DE2947412A1 - SPEED OR ROTATIONAL ENCODER AND RELATED EVALUATION - Google Patents
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Description
29A7A1229A7A12
R. 5884R. 5884
Hl.11.1979 Lr/SmSt. 11.1979 Lr / Sm
Drehzahl- oder Drehwinkelgeber und zugehörige Auswerteschaltung Speed or angle encoder and associated evaluation circuit
Die Erfindung betrifft einen Geber zur Erfassung der Drehzahl und/oder eines markierten Drehwinkels einer Welle mit Hilfe einer mit der Welle umlaufenden Scheibe, die an ihrem Umfang mehrere, in Drehrichtung hintereinanderliegende, aus je einem Zahn und einer anschließenden Zahnlücke bestehende Segmente aufweist, die hinsichtlich des axialen Abstandes der Umfangsflache der Zähne und der Zahnlücken sowie der in Umfangsrichtung gemessenen Breite der Zähne und der Zahnlücken untereinander wenigstens annähernd kongruent ausgebildet sind.The invention relates to an encoder for detecting the speed and / or a marked angle of rotation of a shaft With the help of a rotating disk with the shaft, which has several on its circumference, one behind the other in the direction of rotation each having a tooth and an adjoining tooth gap existing segments, which in terms of the axial distance the circumferential surface of the teeth and the tooth gaps as well as the in The width of the teeth measured in the circumferential direction and the tooth gaps are at least approximately congruent with one another are.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer derartiger., vorzugsweise aus ferromagnetischem Material hergestellten Scheibe eine Markierung im Randbereich zu schaffen, die mit einfachen Mitteln gegenüber den untereinander kongruenten Segmenten erkannt werden kann. Hierzu sind erfindungsgemäß die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen vorgesehen.The invention is based on the object of such a device, preferably made of ferromagnetic material Disc to create a marking in the edge area, which with simple means compared to the mutually congruent Segments can be recognized. For this purpose, those specified in the characterizing part of claim 1 are according to the invention Measures planned.
130023/OUA130023 / OUA
Lr /SmLr / Sm
Eine besonders störungsunanfällige Auswerteschaltung gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ergibt sich nach Anspruch 2 und/oder Anpruch 3·An evaluation circuit, which is particularly insusceptible to interference, according to a further development of the invention results from the claim 2 and / or claim 3
Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert.The invention is described in more detail below with reference to an embodiment shown in the drawing and explained.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Geberscheibe in axialer Draufsicht und in einem etwa 80 umfassenden Ausschnitt,FIG. 1 shows a transducer disk according to the invention in an axial plan view and in a section encompassing approximately 80,
Figur 2 eine Auswerteschaltung für die Geberscheibe nach Figur 1,FIG. 2 an evaluation circuit for the encoder disk according to FIG. 1,
Figur 3 ein Zeitschaubild der Spannungsimpulse J, welche mit der in Figur 1 bei E angedeuteten Abtasteinrichtung erzeugt werden, undFIG. 3 shows a time diagram of the voltage pulses J generated by the scanning device indicated at E in FIG are generated, and
Figur 1I den zeit- und winkelabhängig sich ändernden Zählerstand N eines Rückwärtszählers.FIG. 1 I shows the counter reading N of a down counter, which changes as a function of time and angle.
Die in Figur 1 dargestellte, zum Beispiel aus Eisenblech gestanzte Geberscheibe S ist an ihrem Umfang zum Beispiel in 36 Segmente s unterteilt, die sich jeweils über 10° erstrecken. Jedes dieser Segmente ε hat einen von 36 Zähnen, von welchen in Figur 1 die zu kongruenten Segmenten gehörenden Zähne mit 1 bis 6 bezeichnet sind. Zu jedem Segment gehört außerdem eine Zahnlücke 1, deren Grund durch einen Radius r2 begrenzt ist, während die Zähne an ihrer Umfangsflache einen größeren Radius rl haben.The encoder disk S shown in FIG. 1, for example punched from sheet iron, is subdivided on its circumference into 36 segments s, for example, which each extend over 10 °. Each of these segments ε has one of 36 teeth, of which the teeth belonging to congruent segments are denoted by 1 to 6 in FIG. Each segment also has a tooth gap 1, the base of which is limited by a radius r2, while the teeth have a larger radius rl on their circumferential surface.
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R· 5884 R 5884
Lr/SmLr / Sm
Wenn sich die Scheibe S, die auf einer bei W angedeuteten Welle einer Brennkraftmaschine, beispielsweise deren Verteilerwelle vorzugsweise an der Kurbelwelle sitzt, in Rieh- · tung des eingezeichneten Pfeiles dreht, laufen die Zähne der Geberscheibe nacheinander an einer induktiven Tasteinrichtung E vorbei und induzieren in einer zur Tasteinrichtung E gehörenden Spule 8 und einer Auswerteschaltung kurze Impulse der in Figur 3 bei Jl, J2, J3 usw. angedeuteten Art, sobald die Zähne 1, 2, 3 usw. mit ihrer Rückenflanke die Tasteinrichtung E passieren.If the disk S, which is on a shaft indicated at W of an internal combustion engine, for example its distributor shaft preferably sits on the crankshaft, rotates in the direction of the arrow drawn, the teeth of the Transmitter disk successively past an inductive sensing device E and induce in one belonging to the sensing device E. Coil 8 and an evaluation circuit short pulses of the type indicated in FIG. 3 at J1, J2, J3, etc., as soon as the teeth 1, 2, 3 etc. pass the sensing device E with their back flank.
Damit die Geberscheibe S in einer bestimmten Winkelstellung einem Eetriebsvcrgang der Brennkraftmaschine zugeordnet werden kann, beispielsweise zur Bestimmung des Zündzeitpunktes für einen der Zylinder der Brennkraftmaschine, ist in der aus Figur 1 erkennbaren Weise eines der Segmente gegenüber den übrigen, miteinander übereinstimmenden Segmenten durch eine Abweichung von der Kongruenz markiert. Diese Markierung ist dadurch erzielt, daß in dem markierten Segment der zugehörige, mit unterbrochenen Linien angedeutete Zahn 10 weggelassen ist. Hierdurch ist vor dem nächsten Zahn 4 eine Zahnlücke 11 geschaffen, die dreimal so groß wie die zu kongruenten Segmenten si, s2, s3 ... s6, ... sn gehörenden Zahnlücken 7 ist. Dies kann in einer elektronischen Auswerteschaltung mit einfachen Mitteln erkannt werden, so daß es möglich ist, mit der verbreiterten Zahnlücke 11 das markierte Segment- von den übrigen Segmenten zu selektieren und dem gewünschten Betriebsvorgang der Brennkraftmaschine zuzuordnen.So that the transmitter disk S is assigned to an operating cycle of the internal combustion engine in a certain angular position can be, for example, to determine the ignition point for one of the cylinders of the internal combustion engine in the manner that can be seen from FIG. 1, one of the segments compared to the other, mutually matching segments marked by a deviation from congruence. This marking is achieved in that the marked Segment of the associated tooth 10 indicated by broken lines is omitted. This is before the next one Tooth 4 created a tooth gap 11 that is three times as large as the congruent segments si, s2, s3 ... s6, ... sn belonging tooth gaps 7 is. This can be recognized in an electronic evaluation circuit with simple means, so that it is possible to use the widened tooth gap 11 to select the marked segment from the remaining segments and to assign the desired operating process of the internal combustion engine.
Zur Erfassung der Winkel- bzw. Zahn-Impulse Jl, J2, J3 usw. und der Bezugsmarke BM bzw. der diese repräsentierenden Lücke 11 wird nur ein einziger Sensor verwendet, nämlich die induktive Tasteinrichtung E.To detect the angular or tooth pulses J1, J2, J3, etc. and the reference mark BM or the one representing it Gap 11, only a single sensor is used, namely the inductive sensing device E.
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294741? R· 5884294741? R 5884
Das erfindungsgemäße System ist besonders für die Verwendung eines in der Zeichnung nicht dargestellten Mikroprozessors geeignet. Zur Entlastung des Mikroprozessors erfolgt die Messung der Bezugsmarke BM nur in einem kleinen Bereich. Hierzu wird in einer Initialphase dieser Bereich so ausgewählt, daß die Bezugsmarke mit Sicherheit in diesen Bereich fällt. Zur Erkennung der Lücke 11 bzw. der Bezugsmarke BM wird ein in Figur 2 als Zähler/Timer ZT angedeuteter Rückwärtszähler verwendet. Der Ablauf der nachstehend beschriebenen Meßphase ist durch ein Rechenprogramm festgelegt. Die Meßphase beginnt einige Zähne vor dem wahrscheinlichen Eintreffen der Lücke 11. Die Meßphase wird in einer beim Start beginnenden, weiter unten beschriebenen Initialphase bestimmt.The system of the invention is particularly useful a microprocessor not shown in the drawing is suitable. To relieve the microprocessor, the Measurement of the reference mark BM only in a small area. For this purpose, this area is selected in an initial phase so that that the reference mark certainly falls within this range. To recognize the gap 11 or the reference mark BM, a down counter indicated in FIG. 2 as a counter / timer ZT is used. The process of the below described The measuring phase is determined by a computer program. The measuring phase begins a few teeth before the probable Gap 11 occurs. The measuring phase is in an initial phase beginning at the start and described further below certainly.
Bei Beginn der Meßphase wird zunächst die in Figur 3 bei T angedeutete, von einem Zahn zum nächsten Zahn reichende Periodendauer mit Hilfe des Zähler/Timers ZT ausgezählt, welchem mit einer festgelegten Frequenz f Zählimpulse Ir zugeführt werden. Der sich während einer solchen Periodendauer ergebende Zählerstand N wird von dem Mikroprozessor um die Hälfte des erreichten Zählerstandes erhöht und dazu benützt,.den Timer ZT auf den Anfangswert 1,5 T aufzuladen. Der Start des Auszählvorganges erfolgt jeweils beim Eintreffen des nächsten Zahnimpulses Jn, welcher den Zähler auf den Anfangswert 1,5 T einstellt, von welchem der Zähler durch die Zählimpulse "Ir successive bis zum Eintreffen des nächsten, um die Periodendauer T versetzten Zahnes auf den Wert 0,5 T zurückgestellt wird.At the beginning of the measuring phase, the one indicated at T in FIG Period duration counted with the help of the counter / timer ZT, which counts Ir are fed. The counter reading N resulting during such a period is used by the microprocessor increased by half of the count reached and used to charge the timer ZT to the initial value of 1.5 T. The counting process starts when the next tooth pulse Jn arrives, which sets the counter sets to the initial value 1.5 T, from which the counter by the counting pulses "Ir successive until the arrival of the The next tooth offset by the period T is reset to the value 0.5 T.
Wenn jedoch die Lücke 11 abgetastet ist, läuft der Zähler-Timer ZT durch Null hindurch, wie dies in Figur 1J bei BQ angedeutet ist und gibt dann ein Signal ab, welches beispielsweise in der in Figur 2 dargestellten Anordnung zur Auslösung eines Zündvorganges in der Zündspule ZS führt. DerIf, however, the gap 11 is scanned, the counter timer ZT runs through zero, as indicated in FIG. 1 J at B Q , and then emits a signal which, for example, in the arrangement shown in FIG the ignition coil ZS leads. Of the
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R· 58 R 58
Lr /SnLr / Sn
Zündvorgang wjrd nicht direkt durch die Bezugsmarke (nämlich dem nächsten Zahn) ausgelöst. Die Bezugsmarke dient als Bezug zur Berechnung des Schließ- und Offenwinkels. Durch das Null-Signal B0 kann dem nächsten Zahn die Bezugsmarke BM zugeordnet werden.The ignition process is not triggered directly by the reference mark (namely the next tooth). The reference mark serves as a reference for calculating the closing and opening angles. The reference mark BM can be assigned to the next tooth by means of the zero signal B 0.
Die oben erwähnte Initialphase läuft folgendermaßen ab: Beim Start muß zunächst über eine oder zwei Umdrehungen der Scheibe S eine laufende Überwachung der von Zahn zu Zahn reichenden Periodendauer T erfolgen. Im Falle einer Lücke verdoppelt sich die Periodendauer. Dies erkennt der Mikroprozessor ohne weiteres und kann daher die Lücke selbst bestimmen.The above-mentioned initial phase proceeds as follows: When starting, the disk must first rotate one or two times The period duration T extending from tooth to tooth is continuously monitored. In case of a gap, doubled the period. The microprocessor recognizes this easily and can therefore determine the gap itself.
Zum besseren Verständnis wird in Abweichung von der in Figur 1 dargestellten, 36-zähnigen Scheibe S davon ausgegangen, daß die Scheibe sehr viel feiner unterteilt sei und nach jedem hundertsten Zahn eine Lücke enthält, die als Bezugsmarke dient. Bei Erkennung der Lücke wird ein Zähler auf Null gesetzt und mit den Zahnimpulsen Jn aufwärtsgezählt. Sobald der V.7ert 100 erreicht ist, wird intern die Bezugsmarke gesetzt. Dies hat zur Folge, daß, sobald die Lücke einmal erkannt ist, der Rechner die Lücke selbst auszählen kann.For a better understanding, in deviation from the 36-tooth disk S shown in FIG. 1, it is assumed that the disk is subdivided much more finely and contains a gap after every hundredth tooth, which serves as a reference mark. When the gap is detected, a counter is set to zero and counted up with the tooth pulses Jn. As soon as the V. 7 ert 100 is reached, the reference mark is set internally. As a result, as soon as the gap is recognized, the computer can count the gap itself.
Zur Kontrolle und zur Synchronisation kann für eine kurze Zeit einmal pro Umdrehung der Scheibe oder auch nur bei jeder zweiten oder dritten Umdrehung die oben beschriebene Meßphase eingeleitet werden, beispielsweise jeweils beim Zählerstand 96.To check and synchronize, once per revolution of the disc or even just for a short period of time second or third revolution, the measurement phase described above can be initiated, for example in each case at the counter reading 96
Trifft in der Meßphase infolge einer Störung keine Lücke ein bzw. wird keine Lücke erkennbar, so muß der Rechner auf die oben beschriebene Initialphase umschalten und die nächste Lücke suchen.If there is no gap in the measuring phase due to a disturbance or if no gap is recognizable, the computer must access the Switch over the initial phase described above and look for the next gap.
Der besondere Vorteil besteht darin, daß der Rechner die Bezugsmarke automatisch findet.The particular advantage is that the computer has the reference mark automatically finds.
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Claims (4)
eine Bezugsmarke festgelegten Drehwinkels einer Welle mit
Hilfe einer mit der Welle umlaufenden Scheibe, die an ihrem Umfang mehrere, in Drehrichtung hintereinanderliegende, aus je einem Zahn und einer anschließenden Zahnlücke bestehende Winkelsegmente aufweist, die untereinander kongruent ausgebildet sind, und mit Hilfe eines diese Segmente abtastenden Sensors, der beim Vorbeilauf jedes der Zähne einen Winkelimpuls liefert, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsmarke (BM) durch eine sich an mindestens zwei kongruente Winkelsegmente (s) anschließendes, nicht kongruentes Bezugsmarkensegment gebildet ist, das sich durch das Fehlen eines Zahnes auszeichnet und nur als Lücke (11) zwischen dem Zahn (3) eines vorausgehenden Winkelsegments (s3) und eines in Umlaufrichtung nachfolgenden Winkelsegments ausgebildet ist.Θ Encoder for detecting the speed and / or a through
a reference mark fixed angle of rotation of a shaft with
With the help of a disk rotating with the shaft, which on its circumference has several angular segments lying one behind the other in the direction of rotation, each consisting of a tooth and an adjoining tooth gap, which are designed to be congruent with one another, and with the help of a sensor that scans these segments which, as each of the Teeth supplies an angular pulse, characterized in that the reference mark (BM) is formed by a non-congruent reference mark segment following at least two congruent angular segments (s), which is characterized by the absence of a tooth and only as a gap (11) between the Tooth (3) of a preceding angular segment (s3) and a subsequent angular segment in the direction of rotation is formed.
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