räder 2050, 2070, 2090 und 2110 können zu dem codierenden Rad 2030 identisch sein. Die codierenden Räder 2060, 2080 und 2100 können zu dem codierenden Rad 2060 identisch sein. Die Ausdrücke „innerer Ring“, „innere Ringe“, „äußerer Ring“, „äußere Ringe“, „Codierabschnitt“ und „Codierabschnitte“ werden verwendet, um den Drehgeber 2 der 5 auf dieselbe Art wie den Drehgeber 1 zu beschreiben.The coding wheels 2050, 2070, 2090 and 2110 may be identical to the coding wheel 2030. The coding wheels 2060, 2080 and 2100 may be identical to the coding wheel 2060. The terms “inner ring”, “inner rings”, “outer ring”, “outer rings”, “coding section” and “coding sections” are used to describe the rotary encoder 2 of the 5 in the same way as the encoder 1.

Das Eingaberad 2010 wirkt mit dem Zwischenritzel 2180 zusammen, welches wiederum mit dem Ritzel 2025 des Taktungsrades 2020 zusammenarbeitet. Das Ritzel 2025 arbeitet mit dem Zwischenritzel 2180 zusammen, welches wiederum mit dem Zahnrad 2031 des codierenden Rades 2030 zusammenarbeitet. Das Ritzel 2035 des codierenden Rades 30 wirkt mit dem Zahnrad 2041 des codierenden Rades 2040 zusammen usw. bis zum codierenden Rad 2110. Die codierenden Räder 2030 bis 2110 wirken in der gleichen Art wie die codierenden Räder 30 bis 110.The input wheel 2010 works together with the intermediate pinion 2180, which in turn works together with the pinion 2025 of the timing wheel 2020. The pinion 2025 works together with the intermediate pinion 2180, which in turn works together with the gear 2031 of the coding wheel 2030. The pinion 2035 of the coding wheel 30 cooperates with the gear 2041 of the coding wheel 2040 and so on up to the coding wheel 2110. The coding wheels 2030 to 2110 act in the same way as the coding wheels 30 to 110.

In der vorliegenden Ausführungsform können die Zähne des Eingaberades 2010 und die Zahnräder der codierenden Räder 2030, 2050, 2070, 2090 und 2110 gestaltet sein, um in derselben Ebene zu liegen wie die Ritzel des Taktungsrades 2020 und der codierenden Räder 2040, 2060, 2080 und 2100. Die Ritzel der codierenden Räder 2030, 2050, 2070, 2090 und 2110 können in derselben Ebene angeordnet sein wie die Zahnräder der codierenden Räder 2040, 2060, 2080 und 2100. Die Ritzel der codierenden Räder 2030, 2050, 2070, 2090 und 2110 können in derselben Ebene wie die Zahnräder der codierenden Räder 2040, 2060, 2080 und 2100 angeordnet sein.In the present embodiment, the teeth of the input wheel 2010 and the gears of the coding wheels 2030, 2050, 2070, 2090 and 2110 may be designed to lie in the same plane as the pinions of the timing wheel 2020 and the coding wheels 2040, 2060, 2080 and 2100. The pinions of the coding wheels 2030, 2050, 2070, 2090 and 2110 may be arranged in the same plane as the gears of the coding wheels 2040, 2060, 2080 and 2100. The pinions of the coding wheels 2030, 2050, 2070, 2090 and 2110 can be arranged in the same plane as the gears of the coding wheels 2040, 2060, 2080 and 2100.

Mit Bezug auf den Drehgeber 1 bieten die Sensoren 160 und 160' einen Anhaltspunkt der absoluten Position der Eingabewelle, welche das Eingaberad 10 dreht. Wie gezeigt ist der Drehgeber 1 ein 18-Bit-Absolutencoder. Daher ist der Drehgeber 1 in der Lage, 262.144 Positionen zu bezeichnen. Natürlich müssen nicht alle dieser Positionen verwendet werden. Der Drehgeber 1 kann aufwärts oder abwärts skaliert werden durch Hinzufügen oder Wegnehmen von Rädern und Sensoren zu oder von dem Ende des Strangs. Drei Sätze von Sensoren 160 und 160' können über ein Rad bereitgestellt werden. Alternativ können nur einer oder zwei der Sätze von Sensoren 160 und 160' pro Rad oder an dem letzten Rad in der Kette bereitgestellt werden, solang die Sensoren positioniert sind, um als die Bits nicht größerer Größenordnung in dem codierten Wert zu wirken. Der Drehgeber 1 kann auch nur ein einzelnes codierendes Rad aufweisen, welches sowohl als Quelle der Geschwindigkeits- als auch der Positionsdaten dient. Der Drehgeber 1 kann also nur ein einzelnes Position codierendes Rad und einen einzelnen Geschwindigkeit wahrnehmenden Mechanismus, wie ein Taktungsrad, aufweisen. Zusätzlich kann jedes der codierenden Räder eine Anzahl von Codierabschnitten und entsprechenden Sensoren 160 und 160' aufweisen. Der Drehgeber 1 kann von jeder Encodergestalt sein, welche die Sensoren 160 und 160' verwenden.With respect to the encoder 1, the sensors 160 and 160' provide an indication of the absolute position of the input shaft that rotates the input wheel 10. As shown, encoder 1 is an 18-bit absolute encoder. Therefore, the encoder 1 is able to designate 262,144 positions. Of course, not all of these positions need to be used. The encoder 1 can be scaled up or down by adding or subtracting wheels and sensors to or from the end of the string. Three sets of sensors 160 and 160' can be provided via a wheel. Alternatively, only one or two of the sets of sensors 160 and 160' may be provided per wheel or on the last wheel in the chain, as long as the sensors are positioned to act as the no larger magnitude bits in the encoded value. The rotary encoder 1 can also have only a single coding wheel, which serves as both a source of speed and position data. The rotary encoder 1 can therefore only have a single position-encoding wheel and a single speed-sensing mechanism, such as a timing wheel. In addition, each of the encoding wheels may have a number of encoding sections and corresponding ones Sensors 160 and 160 'have. The rotary encoder 1 can be of any encoder form that uses the sensors 160 and 160'.

Wie oben beschrieben sind die Sensoren 160 und 160' in der Lage zu kommunizieren, wenn ein Codierabschnitt zwischen den Sensoren angeordnet ist, womit ein freier Lichtpfad bereitgestellt wird. In den Sensoren 160 geben die Detektoren 162 einen logischen o-Wert aus, wenn ein Signal empfangen wird und geben einen logischen 1-Wert aus, wenn kein Signal empfangen wird. Ähnlich dazu geben die Detektoren 162' in den Sensoren 160' einen logischen o-Wert aus, wenn ein Signal empfangen wird, und geben einen logischen 1-Wert aus, wenn kein Signal empfangen wird. Daher, wenn sich ein Codierabschnitt zwischen dem Sensor 160 und dem Sensor 160' befindet, wenn der Emitter 164 aktiviert ist, empfängt der Prozessor 150 zwei einzelne logische Eingaben: Eine Eingabe vom Detektor 162', welcher die Position wahrnimmt, und eine Eingabe vom Detektor 162, welcher einen Selbsttest durchführt. Sobald der Emitter 164 abgeschaltet ist und der Emitter 164' aktiviert ist, empfängt der Prozessor 150 dann zwei individuelle logische Eingaben: Eine logische Eingabe vom Detektor 162, der die Position wahrnimmt, und eine logische Eingabe vom Detektor 162', welcher einen Selbsttest ausführt.As described above, the sensors 160 and 160' are capable of communicating when an encoding section is disposed between the sensors, thereby providing a clear light path. In sensors 160, detectors 162 output a logic 0 value when a signal is received and output a logic 1 value when no signal is received. Similarly, detectors 162' in sensors 160' output a logic 0 value when a signal is received and output a logic 1 value when no signal is received. Therefore, when an encoding section is between the sensor 160 and the sensor 160' when the emitter 164 is activated, the processor 150 receives two separate logical inputs: an input from the detector 162', which senses position, and an input from the detector 162, which carries out a self-test. Once emitter 164 is turned off and emitter 164' is activated, processor 150 then receives two individual logic inputs: a logic input from detector 162 sensing position and a logic input from detector 162' performing a self-test.

Wenn ein innerer oder ein äußerer Ring die Kommunikation zwischen den Sensoren 160 und 160' blockiert, wird der Prozessor 150 dann eine logische o-Eingabe empfangen, die einem Bitwert in dem Positionscode entspricht, und eine logische 1-Eingabe, die einen erfolgreichen Test eines Emitters in Verbindung mit dieser Bitposition darstellt. Wenn beispielsweise der Emitter 164 aktiviert ist, wird der Detektor 162' vor dem Empfang eines Signals blockiert und wird eine logische 1 übertragen. Der Detektor 162 wird immer noch ein Signal durch eine direkte Seite-an-Seite-Übertragung empfangen, und daher eine logische o an den Prozessor 150 übertragen.If an inner or outer ring blocks communication between sensors 160 and 160', processor 150 will then receive a logical 0 input corresponding to a bit value in the position code and a logical 1 input indicating a successful test of a Emitter in connection with this bit position represents. For example, if emitter 164 is activated, detector 162' will be blocked from receiving a signal and a logic 1 will be transmitted. The detector 162 will still receive a signal through a direct side-by-side transmission, and therefore transmit a logical o to the processor 150.

Wenn der Prozessor 150 logische o-Signale von einem Detektor 162' empfängt und ein gegenüberliegender Emitter 164 aktiviert ist, dann erkennt der Prozessor 150, dass ein Codierabschnitt vorhanden sein muss. Dasselbe Ergebnis wird erreicht, wenn ein Emitter 164' aktiviert ist und ein Detektor 162 logische o-Signale sendet. Die vorliegende Ausführungsform verwendet o- und logische o-Signale, jedoch können auch 0 und 5 Volt, 1 und 5 Volt oder alle anderen üblichen Sensorsignale oder Kombinationen davon verwendet werden. Zusätzlich können die Detektoren 162 und 162' so gestaltet sein, dass eine logische 0 erzeugt wird, wann immer ein Lichtsignal nicht empfangen wird, und 0 Volt erzeugt werden, wenn ein Lichtsignal empfangen wird. In solch einer Ausführungsform würde ein Prozessor 150 einen Anhaltspunkt eines Codierabschnittes zwischen den Sensoren 160 und 160' empfangen, wenn 0 Volt von dem Detektor 162' empfangen werden und der Emitter 164 aktiviert ist.If the processor 150 receives logic o signals from a detector 162' and an opposing emitter 164 is activated, then the processor 150 recognizes that an encoding section must be present. The same result is achieved when an emitter 164' is activated and a detector 162 sends logic o signals. The present embodiment uses o and logic o signals, but 0 and 5 volts, 1 and 5 volts, or any other common sensor signals or combinations thereof may also be used. Additionally, detectors 162 and 162' may be configured to generate a logic 0 whenever a light signal is not received and 0 volts are generated whenever a light signal is received. In such an embodiment, a processor 150 would receive an indication of an encoding section between sensors 160 and 160' when 0 volts are received from detector 162' and emitter 164 is activated.

In einer besonderen Ausführungsform wird der Selbsttest eines benachbarten Detektors 162 durch einen Emitter 164 durch direkte Übertragung seitens des Emitters 164 zu dem Detektor 162 durchgeführt. Zum Beispiel kann sich der Detektor 162 0,5 mm von dem Emitter 164 befinden. Alternativ können Sensoren verwendet werden, die zur direkten Seite-an-Seite-Übertragung nicht geeignet sind. In solch einer Ausführungsform kann ein Selbsttest durch Reflexion durchgeführt werden. Zum Beispiel, wenn ein Codierabschnitt zwischen den Sensoren 160 und 160' vorhanden ist und der Emitter 164 aktiviert ist, würde nur der Detektor 162' ein Signal empfangen. Wenn der Emitter 164' aktiviert ist, würde nur der Detektor 162 das Signal empfangen. Dies würde beiden Emittern 164 und 164' erlauben, zur selben Zeit aktiviert zu werden. Wenn ein Codierabschnitt nicht vorhanden ist, so dass Licht zwischen den Sensoren 160 und 160' blockiert werden würde, können die Detektoren 162 und 162' zum Empfang reflektierter Lichtsignale angepasst sein. In diesem Szenarium, wenn der Emitter 164 aktiviert ist, kann Licht von der unteren Oberfläche eines inneren oder äußeren Rings reflektiert werden. Der Detektor 162 kann einen Abschnitt des reflektierten Lichtes empfangen. Der Detektor 162 kann zur Übertragung einer logischen 0 gestaltet sein, wenn kein Licht empfangen wird. Der Detektor 162 kann gestaltet sein zur Übertragung einer Spannung, die mit der Intensität des empfangenen Lichts vergleichbar ist. Daher, wenn ein Codierabschnitt vorhanden ist, kann dann der Detektor 162 ein direktes Lichtsignal mit relativ hoher Intensität von dem Emitter 164' empfangen, der sich direkt über dem Detektor 162 befindet. Wenn kein Codierabschnitt vorhanden ist, kann der Detektor 162 ein reflektiertes Lichtsignal mit relativ niedriger Intensität von dem benachbarten Emitter 164 empfangen.In a particular embodiment, the self-test of an adjacent detector 162 is performed by an emitter 164 through direct transmission from the emitter 164 to the detector 162. For example, detector 162 may be located 0.5 mm from emitter 164. Alternatively, sensors that are not suitable for direct side-to-side transmission can be used. In such an embodiment, a self-test can be performed by reflection. For example, if an encoding section is present between sensors 160 and 160' and emitter 164 is activated, only detector 162' would receive a signal. If emitter 164' is activated, only detector 162 would receive the signal. This would allow both emitters 164 and 164' to be activated at the same time. If an encoding section is not present such that light would be blocked between sensors 160 and 160', detectors 162 and 162' may be adapted to receive reflected light signals. In this scenario, when emitter 164 is activated, light may be reflected from the bottom surface of an inner or outer ring. The detector 162 can receive a portion of the reflected light. The detector 162 may be configured to transmit a logic 0 when no light is received. The detector 162 may be designed to transmit a voltage that is comparable to the intensity of the received light. Therefore, if an encoding section is present, the detector 162 can then receive a direct, relatively high intensity light signal from the emitter 164' located directly above the detector 162. When no encoding section is present, the detector 162 may receive a relatively low intensity reflected light signal from the adjacent emitter 164.

In einer anderen Ausführungsform können die Codierabschnitte auf die Räder gezeichnet sein, eher als das Verlassen auf ausgeschnittene Abschnitte in den Rädern. In solch einer Ausführungsform tritt keine Kommunikation zwischen den Sensoren 160 und 160' auf. Stattdessen empfängt der Detektor 162 reflektiertes Licht aus dem Emitter 164. Dasselbe gilt für den Detektor 162' und den Emitter 164'. Wenn beispielsweise die Räder nicht reflektierend sind (z.B. schwarz gestrichen) und die Codierabschnitte reflektierend sind (z.B. weiß gestrichen), oder umgekehrt, wird dann der Detektor 162' eine Spannung erzeugen, wenn Licht von den Codierabschnitten reflektiert wird und eine unterschiedliche Spannung, wenn Licht von einem Nicht-Codierabschnitt reflektiert wird. Zusätzlich können die Sensoren 160 und 160' auf derselben Seite eines codierenden Rades angeordnet sein.In another embodiment, the coding portions may be drawn on the wheels rather than relying on cut-out portions in the wheels. In such an embodiment, no communication occurs between sensors 160 and 160'. Instead, detector 162 receives reflected light from emitter 164. The same applies to detector 162' and emitter 164'. For example, if the wheels are non-reflective (e.g. painted black) and the encoder sections are reflective (e.g. painted white), or vice versa, then the detector 162' will produce a voltage when light is reflected from the encoder sections and a different voltage when light is reflected from a non-coder section is reflected. Additionally, sensors 160 and 160' may be located on the same side of an encoding wheel.

Die Sensoren 160 und 160' wurden in Bezug auf optische Sensoren beschrieben. Jedoch wird verstanden werden, dass viele andere Sensoren mit der Erfindung verwendet werden können. Ohne Beschränkung schließen geeignete Beispiele von Sensoren magnetische Sensoren, Hall-Effekt-Sensoren und elektrische Kontakte ein. Jede im Stand der Technik für inkrementale und absolute Encoder bekannte Abtastung kann mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Codierabschnitte können auch jedes Material oder jede Gestaltung einschließen, die mit dem ausgewählten Sensor kompatibel ist.Sensors 160 and 160' have been described in relation to optical sensors. However, it will be understood that many other sensors can be used with the invention. Suitable examples of sensors include, without limitation, magnetic sensors, Hall effect sensors, and electrical contacts. Any sampling known in the art for incremental and absolute encoders can be used with the present invention. Encoding sections may also include any material or design compatible with the selected sensor.

Der Prozessor 150 kann auch zur Erzeugung von Alarm gestaltet sein. Wenn ein Detektor 162, ein Emitter 164, ein Detektor 162', ein Emitter 164', ein Detektor 162a, ein Detektor 162b, ein Emitter 164a' oder ein Emitter 164b' ausfallen sollte, kann der Prozessor 150 das Absetzen eines Alarms ermöglichen. Variierende Alarme können für verschiedene Niveaus der Versagenspriorität bereitgestellt werden. In extremen Situationen kann der Prozessor 150 zum Erzwingen des Abschaltens des Ventilbetätigers oder einer anderen Dreheinrichtung gestaltet sein, welche durch den Drehgeber 1 überwacht wird. Alarme können auf verschiedene Arten ausgedrückt werden, wie z.B. visuelle Alarme (wie ein Blitzlicht oder eine LCD-Nachricht auf dem Steuerfeld eines Ventilbetätigers oder an einer Steuerungsstation), hörbarer Alarm oder geschriebene Warnungen.The processor 150 can also be designed to generate alarms. If a detector 162, an emitter 164, a detector 162', an emitter 164', a detector 162a, a detector 162b, an emitter 164a' or an emitter 164b' should fail, the processor 150 may enable an alarm to be issued. Varying alarms can be provided for different levels of failure priority. In extreme situations, the processor 150 may be designed to force the shutdown of the valve actuator or other rotary device monitored by the rotary encoder 1. Alarms can be expressed in a variety of ways, such as visual alarms (such as a flashing light or LCD message on a valve actuator control panel or at a control station), audible alarm, or written warnings.

In dem Sensor 160 und 160', wenn die Emitter 164 und 164' und die Detektoren 162 und 162' nicht richtig funktionieren, wird dann das erzeugte Datenbit oder v-Bit als ungültig erklärt. Ungültige Bitwerte können nach ihrem Einfluss auf die Leistung des Ventilbetätigers oder eine andere Dreheinrichtung beurteilt werden, die durch den Drehgeber 1 auf Grundlage des decodierten Wertes des gefallenen Bits und der Vorlaufzeit beurteilt werden. Ungültige Bitwerte können ebenso auf Grundlage der Anzahl der Bits beurteilt werden, die versagt haben.In the sensor 160 and 160', if the emitters 164 and 164' and the detectors 162 and 162' are not functioning properly, the generated data bit or v-bit is then declared invalid. Invalid bit values can be judged by their influence on the performance of the valve actuator or other rotating device, which is judged by the rotary encoder 1 based on the decoded value of the fallen bit and the lead time. Invalid bit values can also be judged based on the number of bits that failed.

Die Vorlaufzeit für einen Ventilbetätiger ist die Zeit, die er benötigt, um von einer offenen Position in eine geschlossene Position zu gelangen oder umgekehrt. Die Vorlaufzeit für die andere Dreheinrichtung ist die Zeit, die die Dreheinrichtung benötigt, um von einer ersten Position zu einer zweiten Position zu gelangen. Zum Beispiel für eine industrielle Spule ist die Vorlaufzeit die Zeit, die die Spule braucht, um von vollständig aufgewickelt zu vollständig abgewickelt zu wechseln. Wenn die Vorlaufzeit lang ist, entspricht ein einzelnes Bit nur einem geringen Prozentsatz der Gesamtvorlaufzeit. Daher ist ein einzelnes Bitversagen wahrscheinlich nicht kritisch und das Bereitstellen eines Alarms oder einer Warnung knapp vor einem Erzwingen des Abschaltens einer Maschine kann für solch eine Anwendung ausreichend sein. Wenn die Vorlaufzeit kurz ist, kann ein einzelnes Bitversagen eine große Abweichung zwischen der momentanen Position und der durch den Drehgeber 1 angezeigten Position anzeigen. Daher kann für kurze Vorlaufzeiten ein einzelnes Bitversagen ausreichend zum Erzwingen des Abschaltens der Dreheinrichtung zusätzlich zu der Bereitstellung eines Alarms oder einer Warnung sein. Die Bedeutung eines Bitversagens kann davon abhängen, welcher Abschnitt der Vorlaufzeit durch das Bitversagen für eine gegebene Anwendung dargestellt wird. In einer besonderen Ausführungsform kann der Benutzer zur Gestaltung des erlaubten Schwellenwertes zum Verlust der Genauigkeit in der Lage sein, unterhalb welchem das BIST-Merkmal eher einen Alarm oder eine Warnung auslösen würde, aber hinter welchem das BIST-Merkmal ein sicheres Abschalten der Maschine erzwingen würde, und ebenso einen Alarm oder eine Warnung ausgeben würde.The lead time for a valve actuator is the time it takes for it to move from an open position to a closed position or vice versa. The lead time for the other rotating device is the time required for the rotating device to move from a first position to a second position. For example, for an industrial spool, lead time is the time it takes the spool to go from fully wound to fully unwound. If the lead time is long, a single bit represents only a small percentage of the total lead time. Therefore, a single bit failure is unlikely to be critical and providing an alarm or warning just before a machine is forced to shut down may be sufficient for such an application. If the lead time is short, a single bit failure can indicate a large deviation between the current position and the position indicated by the encoder 1. Therefore, for short lead times, a single bit failure may be sufficient to force shutdown of the rotator in addition to providing an alarm or warning. The significance of a bit failure may depend on what portion of the lead time is represented by the bit failure for a given application. In a particular embodiment, the user may be able to design the permissible loss of accuracy threshold below which the BIST feature would be more likely to trigger an alarm or warning, but beyond which the BIST feature would force a safe shutdown of the machine , and would also issue an alarm or warning.

Für eine Dreheinrichtung, die nicht eine vorbestimmte erste und zweite Position aufweist, kann die Vorlaufzeit nicht festgelegt werden. Beispiele für solch eine Dreheinrichtung schließen das Schwingrad einer Maschine oder die Hauptwelle einer Turbine ein. Ein Drehgeber der vorliegenden Erfindung kann mit jeder Art von Dreheinrichtung ebenso verwendet werden.For a rotating device that does not have a predetermined first and second position, the lead time cannot be specified. Examples of such a rotating device include the flywheel of an engine or the main shaft of a turbine. A rotary encoder of the present invention can be used with any type of rotary device as well.

Wie zuvor erwähnt, wenn beide Detektoren 162 und 162' der Sensoren 160 und 160' durch Selbsttests als betriebsbereit verifiziert wurden, aber der Detektor 162 kein Signal empfängt, wobei der Detektor 162' ein Signal empfängt, kann dann eine Überprüfung der Positionen der anderen Räder verwendet werden, um die Position des fraglichen Rades zu bestätigen. In diesem Szenarium sind die Datenbits, die durch die Sensoren 160 und 160' erzeugt werden, tatsächlich gültig, aber die Hälfte der Sensoren 160 und 160' werden durch einen inneren oder einen äußeren Ring blockiert. Die Viterbi-Logikoperationen können den identischen Positionscode entweder des ersten oder des redundanten Sensorsatz erlangen (d.h. Emitter 164 oder Detektor 162). Es wird verstanden werden, dass die Ausdrücke „erster“ und „zweiter“ oder „redundanter“ beliebig sind.As previously mentioned, if both detectors 162 and 162' of sensors 160 and 160' have been verified as operational through self-tests, but detector 162 is not receiving a signal, with detector 162' receiving a signal, then a check of the positions of the other wheels can be made be used to confirm the position of the wheel in question. In this scenario, the data bits generated by sensors 160 and 160' are actually valid, but half of the sensors 160 and 160' are blocked by an inner or outer ring. The Viterbi logic operations may obtain the identical position code of either the first or redundant sensor set (i.e., emitter 164 or detector 162). It will be understood that the terms “first” and “second” or “redundant” are arbitrary.

Alternativ können die Sensoren 160 und 160' vollständig funktionsfähig sein, aber eine andere Komponente des Drehgebers 1 hat versagt. Wenn z.B. einer der Zähne auf einem codierenden Rad wegschert, kann die momentane Position, die durch die Sensoren 160 und 160' bezeichnet wird, nicht mit der Position zusammenpassen, die auf Grundlage der vorigen, durch die Sensoren 160 und 160' bereitgestellten Daten angenommen wird. Daher, während die Sensoren 160 und 160' richtig funktionieren, bezeichnen sie nicht die korrekte Position. Der Prozessor 150 oder irgendein anderer Prozessor kann eine Korrektur dieses Fehlers und einen Alarm auslösen. Wenn beispielsweise das codierende Rad 60 einen Zahn 62 von dem Zahnrad 61 verlieren sollte, kann das codierende Rad 60 beginnen, Positionen während jeder Drehung zu verfehlen. Daher wird die Ventilposition, welche durch die codierenden Räder bezeichnet wird, nicht länger präzise der Ventilposition entsprechen. Es wird aussehen als ob das Ventil in eine andere Position gesprungen ist. In einer Ausführungsform kann der Prozessor 150 nach Diskontinuitäten in der Ventilposition suchen, die durch die Positionen der codierenden Räder bezeichnet werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Taktungsrad 20 als ein inkrementaler Encoder verwendet werden, um die Position der codierenden Räder zu verifizieren. Der Prozessor 150 (oder jeder andere geeignete Prozessor) kann dann die Ventilposition neu berechnen, unter Berücksichtigung des Fehlers, welcher durch das codierende Rad 60 eingeführt wurde. Der Prozessor 150 könnte ebenso einen Alarm auslösen und/oder ein Sicherheitsabschalten auslösen, wenn das Versagen eine ernsthafte Größenordnung erreicht hat.Alternatively, the sensors 160 and 160' may be fully functional, but another component of the encoder 1 has failed. For example, if one of the teeth on a coding wheel shears, the current position indicated by sensors 160 and 160' may not match the position indicated based on the previous position indicated by sensors 160 and 160' provided data is accepted. Therefore, while the sensors 160 and 160' function properly, they do not indicate the correct position. The processor 150 or any other processor can correct this error and trigger an alarm. For example, if the coding wheel 60 were to lose a tooth 62 from the gear 61, the coding wheel 60 may begin to miss positions during each rotation. Therefore, the valve position indicated by the coding wheels will no longer correspond precisely to the valve position. It will appear as if the valve has jumped to a different position. In one embodiment, processor 150 may search for discontinuities in valve position indicated by the positions of the encoding wheels. Alternatively or additionally, the timing wheel 20 may be used as an incremental encoder to verify the position of the encoding wheels. The processor 150 (or any other suitable processor) may then recalculate the valve position taking into account the error introduced by the encoding wheel 60. The processor 150 could also trigger an alarm and/or trigger a safety shutdown if the failure has reached a serious level.

Jedes Versagen des Drehgebers 1, welches in einer diskontinuierlicheren Bezeichnung der Ventilposition resultiert, kann durch den Prozessor 150 identifiziert werden, oder durch jeden anderen Prozessor, der mit dem Prozessor 150 in Kommunikation steht.Any failure of the encoder 1, which results in a more discontinuous indication of the valve position, can be identified by the processor 150, or by any other processor in communication with the processor 150.

Die Sensoren 160 und 161' wurden hier beschrieben als jeweils sowohl einen Emitter und einen Detektor enthaltend. Alternativ kann der Sensor 160 auch so gestaltet sein, dass er nur einen Emitter enthält und der Sensor 160' kann gestaltet sein, so dass er nur einen Detektor aufweist. In anderen Ausführungsformen braucht der Sensor 160' in dem Drehgeber 1 nicht vorhanden zu sein. 2 zeigt einen Sensor 160 mit mehreren Emittern und Detektoren. Der Sensor 169 schließt einen Emitter 164, einen ersten Detektor 162a und einen zweiten Detektor 162b ein. Obwohl nicht gezeigt, schließt der Sensor 169' einen entsprechenden Detektor 162', einen ersten Emitter 164a' und einen zweiten Emitter 164b' ein. Der zweite Detektor 162b und der zweite Emitter 164b können verwendet werden, um die Daten aus dem ersten Detektor 162a und dem ersten Emitter 164a' zu verifizieren, oder um die Datenausgabe effektiv zu verdoppeln, welche durch die Sensoren 169 und 169' erzeugt werden. Die Sensoren 160 können jede Anzahl von Emittern, Detektoren und/oder beides enthalten. Die Sensoren 160 und 160' können mit jedem Drehgeber verwendet werden, um fehlertolerante Geschwindigkeits- und Positionsdaten bereitzustellen.Sensors 160 and 161' have been described herein as each including both an emitter and a detector. Alternatively, the sensor 160 may be designed to include only one emitter and the sensor 160' may be designed to include only one detector. In other embodiments, the sensor 160' does not need to be present in the encoder 1. 2 shows a sensor 160 with multiple emitters and detectors. The sensor 169 includes an emitter 164, a first detector 162a and a second detector 162b. Although not shown, sensor 169' includes a corresponding detector 162', a first emitter 164a' and a second emitter 164b'. The second detector 162b and the second emitter 164b can be used to verify the data from the first detector 162a and the first emitter 164a', or to effectively double the data output generated by the sensors 169 and 169'. Sensors 160 may include any number of emitters, detectors, and/or both. Sensors 160 and 160' can be used with any encoder to provide fault-tolerant speed and position data.

Die 1 bis 5 zeigen einen absoluten Encoder, wobei jedes der codierenden Räder nur einen inneren Ring und einen äußeren Ring aufweist. Jedoch kann jedes der codierenden Räder jede Anzahl von Ringen ohne Beschränkung aufweisen. Beispielsweise könnte jedes codierende Rad 3, 4, 5 oder 6 Ringe aufweisen. Zumindest ein Sensor 160 und zumindest ein Sensor 160' könnte für jeden Ring vorgesehen sein. Daher würde die Anzahl der Ringe die Anzahl der Datenbits bestimmen, die pro codierendem Rad erzeugt werden könnten.The 1 until 5 show an absolute encoder, with each of the encoding wheels having only an inner ring and an outer ring. However, each of the encoding wheels may have any number of rings without limitation. For example, each coding wheel could have 3, 4, 5 or 6 rings. At least one sensor 160 and at least one sensor 160' could be provided for each ring. Therefore, the number of rings would determine the number of data bits that could be generated per encoding wheel.

Die Anzahl der Ringe pro codierendem Rad wird durch die Größe des codierenden Rads und die Breite der Codierabschnitte beherrscht, die benötigt werden, um den Sensoren 160 und 160' die Kommunikation miteinander zu ermöglichen. Zusätzlich sollte ein ausreichender Spalt zwischen den Ringen vorgesehen sein, um die Nebensignaleffekte zwischen den Sensoren auf derselben Seite zu beschränken. Beispielsweise wird ein Spalt bereitgestellt, um einen Detektor 162 von einem Sensor 161 von der Registrierung eines Signals von einem Emitter 164 eines Sensors 163 abzuhalten. Jedoch können andere Technologien als die Spalte, wie die Verwendung des oben besprochenen Abdeckschutzes verwendet werden, um die Nebensignaleffekte zu beschränken und kleinere Codierraddurchmesser zu ermöglichen.The number of rings per encoding wheel is governed by the size of the encoding wheel and the width of the encoding sections needed to allow sensors 160 and 160' to communicate with each other. Additionally, a sufficient gap should be provided between the rings to limit crosstalk between sensors on the same side. For example, a gap is provided to prevent a detector 162 of a sensor 161 from registering a signal from an emitter 164 of a sensor 163. However, technologies other than the column, such as the use of the masking guard discussed above, can be used to limit crosstalk and allow for smaller encoder wheel diameters.

Jede Anzahl von codierenden Rädern können zu den Encodern der vorliegenden Erfindung hinzugefügt werden. Beispielsweise kann der Drehgeber 1 Positionsdaten von einem üblichen Geschwindigkeitsventilbetätiger mit einer Vorlaufzeit von einer Stunde bereitstellen. Das Hinzufügen von mehreren Codierrädern würde mehrere Datenbits bereitstellen und die Vorlaufzeit erhöhen, die mit dem Drehgeber 1 erreicht werden kann. Natürlich kann der Drehgeber 1 auch mit Ventilbetätigern oder anderen Dreheinrichtungen verwendet werden, die eine Vorlaufzeit von weniger als einer Stunde aufweisen. Der Drehgeber 1 kann ebenso weniger codierende Räder als der in 1 bis 4 gezeigte haben.Any number of encoding wheels can be added to the encoders of the present invention. For example, the rotary encoder 1 can provide position data from a common speed valve actuator with a lead time of one hour. Adding multiple encoder wheels would provide multiple bits of data and increase the lead time that can be achieved with encoder 1. Of course, the rotary encoder 1 can also be used with valve actuators or other rotary devices that have a lead time of less than an hour. The rotary encoder 1 can also have fewer coding wheels than the one in 1 until 4 have shown.

Zusätzlich kann der Drehgeber 1 ein Einzelrad-Absolutencoder oder ein Einzelrad-Inkrementalencoder sein. In jenen Ausführungsformen können die Sensoren 160 und 160' mehrere Emitter und Detektoren einschließen, und dabei einen eingebauten Selbsttest und einen fehlertoleranten Betrieb ermöglichen. Daher kann ein Satz von Sensoren 160 und 160' mehrere Codierabschnitte überwachen, so wie die Taktungsmarkierungen 28 oder den Codierabschnitt 34, oder einen Satz von Sensoren 160 und 160' kann einen einzelnen Codierabschnitt, wie den Codierabschnitt 38 überwachen.In addition, the rotary encoder 1 can be a single-wheel absolute encoder or a single-wheel incremental encoder. In those embodiments, sensors 160 and 160' may include multiple emitters and detectors, thereby providing built-in self-test and fault-tolerant operation. Therefore, a set of sensors 160 and 160' may monitor multiple coding sections, such as timing marks 28 or coding section 34, or a set of sensors 160 and 160' may monitor a single coding section, such as coding section 38.

Zusätzlich kann das Taktungsrad 20 als ein Inkrementalencoder in Zusammenhang mit den Absolutcodierfunktionen des Überrests des Drehgebers 1 verwendet werden. Beispielsweise kann eine bestimmte Inkrementalencoder-Ausführungsform so skaliert sein, dass die inkrementale Impulsrate exakt zu der Zählrate des absoluten Abschnitt des Encoders passt. Auf diese Art könnte der inkrementale Encoder zum Erhalten von Positionsdaten verwendet werden, während der Betätiger arbeitet. Wenn der Motor stoppt, sollte die finale inkrementale Zahl, addiert zu dem Absolutpositionscode bei Beginn der Überwachung exakt der neuen absoluten codierten Position entsprechen.In addition, the timing wheel 20 can be used as an incremental encoder in connection with the absolute encoding functions of the remainder of the encoder 1. For example, a particular incremental encoder embodiment may be scaled such that the incremental pulse rate exactly matches the count rate of the encoder's absolute section. In this way, the incremental encoder could be used to obtain position data while the actuator is operating. When the motor stops, the final incremental number added to the absolute position code at the start of monitoring should exactly equal the new absolute coded position.

Wenn die durch das Taktungsrad 20 (auch als ein inkrementaler Encoder wirkend) bezeichnete Position von der Position abweicht, welche durch die Codierräder bezeichnet wird, dann kann ein Selbsttest der Sensoren 160 und 160' durchgeführt werden. Wenn ein Selbsttest bestätigt, dass alle Sensoren 160 und 160' richtig funktionieren, dann ist es wahrscheinlich, dass ein codierendes Rad nicht richtig folgt. Daher können Alarme oder Warnungen erzeugt werden. In einer besonderen Ausführungsform in jenem Szenarium kann ein Drehgeber von dem inkrementalen Encoder abhängen, bis der Drehgeber repariert ist.If the position designated by the timing wheel 20 (also acting as an incremental encoder) deviates from the position designated by the encoder wheels, then a self-test of the sensors 160 and 160' may be performed. If a self-test confirms that all sensors 160 and 160' are functioning properly, then it is likely that an encoding wheel is not following properly. Therefore, alarms or warnings can be generated. In a particular embodiment in that scenario, a rotary encoder may depend on the incremental encoder until the rotary encoder is repaired.

Die Drehgeber 1 und 2 sind gestaltet zur Verwendung von Gray-Codierung, jedoch kann eine binäre Codierung ebenso verwendet werden. Die Verwendung von v-Bits und doppelten Sensoren ermöglicht, dass die Drehgeber 1 und 2 niemals um mehr als das Bit mit dem niedrigsten Stellenwert (LSB) abweichen, was das Vertrauen des Nutzers in die Zuverlässigkeit der Encoderwerte erhöht.Encoders 1 and 2 are designed to use Gray coding, but binary coding can also be used. The use of v-bits and dual sensors allows encoders 1 and 2 to never deviate by more than the least significant bit (LSB), increasing the user's confidence in the reliability of the encoder values.

Die vorliegende Erfindung kann mit einer Vielzahl von Drehreinrichtungen verwendet werden, die sich zwischen zwei Positionen drehen, wie beispielsweise ein Ventilbetätiger, ein Türöffner oder eine Spule. In einem typischen Ventilbetätiger kann ein elektrischer Motor das Ventil über einen Satz von Zahnrädern antreiben. Die Ausgabewelle des Motors kann direkt mit einer Schnecke gekoppelt sein. Die Schnecke kann eine Schneckenradanordnung antreiben, die wiederum eine Antriebshülse oder Welle antreibt, welche wiederum einen Ventilschaft anhebt und absenkt oder dreht. Ein zweiter Schaft kann ebenso durch die Schneckenradanordnung angetrieben werden, um das Eingaberad 10 des Drehgebers 1 anzutreiben. Alternativ kann der Ventilbetätiger einen unterschiedlichen Zahnradsatz verwenden, oder die Ausgabewelle des elektrischen Motors kann direkt mit dem Ventilschaft ohne einen Zwischenradsatz gekoppelt sein. Es sind viele Arten im Stand der Technik bekannt, um Rotationspositions-Encoder mit rotierenden Einrichtungen zu verbinden, die mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, die hier aber nicht diskutiert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform können die rotierenden Drehgeber 1 und 2 zur Durchführung von Diagnosen von Dreheinrichtungen verwendet werden, wie Ventilbetätiger. Mit Bezug auf die Diagnosefunktion wird der Drehgeber 1 als ein illustratives Beispiel verwendet. Jedoch können andere Encoder der vorliegenden Erfindung, wie ein Drehgeber 2 ebenso verwendet werden. Zusätzlich könnte ein Taktungsrad 20 in jeden Drehgeber eingeschlossen werden. Das Taktungsrad 20 könnte das codierende Rad eines inkrementalen Encoders oder eines Einzelrad-Absolutencoders sein. Beispielsweise können die Taktungsmarkierungen 28 auch für die Positionscodierung eines absoluten Encoders verwendet werden. Alternativ, wie in 1 gezeigt, kann das Taktungsrad 20 ebenso Codierabschnitte separat von den Taktungsmarkierungen 28 einschließen. In einer anderen Ausführungsform können die Taktungsmarkierungen 28 ein Teil eines größeren Codierungsmusters sein, wie z.B. das Codierungsmuster eines Einzelrad-Absolutencoders. In einer besonderen Ausführungsform kann das Taktungsrad 20 ein Inkrementalencoder separat von oder in Verbindung mit anderen Codierrädern sein. In dieser Ausführungsform werden Taktungsmarkierungen 28 nicht nur zur Erzeugung von Geschwindigkeitsdaten, sondern auch zur Erzeugung von inkrementalen Positionsdaten verwendet. Die Taktungsmarkierungen 28, wie die Codierabschnitte, können jede Form oder Struktur annehmen, um mit den Sensoren 160 und 160' zusammenzuarbeiten. Die Taktungsmarkierungen 28 können Löcher, Linien, eingebettete Magnete, Gravuren oder andere, im Stand der Technik bekannte Strukturen zur Verwendung mit einem absoluten oder einem inkrementalen Encoder sein.The present invention can be used with a variety of rotating devices that rotate between two positions, such as a valve actuator, a door opener, or a spool. In a typical valve actuator, an electric motor may drive the valve via a set of gears. The motor's output shaft may be directly coupled to a worm. The worm may drive a worm wheel assembly, which in turn drives a drive sleeve or shaft, which in turn raises and lowers or rotates a valve stem. A second shaft may also be driven by the worm wheel assembly to drive the input wheel 10 of the encoder 1. Alternatively, the valve actuator may use a different gear set, or the output shaft of the electric motor may be coupled directly to the valve stem without an intermediate gear set. There are many ways known in the art to connect rotary position encoders to rotating devices that can be used with the present invention, but are not discussed here. In a preferred embodiment, the rotating encoders 1 and 2 can be used to perform diagnostics of rotating devices, such as valve actuators. With regard to the diagnostic function, the rotary encoder 1 is used as an illustrative example. However, other encoders of the present invention, such as a rotary encoder 2, can also be used. Additionally, a timing wheel 20 could be included in each encoder. The timing wheel 20 could be the encoding wheel of an incremental encoder or a single-wheel absolute encoder. For example, the timing markings 28 can also be used for position coding of an absolute encoder. Alternatively, as in 1 As shown, the timing wheel 20 may also include coding sections separate from the timing marks 28. In another embodiment, the timing marks 28 may be part of a larger encoding pattern, such as the encoding pattern of a single-wheel absolute encoder. In a particular embodiment, the timing wheel 20 may be an incremental encoder separate from or in conjunction with other encoder wheels. In this embodiment, timing marks 28 are used not only to generate velocity data, but also to generate incremental position data. The timing marks 28, like the encoding sections, may take any shape or structure to cooperate with the sensors 160 and 160'. The timing marks 28 may be holes, lines, embedded magnets, engravings, or other structures known in the art for use with an absolute or incremental encoder.

Die Taktungsräder 20 und 2020 sind jeweils mit zweiunddreißig Taktungsmarkierungen 28 und Taktungsmarkierungen 2028 gezeigt. Jedoch können die Taktungsräder 20 und 2020 jede Anzahl von Taktungsmarkierungen 28 aufweisen.The timing wheels 20 and 2020 are shown with thirty-two timing marks 28 and timing marks 2028, respectively. However, the timing wheels 20 and 2020 may have any number of timing marks 28.

Mit Bezug zu Frequenzanalysen wird eine bestimmte Ausführungsform des Durchführens von Frequenzanalysen (hierin auch als Frequenzbereichsanalyse bezeichnet) von Geschwindigkeitsdaten unten grundsätzlich diskutiert, gefolgt durch die Diskussion von Nicht-Geschwindigkeitsdaten-Ausführungsformen. Zusätzlich, zur Illustration, werden das Taktungsrad 20 oder die Taktungsmarkierungen 28 des Taktungsrades 20 hierin oft als die Quelle der Geschwindigkeitsdaten bezeichnet. In anderen Ausführungsformen kann jede Art von Geschwindigkeitssensor, mit oder ohne Rotationspositionsencodern für Diagnosen (d.h. Frequenzanalysen) verwendet werden. Zusätzlich ist die Diskussion bezüglich der Frequenzanalyse von Geschwindigkeitsdaten ebenso auf die anderen Datenausführungsformen anwendbar. Andere Datenausführungsformen können z.B. Drehmomentdaten, Positionsdaten, Schubdaten, akustische Geräuschdaten, Stromdaten, Spannungsdaten, Motorleistungsdaten, Motor-Volt-Ampere-Rückwirkungsdaten und Vibrationsdaten einschließen. Viele Arten von Daten und Arten von Sensoren können in Frequenzanalysen verwendet werden, die im Stand der Technik bekannt sind. Die Erfindung deckt jede Art von Daten ab, die durch Sensoren und einen Ventilbetätiger oder andere Rotationseinrichtungen erzeugt werden können.With respect to frequency analysis, a particular embodiment of performing frequency analysis (also referred to herein as frequency domain analysis) of velocity data is discussed in principle below, followed by discussion of non-velocity data embodiments. Additionally, for purposes of illustration, the timing wheel 20 or the timing marks 28 of the timing wheel 20 are often referred to herein as the source of the velocity data. In other embodiments, any type of speed sensor, with or without rotational position encoders, may be used for diagnostics (ie, frequency analysis). Additionally, the discussion regarding frequency analysis of velocity data applies to the other data embodiments as well applicable. Other embodiments of data may include, for example, torque data, position data, thrust data, acoustic noise data, current data, voltage data, motor power data, motor volt-ampere feedback data, and vibration data. Many types of data and types of sensors can be used in frequency analysis that are known in the art. The invention covers any type of data that can be generated by sensors and a valve actuator or other rotating devices.

Obwohl die folgende Diskussion einen Drehgeber 1 einschließt, wird verstanden werden, dass dieselbe Diskussion für den Drehgeber 2 der 5 gilt. Die Taktungsmarkierungen 28 auf dem Taktungsrad 20 können zur Erzeugung von Geschwindigkeitsdaten verwendet werden. Die Sensoren 169 und 169' können die Länge der Zeit aufzeichnen, die jede der Taktungsmarkierungen 28 vor den Sensoren auftaucht. Diese Haltezeit kann dann verwendet werden, um präzise die Geschwindigkeit der Rotationsvorrichtungen, wie der Ventilbetätiger, zu bestimmen. Die Geschwindigkeitsdaten können verwendet werden zur Bestimmung der Geschwindigkeit eines die Eingabewelle antreibenden Eingaberades 10. Häufig wird die Eingabewelle wiederum an anderen Dreheinrichtungen befestigt, wie das Schneckenrad eines Ventilbetätigers. Daher können die Taktungsmarkierungen 28 zur Bestimmung der Geschwindigkeit von einer anderen Dreheinrichtung, wie einem Schneckenrad, verwendet werden.Although the following discussion includes an encoder 1, it will be understood that the same discussion applies to the encoder 2 5 applies. The timing marks 28 on the timing wheel 20 can be used to generate speed data. The sensors 169 and 169' can record the length of time that each of the timing marks 28 appears before the sensors. This hold time can then be used to precisely determine the speed of rotating devices such as valve actuators. The speed data can be used to determine the speed of an input wheel 10 driving the input shaft. Often the input shaft is in turn attached to other rotating devices, such as the worm wheel of a valve actuator. Therefore, the timing marks 28 can be used to determine the speed of another rotating device, such as a worm wheel.

In einer bestimmten Ausführungsform sind die Taktungsmarkierungen 28 als gleichmäßig beabstandet und gleichmäßig dimensionierte Löcher im Taktungsrad 20 gestaltet. Jedoch wird jede der zuvor diskutierten Codierabschnitt-Ausführungsformen und Sensor-Ausführungsformen ebenso auf die Ausführungsformen der Taktungsmarkierungen 28 und der Ausführungsform der Sensoren 169 und 169' jeweils angewandt.In a particular embodiment, the timing marks 28 are designed as evenly spaced and uniformly sized holes in the timing wheel 20. However, each of the previously discussed encoder section embodiments and sensor embodiments is also applied to the embodiments of timing marks 28 and embodiments of sensors 169 and 169', respectively.

Die durch die Taktungsmarkierungen 28 erzeugten Geschwindigkeitsdaten können mit einer FT verarbeitet werden, um die Geschwindigkeitsdaten von einem Zeitbereich in einen Frequenzbereich zu konvertieren. Jedoch kann jede Art von Geschwindigkeitssensor verwendet werden, um die Geschwindigkeitsdaten für die Umwandlung in Frequenzdaten zu erzeugen.The velocity data generated by the timing marks 28 can be processed with an FT to convert the velocity data from a time domain to a frequency domain. However, any type of speed sensor can be used to generate the speed data for conversion to frequency data.

FT erwartet Signalbeispiele, die in regelmäßig beabstandeten Zeitintervallen auftauchen. Da jedoch die Haltezeitwerte für die Geschwindigkeitssignale in dieser Erfindung nicht konstant sein können, kann ein Mittel verwendet werden, um der FT den Erhalt nützlicher Information zu ermöglichen. Durch Auswahl einer ausreichend großen Anzahl von Datenpunkten, von denen die große Mehrheit aufgenommen wird, während die Maschine in einem Dauerzustand arbeitet, kann die durchschnittliche Haltezeit der großen Daten als die „reguläre“ Haltezeit [td] für jedes Datenbeispiel verwendet werden. Diese „reguläre“ Haltezeit kann verwendet werden, um die Frequenzskala der resultierenden FT to skalieren. (fn(Hz)= 1/(td* # Proben). Wenn die Frequenzdaten richtig skaliert werden, werden einem Benutzer Daten mit ausreichender Information zur Bestimmung der Variationen in der Geschwindigkeit bereitgestellt, die mit den bekannten Rotationsgeschwindigkeiten der verschiedenen Komponenten des Antriebsstrangs in Verbindung gebracht werden können, und können existierende oder lauernde Probleme im Antriebsstrang eines Ventilbetätigers oder einer anderen Dreheinrichtung anzeigen. Beispielsweise könnte ein Grundlinien-Frequenz-über-Amplituden-Bild oder Graph erzeugt und gespeichert werden, wenn die Einrichtung neu ist. Später könnten neue Frequenz-über-Amplituden-Bilder oder Graphen erzeugt und mit dem gespeicherten Grundlinienbild oder Graph verglichen werden. Wenn ein Peak entsprechend einer Betriebsfrequenz einer gegebenen Komponente bei einer Frequenz oder Amplitude unterschiedlich zu der zuvor gemessenen auftreten sollte, wird es dann klar, dass die Komponente sich in Verbindung mit dieser Frequenz unterschiedlich zum Neuzustand bestimmt, welcher üblicherweise Abnutzung und ein mögliches Versagen oder eingetretenes Versagen anzeigt. Daher kann eine geeignete Wartung zu einem passenden Zeitpunkt vor dem Versagen der Komponente durchgeführt werden. Zusätzlich könnte eine FT-Analyse angesetzt werden, um automatisch in dem Prozessor 150 abzulaufen, welche so programmiert oder gestaltet werden würde, dass eine Veränderung der Amplitude eines Peaks über einen eingestellten Schwellenwert zur Erzeugung eines automatischen Alarms oder einer Warnung oder dem Erzwingen einer Sicherheitsabschaltung der Maschine verwendet werden. Jedes Verfahren zum richtigen Skalieren von Frequenzdaten, wie im Stand der Technik, kann verwendet werden.FT expects signal examples to occur at regularly spaced time intervals. However, since the hold time values for the velocity signals cannot be constant in this invention, a means may be used to allow the FT to obtain useful information. By selecting a sufficiently large number of data points, the vast majority of which are taken while the machine is operating in a steady state, the average hold time of the large data can be used as the “regular” hold time [t d ] for each data sample. This “regular” hold time can be used to scale the frequency scale of the resulting FT. (f n (Hz)= 1 / (t d * # samples). When the frequency data is properly scaled, a user is provided with data with sufficient information to determine the variations in speed associated with the known rotational speeds of the various components of the drive train and may indicate existing or lurking problems in the drive train of a valve actuator or other rotary device. For example, a baseline frequency versus amplitude image or graph could be generated and stored when the device is new. New ones could be created later Frequency versus amplitude images or graphs are generated and compared with the stored baseline image or graph. If a peak corresponding to an operating frequency of a given component should occur at a frequency or amplitude different from that previously measured, it then becomes clear that the component In connection with this frequency, it is determined differently than when new, which usually indicates wear and possible failure or failure that has occurred. Therefore, appropriate maintenance can be performed at an appropriate time before the component fails. Additionally, an FT analysis could be scheduled to run automatically in the processor 150, which would be programmed or designed so that a change in the amplitude of a peak above a set threshold to generate an automatic alarm or warning or force a safety shutdown of the machine can be used. Any method for properly scaling frequency data as in the prior art can be used.

Beispiele der Frequenzbereichsanalyse sind in den 6 bis 8 eingeschlossen. 6 zeigt ein Beispiel einer sauberen Diagnose im Frequenzbereich für einen Ventilbetätiger oder einen „guten“ Antrieb. 6 zeigt einen Peak bei 45,9 Hz; jedoch ist der Peak, 0,1% relativ zu der Betriebsgeschwindigkeit des Betätigers (Vergrößerung 100% bei 26 U/min oder 0,43 Hz) gemessen, keine ausreichende Größenordnung, um Besorgnis auszulösen. 7 zeigt ein Beispiel eines Ventilbetätigers, welcher einige abweichende Signale im Frequenzbereich oder einen „schlechten“ Antrieb erzeugt. Die Frequenz des abweichenden Signals kann zur Identifizierung der problembehafteten Antriebsstrangkomponente verwendet werden. In 7 ist eine Schneckenwelle oder ein Schneckenrad außerhalb der Toleranz. Zum Beispiel bezeichnet der Peak bei 26,1 Hz ein Problem. Jedoch sind die Peaks bei 52,5 Hz und 78,6 Hz Obertöne des 26,1 Hz Peaks.Examples of frequency domain analysis are in the 6 until 8th locked in. 6 shows an example of a clean diagnosis in the frequency range for a valve actuator or a “good” drive. 6 shows a peak at 45.9 Hz; however, the peak, measured at 0.1% relative to the actuator operating speed (100% magnification at 26 rpm or 0.43 Hz), is not a sufficient magnitude to cause concern. 7 shows an example of a valve actuator that produces some different signals in the frequency range or a “bad” actuator. The frequency of the aberrant signal can be used to identify the problematic powertrain component. In 7 is a worm shaft or worm wheel outside of tolerance. For example, the peak at 26.1 Hz indicates a problem. However, the peaks at 52.5 Hz and 78.6 Hz are overtones of the 26.1 Hz peak.

Der Prozessor 150 oder der Prozessor, welcher die FT durchführt, kann gestaltet sein zur automatischen Erzeugung der geeigneten Markierungen für Peaks, welche bedeutsam sind (z.B. oberhalb eines bestimmten Schwellenwerts). Beispielsweise kann der Prozessor ein Programm einschließen, welches gestaltet ist zum Zusammenfügen kürzlich erzeugter Peaks mit der Amplitude und der Frequenz kürzlich erzeugter Peaks. In dieser Ausführungsform, wenn der Prozessor nicht in der Lage ist, einen Peak zu identifizieren, kann ein solches Versagen als eine Warnung an einen Benutzer vor einem potentiellen Problem dienen. Alternativ können die Daten im Frequenzbereich manuell mit Teilen eines Antriebsstrangs des Ventilbetätigers korreliert werden. Ein Nutzer kann ausgebildet sein zur Identifizierung und zum Verständnis der Relevanz der verschiedenen Peaks. Beispielsweise wenn eine Drehgeber 1 in einem Ventilbetätiger vorhanden ist, können dann das Taktungsrad 20 und die Sensoren 169 und 169' verwendet werden zur Identifizierung der Geschwindigkeit einer Antriebsstrangkomponente. In einer besonderen Ausführungsform ist die Eingabewelle, welche das Eingaberad 10 antreibt, wiederum durch ein Schneckenrad angetrieben. Daher kann der Geschwindigkeitssensor zur Bestimmung der Geschwindigkeit und folglich der Frequenz des Schneckenrades verwendet werden. Dann, aufgrund der Getriebeverhältnisse, können die Frequenzen der anderen Antriebsstrangkomponenten berechnet werden. Die Komponentenfrequenzen und alle Obertöne könnten dann in einer grafischen Darstellung der Daten im Frequenzbereich identifiziert werden. Andererseits, wenn ein Geschwindigkeitssensor nicht im Ventilbetätiger vorhanden ist, aber die aktuelle Motorwellengeschwindigkeit bekannt ist, kann die Information verwendet werden, um Komponentenfrequenzen zu erzeugen. Verschiedene Arten von elektrischen oder magnetischen Messungen der aktuellen Geschwindigkeit des Motors können verwendet werden, was demnach die Diagnosefähigkeit des Systems als Ganzes verbessert. In vielen Fällen könnte Fabrikpersonal die obige manuelle Identifikation ausführen. Daher können Endnutzer mit vormarkierten Beispielfrequenzbereichsgraphen und Korrelationen ausgestattet werden.The processor 150 or the processor performing the FT may be designed to automatically generate the appropriate markers for peaks that are significant (e.g., above a certain threshold). For example, the processor may include a program designed to combine recently generated peaks with the amplitude and frequency of recently generated peaks. In this embodiment, if the processor is unable to identify a peak, such failure may serve as a warning to a user of a potential problem. Alternatively, the data in the frequency domain can be manually correlated with parts of a drive train of the valve actuator. A user may be trained to identify and understand the relevance of the various peaks. For example, if a rotary encoder 1 is present in a valve actuator, the timing wheel 20 and sensors 169 and 169' can then be used to identify the speed of a drive train component. In a special embodiment, the input shaft, which drives the input wheel 10, is in turn driven by a worm wheel. Therefore, the speed sensor can be used to determine the speed and consequently the frequency of the worm wheel. Then, based on the gear ratios, the frequencies of the other drivetrain components can be calculated. The component frequencies and any overtones could then be identified in a graphical representation of the data in the frequency domain. On the other hand, if a speed sensor is not present in the valve actuator but the current motor shaft speed is known, the information can be used to generate component frequencies. Various types of electrical or magnetic measurements of the current speed of the motor can be used, thus improving the diagnostic ability of the system as a whole. In many cases, factory personnel could perform the above manual identification. Therefore, end users can be provided with pre-marked sample frequency domain graphs and correlations.

In einer besonderen Ausführungsform kann die Bauinformation für einen Beätiger (Getriebeübersetzungen, Motorgeschwindigkeit, Zähne pro Zahnrad, Kugeln pro Lager usw.) aus einem Speicher in einer Elektronikverpackung des Betätigers heruntergeladen werden. Eine On-Board-CPU kann sich dann auf die gespeicherte Information beziehen und daraus schließen, welcher Teil des Antriebs die Abweichung verursacht. Eine Darstellung der FT kann direkt auf einem LCD-Bildschirm des Betätigers angezeigt werden, oder das Datenfeld kann auf ein Datenmanagementsystem des Nutzers zur Analyse oder auf einen Laptop oder PDA des Servicetechnikers zur Übertragung an das Heimatbüro zur detaillierten Analyse heruntergeladen werden.In a particular embodiment, the construction information for an actuator (gear ratios, motor speed, teeth per gear, balls per bearing, etc.) may be downloaded from a memory in an electronics package of the actuator. An on-board CPU can then refer to the stored information and conclude which part of the drive is causing the deviation. A representation of the FT can be displayed directly on an operator's LCD screen, or the data field can be downloaded to a user's data management system for analysis or to a service technician's laptop or PDA for transmission to the home office for detailed analysis.

Die Programmierung zum Sammeln von Daten und/oder zum Durchführen von Frequenzanalysen kann in Firmware, Software, Hardware oder in anderen, im Stand der Technik bekannten Arten gespeichert werden. Beispielsweise kann eine Frequenzanalyseprogrammierung in der Firmware eines Ventilbetätigers gespeichert werden.The programming for collecting data and/or performing frequency analysis may be stored in firmware, software, hardware, or other forms known in the art. For example, frequency analysis programming can be stored in the firmware of a valve actuator.

Zusätzlich kann ein Nutzer Peaks im Frequenzbereich einfach durch Vergleichen einer momentanen Analyse mit einer vorherigen Analyse identifizieren. Die vorherige Analyse kann dann eine in der Fabrik durchgeführte Analyse sein. Jedoch kann es Situationen geben, in denen es wünschenswert oder notwendig ist, die Peaks im Frequenzbereich unabhängig von einer vorherigen Analyse zu identifizieren. Beispielsweise im Designzustand eines neuen Ventilbetätigers kann ein Ingenieur wünschen, Frequenzanalysen von einem neuen Prototypen auszuführen, um sicherzustellen, dass keine Lebensdauer verkürzenden Vibrationen, Resonanzen und/oder Obertöne inhärent im Design des Prototyps liegen. Alternativ können Frequenzanalysen als ein Nach-Montage-Vor-Transport-Inspektionswerkzeug verwendet werden, um zu bestimmen, ob einige Teile des mechanischen Antriebsstrangs mit einem physikalischen Fehler hergestellt wurden.Additionally, a user can identify peaks in the frequency domain simply by comparing a current analysis with a previous analysis. The previous analysis can then be an analysis carried out in the factory. However, there may be situations where it is desirable or necessary to identify the peaks in the frequency domain independently of prior analysis. For example, at the design stage of a new valve actuator, an engineer may wish to perform frequency analysis on a new prototype to ensure that there are no life-limiting vibrations, resonances, and/or overtones inherent in the prototype's design. Alternatively, frequency analysis can be used as a post-assembly, pre-shipment inspection tool to determine whether some parts of the mechanical drive train were manufactured with a physical defect.

Ein in dem Drehgeber eingebauter Prozessor oder in den Ventilbetätiger oder die andere Dreheinrichtung eingebauter oder damit verbundener Prozessor kann die FT durchführen. Eine Anzeige, Drucker oder eine andere Ausgabevorrichtung kann in den Ventilbetätiger eingeschlossen werden, um die Ergebnisse in einem Bild oder einer grafischen Form anzuzeigen. Alternativ können die durch die Taktungsmarkierungen 28 erzeugten Geschwindigkeitsdaten an einen entfernten Computer, wie einen PC des Nutzers gesendet werden, um FT auf Grundlage der Geschwindigkeitsdaten durchzuführen und in nutzerfreundlicheren Formaten anzuzeigen, oder um die Daten oder die FT an Techniker zu übertragen, die vor Ort oder nicht sein können.A processor built into the encoder or incorporated into or connected to the valve actuator or other rotating device can perform the FT. A display, printer, or other output device may be included in the valve actuator to display the results in an image or graphical form. Alternatively, the speed data generated by the timing marks 28 may be sent to a remote computer, such as a user's PC, to perform FT based on the speed data and display it in more user-friendly formats, or to transmit the data or FT to technicians on site or may not be.

Die Bereitstellung von mehr Beispielen kann zu einer feineren Frequenzauflösung nach Anwendung der FT auf die Geschwindigkeitsdaten führen. Mehrere Proben können durch Erhöhen der Zeitdauer bereitgestellt werden, welche Proben nehmen, oder durch Erhöhen der Abtastrate. 8 bis 15 zeigen Graphen, die durch Daten erzeugt wurden, die bei 17 Proben pro Sekunde genommen wurden. 8 zeigt die Frequenzanalyseauflösung eines Ventilbetätigers mit einer Gesamtsumme von 128 Proben. 9 zeigt die Geschwindigkeitsdaten von 8 vor der Durchführung einer FT an den Geschwindigkeitsdaten. 10 zeigt die Frequenzanalyseauflösung eines Ventilbetätigers mit einer Gesamtsumme von 256 Proben. 11 zeigt die Geschwindigkeitsdaten von 10 vor dem Durchführen einer FT auf den Geschwindigkeitsdaten. 12 zeigt die Frequenzanalyseauflösung eines Ventilbetätigers mit einer Gesamtsumme von 512 Proben. 13 zeigt die Geschwindigkeitsdaten von 12 vor dem Durchführen einer FT auf den Geschwindigkeitsdaten. 14 zeigt die Frequenzanalyseauflösung eines Ventilbetätigers mit einer Gesamtsumme von 1024 Proben. Wie gesehen werden kann, verbessert sich die Auflösung der Frequenzanalyse mit einer steigenden Anzahl von Proben.Providing more examples can result in finer frequency resolution after applying FT to the velocity data. Multiple samples can be provided by increasing the length of time that samples are taken or by increasing the sampling rate. 8th until 15 show graphs generated from data taken at 17 samples per second. 8th shows the frequency analysis resolution of a valve actuator with a total of 128 samples. 9 shows the speed data of 8th before performing an FT on the velocity data. 10 shows the frequency analysis resolution of a valve actuator with a total of 256 samples. 11 shows the speed data of 10 before performing an FT on the velocity data. 12 shows the frequency analysis resolution of a valve actuator with a total of 512 samples. 13 shows the speed data of 12 before performing an FT on the velocity data. 14 shows the frequency analysis resolution of a valve actuator with a total of 1024 samples. As can be seen, the resolution of the frequency analysis improves with an increasing number of samples.

Jede im Stand der Technik bekannte Art von Frequenzanalyse kann mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden. In der besonderen beschriebenen Ausführungsform wurde die FT auf Geschwindigkeitsdaten durchgeführt unter Verwendung einer Anzahl von Proben gleich 2n, wobei n irgendeine ganze Zahl ist. Daher ist die Gesamtsumme von Proben gleich z.B. 128, 256, 512, 1024, 2048, 4096, 8192 usw. Wenn daher 3500 Proben genommen wurden, können nur 2048 der Proben in der FT verwendet werden. In anderen Ausführungsformen kann die FT auf Proben angewandt werden, die nicht präzise gleich 2n sind. Jedoch wird Leckage in diesen Ausführungsformen zum Problem. Im Stand der Technik sind Technologien bekannt, die sich mit Leckage befassen.Any type of frequency analysis known in the art can be used with the present invention. In the particular embodiment described, the FT on velocity data was performed using a number of samples equal to 2n , where n is any integer. Therefore, the total sum of samples is equal to e.g. 128, 256, 512, 1024, 2048, 4096, 8192 etc. Therefore, if 3500 samples were taken, only 2048 of the samples can be used in the FT. In other embodiments, the FT may be applied to samples that are not precisely equal to 2n . However, leakage becomes a problem in these embodiments. Technologies that deal with leakage are known in the prior art.

Zusätzlich, in einer besonderen Ausführungsform, verwendet die FT Proben, die im Dauerzustand genommen wurden. Daher wird das Taktungsrad 20 bei einer relativ konstanten Geschwindigkeit gedreht. Wenn der Drehgeber 1 innerhalb eines elektrisch getriebenen Ventilbetätiger liegt, wird das Taktungsrad 20 während eines Zeitabschnitts beschleunigen und verlangsamen. Die während der Beschleunigung und der Verzögerung erzeugten Geschwindigkeitsdaten können beschränkt, gemittelt oder vor der Durchführung der FT ausgeschnitten werden. Transistente Frequenzanalysen sind im Stand der Technik bekannt und können anstelle der Rundung der Daten verwendet werden.Additionally, in a particular embodiment, the FT uses samples taken at steady state. Therefore, the timing wheel 20 is rotated at a relatively constant speed. If the rotary encoder 1 is within an electrically driven valve actuator, the timing wheel 20 will accelerate and decelerate during a period of time. The velocity data generated during acceleration and deceleration can be constrained, averaged, or cut out before performing the FT. Transient frequency analyzes are known in the art and can be used instead of rounding the data.

Das Runden der Geschwindigkeitsdaten kann durch einen Algorithmus durchgeführt werden, der gestaltet ist zur Analyse der Geschwindigkeitsdaten vor dem FT-Prozess, um sämtliche Beschleunigungs- oder Verzögerungsdaten zu entfernen. Alternativ können Geschwindigkeitsdaten gerundet werden, um die Anzahl der Proben kompatibel mit der FT 2n-Anforderung zu machen.Rounding of the velocity data may be performed by an algorithm designed to analyze the velocity data prior to the FT process to remove any acceleration or deceleration data. Alternatively, velocity data can be rounded to make the number of samples compatible with the FT 2 n requirement.

Die FT, wie der Begriff hier verwendet wird, umfasst einen weiten Bereich von Algorithmen, einschließlich der schnellen Fourier-Transformation. FT, wie hier verwendet, deckt vier Hauptfamilien von Fourier-Transformationen ab: Die kontinuierliche Fourier-Transformation, Fourier-Reihen, diskrete Zeit-Fourier-Transformation und diskrete Fourier-Transformation. Es gibt auch FT-Algorithmen, die gestaltet sind zur Handhabung von Annäherungs- und nicht einheitlichen Daten. Die diskrete Fourier-Transformation wird am häufigsten für digitale Signalverarbeitung verwendet. Der Begriff FT, wie hier verwendet, umfasst jeden Algorithmus, der mit den erzeugten Daten kompatibel ist.FT, as the term is used here, covers a wide range of algorithms, including the fast Fourier transform. FT, as used here, covers four main families of Fourier transforms: the continuous Fourier transform, Fourier series, discrete time Fourier transform, and discrete Fourier transform. There are also FT algorithms designed to handle approximate and non-uniform data. The discrete Fourier transform is most commonly used for digital signal processing. The term FT, as used herein, includes any algorithm that is compatible with the data produced.

Die Vorlaufzeit stellt die Maximalzeit dar, während welcher Proben genommen werden können. Beispielsweise mit einem Ventilbetätiger ist die Zeit, die ein Ventil braucht, um sich von der offenen zu der geschlossenen Position zu bewegen, oder umgekehrt die Maximalmengenzeit, während welcher Geschwindigkeitsdaten gesammelt werden können. Ein Ventil kann auch nur teilweise bewegt werden und daher kann auch nur ein Teil der Vorlaufzeit für die Geschwindigkeitsdatenaufnahme verfügbar sein. Ein exemplarischer Weg zur Erhöhung der Anzahl der erzeugten Geschwindigkeitsdatenbeispiele schließt das Erhöhen der Abtastrate ein. Die Abtastrate wird durch die Geschwindigkeit des Taktungsrades 20 und durch die Anzahl der Taktungsmarkierungen 28 beherrscht. Die Drehgeber 1 und 2 sind für Abtastraten deutlich höher als 17 Proben pro Sekunde geeignet.The lead time represents the maximum time during which samples can be taken. For example, with a valve actuator, the time it takes for a valve to move from the open to the closed position, or vice versa, is the maximum amount of time during which velocity data can be collected. A valve can also only be partially moved and therefore only part of the lead time can be available for velocity data recording. An exemplary way to increase the number of velocity data samples generated includes increasing the sampling rate. The sampling rate is controlled by the speed of the timing wheel 20 and the number of timing marks 28. Rotary encoders 1 and 2 are suitable for sampling rates significantly higher than 17 samples per second.

Noch eine andere Art zur Erhöhung der Anzahl der erzeugten Datenbeispiele schließt das Sammeln von Daten über mehrfache Vorlaufzeiten ein. Jeder neue Datensatz kann mit der existierenden Datensammlung verbunden werden, bis die Probenanzahl ausreichend hoch ist, um das Durchführen einer FT damit zu ermöglichen. Sobald der Datensatz voll ist, können jegliche neue Datenproben die ältesten Datenproben ersetzen, und daher die neuesten Datensätze für die Analyse erhalten. Die Geschwindigkeits- oder Positionsdaten können gespeichert werden, z.B. in einer Datentabelle, für die nahe Echtzeit- oder die nächste Frequenzbereichsanalyse.Yet another way to increase the number of data samples generated involves collecting data over multiple lead times. Each new data set can be linked to the existing data collection until the sample number is sufficiently high to allow FT to be performed on it. Once the data set is full, any new data samples can replace the oldest data samples, and therefore obtain the newest data sets for analysis. The velocity or position data can be stored, for example in a data table, for near real-time or next frequency domain analysis.

15 stellt eine Tabelle der möglichen Abtastraten und die resultierende Gesamtanzahl von Proben bereit, die für die Frequenzanalyse verwendet werden können. In 15 entspricht die inkrementale Impulsfrequenz der Abtastrate in Hz. Die Geschwindigkeit DS ist die Antriebsgeschwindigkeit der Antriebshülse (DS) eines Ventilbetätigers. Jedoch könnte die Geschwindigkeit DS mit einer Drehkomponente jeder Dreheinrichtung übereinstimmen. Der Kegelsatz-Geschwindigkeitsmultiplikator repräsentiert die Geschwindigkeitszunahme, die aus dem Verbinden des Zahnrades der DS mit der Eingangswelle resultiert, welche das Eingaberad 10 antreibt. Der Eingaberad 10 Geschwindigkeitsmultiplikator repräsentiert die Geschwindigkeitszunahme aufgrund des Getriebeverhältnisses zwischen dem Zahnrad 11 des Eingaberades 10 und dem Ritzel 25 des Taktungsrades 20. 15 provides a table of possible sampling rates and the resulting total number of samples that can be used for frequency analysis. In 15 The incremental pulse frequency corresponds to the sampling rate in Hz. The speed DS is the drive speed of the drive sleeve (DS) of a valve actuator. However, the speed could be DS with a Rotary components of each rotary device match. The cone set speed multiplier represents the speed increase resulting from connecting the gear of the DS to the input shaft that drives the input gear 10. The input wheel 10 speed multiplier represents the increase in speed due to the gear ratio between the gear 11 of the input wheel 10 and the pinion 25 of the timing wheel 20.

Ein Beispiel einer Drehkomponente einer Dreheinrichtung ist eine Drehhülse eines Ventilbetätigers. Eine Eingangswelle könnte über einen Kegelsatz die Antriebshülse mit dem Eingaberad 10 verbinden. Jede im Stand der Technik bekannte Art von Verbindungen kann verwendet werden, um das Eingaberad 10 anzutreiben. Als ein mögliches Beispiel der Datenentnahme, wenn sich die Antriebshülse mit 200 U/min dreht, und wenn der Kegelsatz zu einer ungefähr 4,8:1 Geschwindigkeitszunahme führt, dann würde sich die Eingabewelle mit 960 U/min drehen. Daher würde sich das Eingaberad 10 bei 960 U/min drehen. Das Eingaberad 10 treibt das Taktungsrad 20 an. Wenn ein 51/38 Grad Spurverstärker verwendet wird, dann dreht sich das Taktungsrad 20 bei ungefähr 1288 U/min. 1288 U/min geteilt durch 60 entspricht den Umdrehungen pro Sekunde des Taktungsrades 20. Das exemplarische Taktungsrad 20, wie in 1 gezeigt, weist 32 Taktungsmarkierungen auf. Sollten jedoch nur 16 Taktungsmarkierungen verwendet werden, erzeugen dann die Umdrehungen pro Sekunde multipliziert mit der Anzahl der Taktungsmarkierungen eine Abtastrate (inkrementale Impulsfrequenz) von 343 Beispielen pro Sekunde. In demselben Szenarium, wenn das Taktungsrad 20 32 Taktungsmarkierungen aufweist, liegt die Abtastrate dann bei ungefähr 678 Proben pro Sekunde. Die Nyquist-Frequenz ist die Hälfte der Abtastrate. Die Abtastrate multipliziert mit der Vorlaufzeit in Sekunden entspricht der Gesamtanzahl von Proben, die während eines einzelnen vollen Laufs gesammelt werden können.An example of a rotating component of a rotating device is a rotating sleeve of a valve actuator. An input shaft could connect the drive sleeve to the input wheel 10 via a set of cones. Any type of connection known in the art can be used to drive the input wheel 10. As a possible example of data extraction, if the drive sleeve is rotating at 200 RPM, and if the cone set results in an approximately 4.8:1 increase in speed, then the input shaft would be rotating at 960 RPM. Therefore, the input wheel 10 would rotate at 960 rpm. The input wheel 10 drives the timing wheel 20. If a 51/38 degree track amplifier is used, then the timing wheel 20 rotates at approximately 1288 rpm. 1288 rpm divided by 60 corresponds to the revolutions per second of the timing wheel 20. The exemplary timing wheel 20, as in 1 shown has 32 timing marks. However, if only 16 timing marks are used, then the revolutions per second multiplied by the number of timing marks produces a sampling rate (incremental pulse frequency) of 343 samples per second. In the same scenario, if the timing wheel 20 has 32 timing marks, the sampling rate is then approximately 678 samples per second. The Nyquist frequency is half the sampling rate. The sample rate multiplied by the lead time in seconds equals the total number of samples that can be collected during a single full run.

15 zeigt das Zusammenspiel von Vorlaufzeit und Abtastrate beim Berechnen der Genauigkeit der Frequenzanalyse. Eine Alternative, wenn nur kurze Geschwindigkeitsdatenläufe verfügbar sind, ist das miteinander Verbinden der kurzen Läufe vor dem Durchführen der FT auf die Daten, um die Frequenzauflösung zu erhöhen. 15 shows the interaction of lead time and sampling rate in calculating the accuracy of frequency analysis. An alternative, when only short velocity data runs are available, is to combine the short runs together before performing FT on the data to increase frequency resolution.

15 wurde erzeugt unter Verwendung eines Hanning-Fensters, um Störungen in den resultierenden Frequenzwerten zu verhindern, ausgelöst durch Diskontinuitäten in dem Geschwindigkeitssignal zu Beginn und zum Ende des Datensatzes. Andere mögliche Fenster schließen rechteckig, Blackman, Hamming, Kaiser, exponentiell und Flat Top ein. Jedoch kann jedes im Stand der Technik bekannte Fenster zur Auswertung der Geschwindigkeitsdaten verwendet werden. Es ist im Stand der Technik bekannt, wie Frequenzanalysen ohne die Verwendung von Fenstern durchgeführt werden. Jeder im Stand der Technik bekannte Weg zur Durchführung von Frequenzanalysen kann in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. 15 was generated using a Hanning window to prevent disturbances in the resulting frequency values caused by discontinuities in the velocity signal at the beginning and end of the data set. Other possible windows include rectangular, Blackman, Hamming, Kaiser, exponential and flat top. However, any window known in the art can be used to evaluate the speed data. It is known in the art how to perform frequency analysis without the use of windows. Any way known in the art to perform frequency analysis can be used in the present invention.

Frequenzdaten können auf einer Fall-für-Fall-Basis ausgewertet werden, um zu bestimmen, was die Peak-Orte und die Höhe in Bezug auf einen Ventilbetätiger angibt. Alternativ kann die Frequenzanalyse mit bekannten Frequenzanalysensignaturen verglichen werden, um die Gesundheit eines Ventilbetätigers oder einer Dreheinrichtung zu bestimmen.Frequency data can be evaluated on a case-by-case basis to determine what indicates the peak locations and height relative to a valve actuator. Alternatively, the frequency analysis can be compared to known frequency analysis signatures to determine the health of a valve actuator or rotary device.

16 bis 19 zeigen repräsentative Frequenzanalysen, die für Vergleiche verwendet werden können. 18 und 19 zeigen Geschwindigkeitsvariationen, die allgemein auf Grundlage der Rotationsgeschwindigkeit des Ventilbetätigers oder einer anderen Dreheinrichtung variieren. Die Daten für die 16 und 17 wurden auf einem Betätiger erzeugt, der bei 26 Umdrehungen pro Minute (U/min) Dauerzustand arbeitete. Die Daten für 18 und 19 wurden auf einem Betätiger erzeugt, der bei einem 18 U/min Dauerzustand arbeitete. 16 und 19 und 17 und 18 verwenden jeweils denselben Encoder-Ritzel-Adapter. 16 weist signifikante Peaks bei 45,4 Hz und 91,1 Hz auf. Die signifikanten Peaks in 19 werden deutlich mehr betont und häufig. Viele Probleme innerhalb eines Ventilbetätigers oder in einer anderen Dreheinrichtung können zusammenpassen, um als ein einzelner Peak in dem Frequenzbereich aufzutauchen. Frequenzanalysen bei verschiedenen Betriebsgeschwindigkeiten können potentielle Probleme aufdecken, die innerhalb eines einzelnen Peaks bei einer Geschwindigkeit versteckt sind, aber als mehrere Peaks bei verschiedenen Geschwindigkeiten auftauchen. 16 until 19 show representative frequency analyzes that can be used for comparisons. 18 and 19 show speed variations that generally vary based on the rotational speed of the valve actuator or other rotating device. The data for the 16 and 17 were generated on an actuator operating at 26 revolutions per minute (rpm) steady state. The data for 18 and 19 were generated on an actuator operating at an 18 rpm steady state. 16 and 19 and 17 and 18 each use the same encoder pinion adapter. 16 has significant peaks at 45.4 Hz and 91.1 Hz. The significant peaks in 19 are much more emphasized and frequent. Many problems within a valve actuator or other rotating device can combine to appear as a single peak in the frequency range. Frequency analysis at different operating speeds can reveal potential problems that are hidden within a single peak at one speed but appear as multiple peaks at different speeds.

Der Drehgeber der vorliegenden Erfindung wurde als ein Mehrrad-Absolutencoder beschrieben. Der Drehgeber kann ebenso ein Einzelrad-Absolutencoder oder ein Inkrementalencoder sein. Zum Beispiel könnte das Taktungsrad 20 in dasselbe Rad wie das Eingaberad 10 integriert sein. Das Eingaberad 10 könnte dann als ein Inkrementalencoder oder auch als ein Taktungsrad wirken. Weiterhin können die Codierabschnitte der codierenden Räder 30 bis 110 in das Eingaberad 10 integriert werden, wie im Stand der Technik bekannt. Das Eingaberad 10 kann dann als ein Einzelrad-Absolutencoder arbeiten. Das Eingaberad 10 kann gestaltet sein zum Zusammenwirken mit dem Ende einer Eingangswelle oder alternativ das Eingaberad 10 kann um eine Eingangswelle befestigt sein, also in dem längsgerichteten Zentrum der Eingangswelle. Jedoch kann das Eingaberad 10 an jedem Punkt entlang der Länge einer Eingangswelle befestigt sein.The encoder of the present invention has been described as a multi-wheel absolute encoder. The encoder can also be a single-wheel absolute encoder or an incremental encoder. For example, the timing wheel 20 could be integrated into the same wheel as the input wheel 10. The input wheel 10 could then act as an incremental encoder or as a timing wheel. Furthermore, the coding sections of the coding wheels 30 to 110 can be integrated into the input wheel 10, as is known in the art. The input wheel 10 can then operate as a single wheel absolute encoder. The input wheel 10 may be designed to cooperate with the end of an input shaft or alternatively the input wheel 10 may be mounted around an input shaft, i.e. in the longitudinal center of the input shaft. However The input wheel 10 may be attached at any point along the length of an input shaft.

Zuvor wurde die Frequenzanalyse relativ zu den Geschwindigkeitsdaten diskutiert. Eine zusätzliche Datenausführungsform schließt Drehmomentdaten ein. In Ventilbetätigern, in denen ein Drehmoment gemessen wird, können die Oszillationen des Drehmoments in den Frequenzbereich überführt werden. Wo das Ausgabedrehmoment, welches zu einem Ventilschaft geführt wird, überwacht wird, könnten die Drehmomentdaten ebenso in dem Frequenzbereich analysiert werden. Ein in dem Ventilbetätiger oder entfernt von dem Ventilbetätiger integrierter Prozessor könnte die Drehmomentdaten im Frequenzbereich in jede der oben diskutierten Arten mit Bezug zu den Geschwindigkeitsdaten konvertieren, oder durch jede im Stand der Technik bekannte Technologie. Die Frequenzen können dann mit den Antriebsstrangkomponenten identifiziert werden und der Nutzer ist mit einer Anzeige der Gesundheit des Ventilbetätigers ausgestattet.Previously, frequency analysis was discussed relative to velocity data. An additional data embodiment includes torque data. In valve actuators in which torque is measured, the oscillations of the torque can be converted into the frequency range. Where the output torque delivered to a valve stem is monitored, the torque data could also be analyzed in the frequency domain. A processor integrated in or remote from the valve actuator could convert the torque data in the frequency domain in any of the ways discussed above with respect to the velocity data, or by any technology known in the art. The frequencies can then be identified with the powertrain components and the user is provided with an indicator of the health of the valve actuator.

Eine andere Datenausführungsform schließt Schubdaten ein. Als Beispiel ist ein elektrischer Motor eines Ventilbetätigers an die Schnecke eines Schnecken/Schneckenrades in dem Antriebsstrang gekoppelt. Der axiale Schub der Schnecke wird überwacht, um das Drehmoment auszulesen, welches durch das Schneckenrad geliefert wird. Ein in dem Ventilbetätiger eingeschlossener Prozessor oder ein entfernt von dem Ventilbetätiger eingeschlossener Prozessor kann die Schubdaten im Frequenzbereich identisch zu jeder der oben diskutierten Art mit Bezug zu den Geschwindigkeitsdaten oder durch jede im Stand der Technik bekannte Technologie konvertieren. Die Frequenzen können dann mit den Antriebsstrangkomponenten identifiziert werden - entweder durch den Nutzer oder durch ein Computerprogramm. Daher wird eine Diagnose des Ventilbetätigers bereitgestellt. Zusätzlich können mehrere Schubsensoren verwendet werden.Another data embodiment includes thrust data. As an example, an electric motor of a valve actuator is coupled to the worm of a worm/worm wheel in the drive train. The axial thrust of the worm is monitored to read the torque delivered by the worm wheel. A processor included in the valve actuator or a processor included remotely from the valve actuator may convert the thrust data in the frequency domain identical to any of the types discussed above with respect to the velocity data or by any technology known in the art. The frequencies can then be identified with the powertrain components - either by the user or by a computer program. Therefore, a diagnosis of the valve actuator is provided. In addition, several thrust sensors can be used.

Eine zusätzliche Datenausführungsform schließt Vibrationsdaten ein. Beispielsweise sind acht Beschleunigungsmesser an einer Vielzahl von Orten in einem Ventilbetätiger angeordnet. Alle acht Beschleunigungsmesser lesen dieselben Vibrationen in dem Ventilbetätiger. Jedoch würde der der gegebenen Quelle näheste Beschleunigungsmesser das intensivste Signal aufweisen. Das Betrachten der Vibrationsdaten von allen acht Sensoren im Frequenzbereich kann das zielgenaue Auffinden von Vibrationsquellen ermöglichen. Die Frequenzen der Vibrationen können dann mit den Antriebsstrangkomponenten korreliert werden. Daher kann ein Nutzer vor anstehenden Problemen mit dem Ventilbetätiger gewarnt werden.An additional data embodiment includes vibration data. For example, eight accelerometers are arranged at a variety of locations in a valve actuator. All eight accelerometers read the same vibrations in the valve actuator. However, the accelerometer closest to the given source would have the most intense signal. Viewing vibration data from all eight sensors in the frequency domain can enable pinpoint location of vibration sources. The frequencies of the vibrations can then be correlated with the powertrain components. Therefore, a user can be warned of upcoming problems with the valve actuator.

Jede Anzahl von Sensoren in jeder der Ausführungsformen kann verwendet werden. Zum Beispiel kann mehr als ein Geschwindigkeitssensor verwendet werden. Zusätzlich können mehrere Sensoren verschiedener Art verwendet werden. Beispielsweise kann ein Ventilbetätiger einen Drehgeber, wie einen Drehgeber 1 einschließen. Der Ventilbetätiger kann auch einen axialen Schubsensor einschließen. Frequenzanalysen können mit den Geschwindigkeitsdaten durchgeführt werden, welche durch das Taktungsrad 20 erzeugt werden, oder mit den Schubdaten oder mit beiden.Any number of sensors in any of the embodiments can be used. For example, more than one speed sensor can be used. In addition, several sensors of different types can be used. For example, a valve actuator may include a rotary encoder, such as rotary encoder 1. The valve actuator may also include an axial thrust sensor. Frequency analyzes can be performed on the velocity data generated by the timing wheel 20, or on the thrust data, or both.

Die Drehvorrichtung oder der Ventilbetätiger, der durch die vorliegende Erfindung zu überwachen ist, kann durch einen elektrischen Motor, hydraulischen Druck, eine Maschine, ein Handrad oder jede andere im Stand der Technik bekannte Art angetrieben werden.The rotating device or valve actuator to be monitored by the present invention may be driven by an electric motor, hydraulic pressure, a machine, a handwheel, or any other type known in the art.

Obwohl die vorangegangene Beschreibung mehrere Besonderheiten beinhaltet, sind diese nicht gedacht als den Bereich der vorliegenden Erfindung beschränkend, sondern rein als Bereitstellung gewisser exemplarischer Ausführungsformen. Ähnlich können andere Ausführungsformen der Erfindung erdacht werden, welche nicht den Geist oder den Bereich der vorliegenden Erfindung verlassen. Der Geist der Erfindung ist daher nur durch die beigefügten Ansprüche und ihre rechtlichen Äquivalente bezeichnet und beschränkt, vielmehr als durch die vorangegangene Beschreibung. Alle Hinzufügungen, Streichungen und Veränderungen der Erfindung, wie hierin beschrieben, welche unter die Bedeutung und den Bereich der Ansprüche fallen, sind in der vorliegenden Erfindung einschlossen.Although the foregoing description includes several features, these are not intended to limit the scope of the present invention, but rather to provide certain exemplary embodiments. Similarly, other embodiments of the invention may be devised which do not depart from the spirit or scope of the present invention. The spirit of the invention is therefore indicated and limited only by the appended claims and their legal equivalents, rather than by the foregoing description. All additions, deletions and variations of the invention as described herein that fall within the meaning and scope of the claims are included in the present invention.

Claims (20)

Ventilsystem umfassend: einen Ventilbetätiger mit einer Vielzahl von Sensoren (160, 160'), die zum Erzeugen von Daten angepasst sind; einen Taktungsmechanismus, der ein Taktungsrad (20) mit einer Vielzahl von Taktungsmarkierungen (28) beinhaltet, die in einem konzentrischen Muster um das Taktungsrad (20) angeordnet sind, wobei die Vielzahl von Sensoren (160, 160') einen Doppelsatz von redundanten Taktungssensoren zum Überwachen der Vielzahl von Taktungsmarkierungen (28) des Taktungsrads (20) umfasst, wobei die Vielzahl von Sensoren (160, 160') und der Taktungsmechanismus Daten bezüglich einer oder mehrerer Komponenten des Ventilbetätigers erzeugen, und wobei der Doppelsatz von redundanten Taktungssensoren einen ersten Sensor, der auf einer ersten Seite des Taktungsrads (20) positioniert ist, und einen zweiten Sensor, der auf einer zweiten, gegenüberliegenden Seite des Taktungsrads (20) positioniert, umfasst, wobei der erste Sensor und der zweite Sensor jeweils einen Emitter (164) und einen Detektor (162) umfassen, wobei der Detektor (162) angrenzend an den Emitter (164) positioniert ist; und einen Prozessor (150) in Kommunikation mit der Vielzahl von Sensoren (160, 160') und angepasst zur Konvertierung der Daten in einem Frequenzbereich.A valve system comprising: a valve actuator having a plurality of sensors (160, 160') adapted to generate data; a timing mechanism including a timing wheel (20) with a plurality of timing marks (28) arranged in a concentric pattern around the timing wheel (20), the plurality of sensors (160, 160 ') forming a dual set of redundant timing sensors monitoring the plurality of timing marks (28) of the timing wheel (20), wherein the plurality of sensors (160, 160') and the timing mechanism generate data relating to one or more components of the valve actuator, and wherein the dual set of redundant timing sensors includes a first sensor, which is positioned on a first side of the timing wheel (20), and a second sensor which is positioned on a second, opposite side of the timing wheel (20). ned, wherein the first sensor and the second sensor each include an emitter (164) and a detector (162), the detector (162) being positioned adjacent the emitter (164); and a processor (150) in communication with the plurality of sensors (160, 160') and adapted to convert the data in a frequency range. Ventilsystem nach Anspruch 1, bei welchem die Vielzahl von Sensoren (160, 160') ferner einen oder mehrere von einem Geschwindigkeitssensor, einem Positionssensor, einem Drehmomentsensor, einem Schubsensor und einem Vibrationssensor umfasst, und wobei die Daten mindestens eines von Rotationsgeschwindigkeitsdaten, Positionsdaten, Drehmomentdaten, Schubdaten, und Vibrationsdaten umfassen.valve system Claim 1 wherein the plurality of sensors (160, 160') further includes one or more of a speed sensor, a position sensor, a torque sensor, a thrust sensor and a vibration sensor, and wherein the data includes at least one of rotational speed data, position data, torque data, thrust data, and Include vibration data. Ventilsystem nach Anspruch 1, bei welchem die Vielzahl von Sensoren (160, 160') zumindest einen Geschwindigkeitssensor umfasst, und der Prozessor (150) angepasst ist zum Empfangen von Geschwindigkeitsdaten von dem zumindest einen Geschwindigkeitssensor und zum Durchführen einer Frequenzanalyse der Geschwindigkeitsdaten.valve system Claim 1 , wherein the plurality of sensors (160, 160') includes at least one speed sensor, and the processor (150) is adapted to receive speed data from the at least one speed sensor and to perform a frequency analysis of the speed data. Ventilsystem nach Anspruch 3, bei welchem der zumindest eine Geschwindigkeitssensor in einen Drehpositions-Encoder eingeschlossen ist.valve system Claim 3 , in which the at least one speed sensor is included in a rotary position encoder. Ventilsystem nach Anspruch 4, bei welchem der Drehpositions-Encoder ein inkrementaler Encoder ist.valve system Claim 4 , in which the rotary position encoder is an incremental encoder. Ventilsystem nach Anspruch 4, bei welchem der Drehpositions-Encoder ein absoluter Encoder ist.valve system Claim 4 , in which the rotary position encoder is an absolute encoder. Ventilsystem nach Anspruch 6, bei welchem der absolute Encoder eine einzelne Encoderplatte umfasst.valve system Claim 6 , in which the absolute encoder comprises a single encoder plate. Ventilsystem nach Anspruch 6, bei welchem der absolute Encoder mehrere Encoderplatten umfasst.valve system Claim 6 , in which the absolute encoder comprises several encoder plates. Ventilsystem nach Anspruch 8, bei welchem die mehreren Encoderplatten jeweils Codierabschnitte (44, 48) umfassen, die in der Lage sind, mehrere Positionen einer Drehvorrichtung zu codieren, und bei welchem der absolute Encoder zumindest einen Doppelsatz von Positionssensoren für jeden der zumindest einen Codierabschnitte (44, 48) einschließt, wobei der zumindest eine Doppelsatz von Positionssensoren in der Lage ist, jeden der zumindest einen Codierabschnitte (44, 48) zu überwachen.valve system Claim 8 , in which the plurality of encoder plates each comprise coding sections (44, 48) which are capable of coding a plurality of positions of a rotating device, and in which the absolute encoder has at least one double set of position sensors for each of the at least one coding sections (44, 48). includes, wherein the at least one dual set of position sensors is capable of monitoring each of the at least one coding sections (44, 48). Ventilsystem nach Anspruch 4, weiterhin umfassend ein Handrad, welches geeignet ist zur Betätigung des Ventilbetätigers, und geeignet ist zur Betätigung des Drehpositions-Encoders.valve system Claim 4 , further comprising a handwheel, which is suitable for operating the valve actuator, and is suitable for operating the rotary position encoder. Ventilsystem nach Anspruch 4, bei welchem der Drehpositions-Encoder zur Betätigung durch einen Antriebsstrang des Ventilbetätigers angepasst ist.valve system Claim 4 , in which the rotary position encoder is adapted for actuation by a drive train of the valve actuator. Ventilsystem nach Anspruch 11, bei welchem der Drehpositions-Encoder durch eine Eingangswelle betätigt wird, die durch ein Schneckenrad des Antriebsstrangs angetrieben wird.valve system Claim 11 , in which the rotary position encoder is actuated by an input shaft driven by a worm wheel of the drive train. Ventilsystem nach Anspruch 4, bei welchem der Drehpositions-Encoder zur Betätigung durch einen elektrischen Motor in dem Ventilbetätiger angepasst ist.valve system Claim 4 , in which the rotary position encoder is adapted for actuation by an electric motor in the valve actuator. Ventilsystem nach Anspruch 3, bei welchem die Vielzahl von Sensoren (160, 160') zumindest ein Drehmomentsensor beinhalten, wobei der Prozessor (150) zum Empfang von Drehmomentdaten aus dem zumindest einen Drehmomentsensor und zur Durchführung einer Frequenzanalyse der Drehmomentdaten angepasst ist.valve system Claim 3 , in which the plurality of sensors (160, 160 ') include at least one torque sensor, wherein the processor (150) is adapted to receive torque data from the at least one torque sensor and to perform a frequency analysis of the torque data. Ventilsystem nach Anspruch 3, bei welchem zumindest ein Sensor der Vielzahl von Sensoren (160, 160') ein axialer Schubsensor ist, wobei der Prozessor (150) zum Empfang von axialen Schubdaten des zumindest einen axialen Schubsensors und zur Durchführung der Frequenzanalyse der axialen Schubdaten angepasst ist.valve system Claim 3 , in which at least one sensor of the plurality of sensors (160, 160 ') is an axial thrust sensor, wherein the processor (150) is adapted to receive axial thrust data from the at least one axial thrust sensor and to carry out the frequency analysis of the axial thrust data. Ventilsystem nach Anspruch 3, bei welchem zumindest ein Sensor der Vielzahl von Sensoren (160, 160') ein Beschleunigungsmesser ist, wobei der Prozessor (150) zum Empfang von Beschleunigungsdaten des zumindest einen Beschleunigungsmessers und zur Durchführung der Frequenzanalyse der Beschleunigungsdaten angepasst ist.valve system Claim 3 , in which at least one sensor of the plurality of sensors (160, 160 ') is an accelerometer, the processor (150) being adapted to receive acceleration data from the at least one accelerometer and to carry out the frequency analysis of the acceleration data. Ventilsystem nach Anspruch 4, bei welchem der Drehpositions-Encoder den Taktungsmechanismus und die Vielzahl von Sensoren (160, 160') einschließt.valve system Claim 4 , in which the rotary position encoder includes the timing mechanism and the plurality of sensors (160, 160 '). Ventilsystem nach Anspruch 4, bei welchem der Drehpositions-Encoder den Prozessor (150) einschließt.valve system Claim 4 , in which the rotary position encoder includes the processor (150). Ventilsystem nach Anspruch 1, bei welchem der Prozessor (150) eine Fourier-Transformation verwendet, um die Daten in den Frequenzbereich zu konvertieren.valve system Claim 1 , in which the processor (150) uses a Fourier transform to convert the data into the frequency domain. Ventilsystem nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Anzeige, die angepasst ist zur Kommunikation mit dem Prozessor (150) und zur Anzeige der Daten.valve system Claim 1 , further comprising a display adapted to Communication with the processor (150) and for displaying the data.
DE112006004264.5T 2006-04-21 2006-04-21 Encoder frequency analysis Active DE112006004264B4 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE112006004264 2006-04-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE112006004264B4 true DE112006004264B4 (en) 2024-02-08

Family

ID=89575675

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112006004264.5T Active DE112006004264B4 (en) 2006-04-21 2006-04-21 Encoder frequency analysis

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE112006004264B4 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE9208470U1 (en) 1992-06-25 1992-10-01 Chang, Ping-Lung, Hua Lian Adjustment device for setting the instantaneous relative angle difference between two rotating parts
US5418362A (en) 1993-05-27 1995-05-23 Lusby; Brett L. Encoder for determining absolute linear and rotational positions
US5640007A (en) 1995-06-21 1997-06-17 Limitorque Corporation Optical encoder comprising a plurality of encoder wheels
DE10047924A1 (en) 2000-09-27 2002-04-18 Siemens Ag Encoder system for position / position detection and / or speed detection and / or acceleration detection, drive control based thereon and method for networking a control unit with one or more sensor systems
DE10361062A1 (en) 2003-12-22 2005-07-21 Robert Bosch Gmbh Method for evaluating speed and rotational position information of a DC motor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE9208470U1 (en) 1992-06-25 1992-10-01 Chang, Ping-Lung, Hua Lian Adjustment device for setting the instantaneous relative angle difference between two rotating parts
US5418362A (en) 1993-05-27 1995-05-23 Lusby; Brett L. Encoder for determining absolute linear and rotational positions
US5640007A (en) 1995-06-21 1997-06-17 Limitorque Corporation Optical encoder comprising a plurality of encoder wheels
DE10047924A1 (en) 2000-09-27 2002-04-18 Siemens Ag Encoder system for position / position detection and / or speed detection and / or acceleration detection, drive control based thereon and method for networking a control unit with one or more sensor systems
DE10361062A1 (en) 2003-12-22 2005-07-21 Robert Bosch Gmbh Method for evaluating speed and rotational position information of a DC motor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112006003859B4 (en) Rotary encoder frequency analysis
DE112006003860B4 (en) Encoder frequency analysis
EP1502086A2 (en) Vibration sensor and method for monitoring the condition of rotating components and bearings
DE19849108A1 (en) Encoder
EP2864750B1 (en) Method and apparatus for combining torque and angle representations
DE19929455A1 (en) Sliding door drive has integrated door movement diagnosis, sensor wheel, sensor connected to processing unit; processing unit, motor controller are connected to central data processing unit
EP0980514B1 (en) Device for complete measuring of gear toothing, including tooth flank topography
EP3472459B1 (en) Method for monitoring a rotor blade adjustment
DE112006004264B4 (en) Encoder frequency analysis
DE10228389A1 (en) Vibration sensor and method for monitoring the condition of rotating components and bearings
EP4025875B1 (en) Method and system for determining position displacments
EP1593971B1 (en) Device and method for the verification of the functionality of an angular encoder
EP2469239B1 (en) Multi-turn angle measuring device
DE102022110084B4 (en) Determining the position of a first object relative to a second object
DE102020131767A1 (en) Steering gear, in particular for steer-by-wire steering of a vehicle and motor vehicle
CA2848891C (en) Valve system and method for monitoring a valve actuator in the valve system based on data collected by a rotary encoder
CN104596774B (en) Rotary encoder frequency analysis
DE4120343C2 (en)
DE102022125958B3 (en) Encoder and method for determining a rotary relative position between two components and robot with such an encoder
DE102011118264A1 (en) Testing device for detecting tumbling movements and wear of one or multiple gear wheels during their rotational movement, has one or multiple active or passive speed sensors
EP3865827B1 (en) Position, length or angle determination device
EP1850105B1 (en) Method for monitoring the torsional strength of a shaft
DE102009009788B4 (en) Device and method for the contactless determination of a rotational angle position and / or a standstill of a rotatable object
EP3462180A1 (en) Method and device for rotation monitoring
EP0650060A1 (en) High-resolution speed measuring system, especially for electric door drive

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R409 Internal rectification of the legal status completed
R129 Divisional application from

Ref document number: 112006003860

Country of ref document: DE

Effective date: 20121004

R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: G01P0003480000

Ipc: F16K0037000000

R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: G01P0003480000

Ipc: F16K0037000000

Effective date: 20130524

R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final