DE3330519C2

DE3330519C2 - Verfahren und Vorrichtung zur berührungslosen Übertragung eines Signals von einem rotierenden Bauteil auf ein feststehendes Bauteil

Info

Publication number: DE3330519C2
Application number: DE19833330519
Authority: DE
Inventors: Hans-Georg Dipl.-Ing. 5100 Aachen Lauffs
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-08-24
Filing date: 1983-08-24
Publication date: 1986-09-04
Also published as: DE3330519A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Übertragung eines Signals von einem rotierenden Bauteil auf ein feststehendes Bauteil, insbesondere eines von einem piezoelektrischen Wandler in eine elektrische Spannung umgesetzten dynamischen Meßwertes von einer rotierenden Welle auf ein feststehendes Teil der Lagerung, durch zwei induktiv miteinander gekoppelte Spulen, wobei die eine Spule Teil eines Resonanzschwingkreises ist, dessen Resonanzfrequenz fR durch das zu übertragende Signal US verstimmt wird, und wobei die andere Spule als Koppelspule Teil eines Auswertekoppelkreises ist, an den eine Oszillatorspannung UO mit konstanter Oszillatorfrequenz fO angelegt wird, wobei in der Spule des Resonanzschwingkreises durch die induktive Kopplung mit der Koppelspule des Auswertekoppelkreises eine Resonanzschwingkreisspannung UR mit einem Resonanzschwingkreisstrom IR induziert wird und wobei zur Bestimmung der Größe des zu übertragenden Signals US ein Phasenvergleich durchgeführt wird. Damit ohne großen elektronischen Aufwand und auf einfache und zuverlässige Weise kontinuierlich die Signale übertragen werden können, wird vorgeschlagen, daß am Auswertekoppelkreis die Oszillatorspannung UO kontinuierlich angelegt wird und daß die Veränderung in der Phasenverschiebung zwischen der an der Koppelspule anliegenden Koppelspulenspannung UK und dem Koppelspulenstrom IK im Auswertekoppelkreis infolge der von der Größe des zu übertragenden ...

Description

Die Erfindung betrifft eki Verv&hren zur berührungslosen Übertragung eines Signals von einem rotierenden Bauteil auf ein feststehendes Bauteil, insbesondere eines von einem piezo-elektrischen Wandler in eine elektrische Spannung umgesetzten dynamischen Meßwertes von einer rotierenden Welle auf ein feststehendes Teil der Lagerung, durch zwei induktiv miteinander gekoppelte Spulen, wobei die eine Spule Teil eines Resonanzschwingkreises ist, dessen Resonanzfrequenz /« durch das zu übertragende Signal Us verstimmt wird, und wobei die andere Spule als Koppelspule Teil eines Auswertekoppelkreises ist, an den eine Oszillatorspannung Uo mit konstanter Oszillatorfrequenz fo angelegt wird, wobei in der Spule des Resonanzschwingkreises durch die induktive Kopplung mit der Koppelspule des Auswertekoppelkreises eine Resonanzschwingkreisspannung Ur mit einem Resonanzschwingkreisstrom Ir induziert wird und wobei zur Bestimmung der Größe des zu übertragenden Signals Us ein Phasenvergleich durchgeführt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Telemetrieeinrichtungen zur Meßwertübertragung von rotierenden Teilen auf feststehende Teile sind bekannt Sie spielen beispielsweise bei der Luftdrucküberwachung eines Fahrzeugrades eine Rolle, wo der Luftdruckwert des bei Fahrt rotierenden Rades auf eine im Fahrzeuggestell untergebrachte Einrichtung zur Überwachung und gegebenenfalls zur Regulierung des Luftdrucks übertragen werden soll. Bekannte Verfahren und

fs Vorrichtungen haben jedoch den Nachteil der auf der schwingkreis bedämpft werden muß, um die durch den ψ Sensorseite für die Signalverstärkung und-übertragung Koppelschwingkreis induzierten Schwingungen ungell erforderlichen Energieversorgung. stört empfangen zu können. Darüber hinaus wird durch ■if Aus der DE-OS 15 66 789 ist eine Anordnung zur be- die diskontinuierliche Signalübertragung die übertragg rührungslosen Übertragung von Meßwerten von einem 5 bare obere Grenzfrequenz des Meßsignals einge-I" rotierenden auf einen feststehenden Teil bekannt Diese schränkt Dies ist insbesondere dann von Nachteil, wenn S besteht aus einem Oszillator mit zwei induktiv miteinan- zeitlich sich schnell verändernde Signale übertragen ή der gekoppelten Spulen, die ringförmig ausgebildet und und registriert werden soIL

ϊ| konzentrisch zur Drehachse des sich rotierenden Teils Durch das DE-GM 18 48 306 ist eine verschluckbare

_rf angeordnet sind. Die eine Spule bildet Teil eines io Sonde zur Erfassung der inneren Körpertemperatur

y . Schwingkreises, der weiterhin aus einem Kondensator von Patienten bekannt Die Sonde enthält einen Paral-

f: und eicem Meßindikator besteht Die andere Spule be- lelschwingkreis, dessen Resonanzfrequenz durch die zu

Ij sitzt mehrere Wicklungen und ist im feststehenden Teil erfassende Meßgröße verändert wird. Mit Hilfe eines

y, als Auswertekreis angeordnet Wird an den Auswerte- über eine Koppelspule kontinuierlich angelegten Oszil-

'■; kreis ein Potential gelegt, erfolgt eine Rückkopplung is latorsignals veränderlicher Frequenz wird die Reso-

I= mit dem Schwingkreis im rotierenden Teil, so daß der nanzfrequenz der Sonde durch Auswertung des bei Re-

>i Auswertekreis mit der Resonanzfrequenz des Schwing- sonanz auftretenden Energieentzuges ermittelt

i!s kreises schwingt Bei Erreichen eines vorgegebenen Ausgehend vom Stand der Technik nach der DE-OS

i$ Grenzwertes im Meßindikator wird der Schwingkreis 31 07 947 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein I

h so stark gedämpft daß aufgrund der Änderung der 20 Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die ohne I

|| Rückkopplungsbedingung mit dem Auswertekreis der großen elektronischen Aufwand auf «Anfache und zuver- |

■| Oszillator nicht mehr schwingfähig ist und dvi Schwin- lässige Weise kontinuierlich die Signale von einem ro-

U gungen aussetzen. Dieser Zustand wird dadurch festge- tierenden Bauteil auf ein feststehendes Bauteil berüh-

' stellt, daß der Auswertekreis eine zusätzliche Wicklung rungslos übertragen.

- zur Ansteuerung eines Relais besitzt In dieser zusätzü- 25 Als Lösung wird dafür ein Verfahren vorgeschlagen,

ί; chen Wicklung wird bei Aussetzen der Schwingungen bei deivi am Auswertekoppelkreis die Oszillatorspan-

:' keine Spannung mehr induziert, so daß das Relais abfällt nung Uo kontinuierlich angelegt wird und bei dem die

·: ■; und ein entsprechendes Signal ausgelöst wird. Veränderung in der Phasenverschiebung zwischen der

4 Aus der DE-OS 31 07 947 ist ein Verfahren und eine an der Koppelspule anliegenden Koppelspulenspan-

£ Einrichtung zum Übertragen eines Meßwertes von ei- 30 nung Uk und dem Koppelspulenstrom Ik im Auswerte-

ff nem beweglichen Gegenstand auf einen feststehenden koppelkreis infolge der von der Größe des zu übertra-

Ii Gegenstand der eingangs genannten Art bekannt Die genden Signals Us abhängigen Verstimmung in der Re-

■i? Einrichtung besteht aus zwei Schwingkreisen, die über sonanzfrequenz /« und der Veränderung in der Phasen-

;; ihre Spulen induktiv miteinander gekoppelt sind. Der verschiebung zwischen der Resonanzschwingkreisspan-

% Koppelschwingkreis weist eine durch das zu übertra- 35 nung Ur und dem Resonanzschwingkreisstrom Ir und

V, gende Signal veränderliche Induktivität oder Kapazität infolge der induktiven Kopplung der Spulen kontinuier-

ii auf, so daß die Resonanzfrequenz des Koppelschwing- lieh gemessen wird.

$ kreises in Abhängigkeit von der Größe des zu übertra- Durch den kontinuierlichen Betrieb des Auswerte-■ genden Meßwertes verstimmt wird. Der andere koppelkreises können die Signale kontinuierlich über-Schwingkreü ist ein Sende/Empfangsschwingkreis, der 40 tragen werden. Das Verfahren ermöglicht es somit, abwechselnd mit einer Sendestufe und einer Empfangs- selbst hochfrequente Schwankungen des zu übertragen-/| stufe wirksam geschaltet wird. Das Übertragungsver- den Signals zu erfassen und an eine Registriervorrichfahren besteht darin, daß über die Sendestufe der Sen- tung weiterzuleiten. Die Koppelspule des Auswertede/Empfangsschwingkreis mit einer Oszillatorspannung koppelkreises bildet zusammen mit der Spule des Resomit einer Referenzfrequenz aktiviert wird. Durch die 45 nanzschwingkreises einen kontinuierlich betrisbenen induktive Kopplung mit der Spule des Koppelschwing- Transformator. Zur Erhaltung des magnetischen Flusses kreises wird in diesem entsprechend der Referenzfre- im Transformator und infolge der induktiven Kopplung quenz des Sende/Empfangsschwingkreises eine Schwin- resultiert eine bestimmte Phasenbeziehung zwischen gung induziert Nach Abschalten der Sendestufe und der Resonanzschwingkreisspannung Ur, dem Resoggfs. Bedampfen des Stnde/Empfangsschwingkreises 50 nanzschwingkreisstrom /-, der an der Koppelspule anwird die Empfangsstufe wirksam geschaltet In dieser liegenden Koppelspillenspannung Uk und dem Koppel-Empfangsphase wird im Sende/Empfangsschwingkreis spulenstrom Ik- Eine Veränderung in der Phasenveiein Frequenzsignal induziert welches der Resonanzfre- Schiebung zwischen der Resonanzschwingkreisspanquenz des durch das zu übertragende Signal kontinuier- nung Ur und dem Resonanzschwingkreisstrom /- hat Hch verstimmten Koppelschwingkreises entspricht. Ein 55 eine Phasenverschiebung zwischen der Koppelspalen-Phasendetektor mißt während einer vorbestimmten Pe- spannung U_K und dem Koppelspulenstrom Ik zur Folge, riode die Zeitdifferenz zwischen der Referenzfrequenz Da aber die Phasenverschiebung zwischen der Resoder Oszillatorspannung und der Resonanzfrequenz des nanzschwingkreisspannung Ur und dem Resonanzverstimmen Koppelschwingkreises. Mittels einer Aus- schwingkreisstroir Ir von der Verstimmung durch das wertschaltung kann aufgrund der gemessenen Zeitdiffe- ω zu übertragende Signal Us abhängt, läßt sich durch die renz auf das zu übertragende Signal zurückgeschlossen Messung der Veränderung in der Phasenverschiebung werden. zwischen der Koppelspulenspannung i/^finddein Kop-Das bekannte Verfahren hat den Nachteil, daß ein pelspulenstrom Ik im Auswertekoppelkreis die Größe großer elektronischer Aufwand zur Übertragung des des zu übertragenden Signals Us bestimmen. Ein derar-Signals notwendig ist. Der Sende/Empfangsschwing- 65 tiger Phasenverglek;*:. hat den Vorteil, daß er sich ohne kreis muß abwechselnd als Sendestufe und als Emp- großen elektronischen Aufwand durchführen läßt,
fangsstufe wirksam geschähet werden, wobei zusätzlich Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird vor dem Aktivieren der Empfangsstufe der Sende- zur Messung der Phasenverschiebung zwischen der

5 6 rf

Koppelspulenspannung Uk und dem Koppelspulen- lediglich die Koppelspulenspannung Uk und den Kop- \%

strom Ik im Auswertekoppelkreis vorgeschlagen, daß pelspulenstrom Ik messen, um daraus die Phasenver- '%'

die Werte der Koppelspulenspannung Uk und des Kop- Schiebung zu bestimmen. Dies läßt sich ohne großen 0

pelspulenstromes /* gleichzeitig gemessen und mitein- elektronischen Aufwand realisieren, so daß auf kosten- ||

ander multipliziert werden. Dieses Verfahren läßt sich s günstige und zuverlässige Weise eine Signalübertratechnisch einfach realisieren, wobei das analoge oder gung möglich ist

digitale Ausgangssignal eine direkte Aussage über die Vorzugsweise ist im Auswertekoppelkreis als Shunt

Größe der Phasenverschiebung und somit über die Grö- eine phasenschiebende Reaktanz geschaltet die entwe-

Be des zu übertragenden Signals erlaubt der eine Induktivität oder eine Kapazität oder beides

Bei einer bevorzugten Verfahrensdurchführung wird io sein kann. Mit einem derartigen Phasenschieber läßt

' bei Gleichheit der Oszillatorfrequenz fo und der Reso- sich insbesondere erreichen, daß bei Gleichheit der Os- Ά

nanzfrequenz /« die Phasenverschiebung zwischen der zillatorfrequenz fo und der Resonanzfrequenz Ir die :

Koppelspulenspannung Uk und dem Meßwert des Kop- Phasenverschiebung zwischen der Koppelspulenspan-

pelspulenstroms /< durch einen Phasenschieber auf 90° nung U_K und dem Meßwert des Koppelspulenstroms Ik

eingestellt Dadurch nimmt der Gleichanteil der Aus- \s 90° beträgt, da dann die von der Spule des Resonanz- ';

gangsspannung des Multiplizierers bei unverstimmten Schwingkreises auf die Koppelspule des Auswertekop-

Resonanzkreis, d. h. immer dann, wenn keine Signal- pelkreises transformierte Impedanz einen reinen Wirk- ■

spannung U, anliegt den Wert Null an. Der Wechselan- widerstand darstellt.

te:! der A.usgangsspannung des Multiplizierers wird Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist als Aus-

durch ein Tiefpaßfilter unterdrückt 20 werteeinheit ein Multiplizierer vorgesehen, der die

Sobald die zu übertragende Signalspannung U, den Meßwerte der Koppelspulenspannung Uk und des Kop-Resonanzkreis verstimmt weicht die Phasenverschie- pclspulenstroms Ik zeitgleich multipliziert und in ein bung am Multiplizierer von 90° ab, und die Spannung Ausgangssignal U_A umsetzt. Ein derartiger Multiplizie- Ua am Ausgang des Tiefpaßfilters nimmt einen Wert an, rer arbeitet zuverlässig und ist technisch wenig aufwender in einem annähernd linearen Zusammenhang mit 25 dig, so daß bereits mit einfachsten Meßinstrumenten der Signalspannung U, steht Nach entsprechender Ei- eine Übertragung des Signals Us möglich ist chung läßt sich somit nach der Multiplikation und der Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist Tiefpaßfilterung direkt die Größe des Signals Us able- dem Multiplizierer ein Tiefpaßfilter mit einer kleineren sen. Grenzfrequenz als die Oszillatorfrequenz fo zur Glät-

Schließlich wird mit dem Verfahren vorgeschlagen, 30 tung nachgeschaltet. Zum Nachstimmen der Oszillator- j

daß zum Nullabgleich die Oszillatorfrequenz /odes Aus- frequenz fo kann weiterhin ein von dem Ausgangssignal ,

wertekoppelkreises in Abhängigkeit von der gemesse- Ua des Multiplizierers angesteuerter Regler vorgesehen

nen Phasenverschiebung nachgestimmt wird. Auf diese sein. Dadurch können Rückwirkungen der Demodula-

Weise kann erreicht werden, daß zu Beginn einer neuen torschaltung auf den Resonanzschwingkreis ausgegli- ■'■■'.

Meßreihe die Oszillatorfrequenz fo neu eingestellt wer- 35 chen werden. ;

den kann. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstandes

bei unverstimmten Resonanzschwingkreis, wenn also der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be-

kein Signal Us anliegt die Oszillatorfrequenz fo gleich Schreibung der zugehörigen Zeichnung, in der eine be- "

der Resonanzfrequenz (r und das Ausgangssignal Ua vorzugte Ausführungsform zur berührungslosen Über-

der gemessenen Phasenverschiebung Null sein soll. 40 tragung eines Signals von einem rotierenden Bauteil auf

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah- ein feststehendes Bauteil dargestellt worden ist In der ;

rens wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, wobei der Zeichnung zeigt '.

Resonanzschwingkreis am rotierenden Bauteil und der Fig. 1 einen I^ngsschnitt durch eine Übertragungs-

Auswertekoppelkreis am feststehenden Bauteil ange- vorrichtung mit zwei ineinandergeschobenen Spulen,

ordnet ist und die Spule des Resonanzschwingkreises 45 wobei der untere Teil weggelassen ist

und die Koppelspule des Auswertekoppelkreises ring- F i g. 2 ein Prinzipschaltbild der Demodulatorschal-

förmig ausgebildet und konzentrisch zur Drehachse des tung und

sich rotierenden Bauteils angeordnet sind, bei der der F i g. 3 eine prinzipielle Strom-Spannungs- und Kapa-

Auswertekoppelkreis an eine Auswerteeinheit zur Mes- zitäts-Spannungskennlinie einer Kapazitätsdiode. ;

sung der an der Koppelspule anliegenden Koppelspu- 50 Die in Fig. 1 dargestellte Übertragungsvorrichtung :

lenspannung Uk end dem Koppelspulenstrom Ik sowie besteht aus zwei konzentrisch zueinander und zu» Dreh- ■ ■+

zur Bestimmung der Phasenverschiebung aus den erhal- achse 1 einer Welle 2 angeordneten Spulen Lr, Lk- Die . ■;

tenen Meßwerten angeschlossen ist innere Spule Lr ist fest mit der drehbaren Welle 2 ver- ;|

Durch die konzentrische Anordnung der Spulen ist bunden, während die äußere Koppelspule L_K feststeht §j

jederzeit eine Übertragung des Signals unabhängig von 55 und an einem schematisch dargestellten, feststehenden ί ■

der relativen Stellung der Bauteile zueinander möglich. Bauteil 3 angeordnet ist '-.'

Der durch die Koppelspule des Auswertekoppelkreises Zur Übertragung eines Signals Us von der Welle 2 auf ϊ|

erzeugte magnetische FIuB durchsetzt vollständig die das feststehende Bauteil 3 ist die Spule Lr Teil eines -'"·

Spule des Resonanzschwingkreises, so daß ein optima- Resonanzschwingkreises Sr und die Koppelspule Lk *i

ler Signal-Störabstand bei der Messung des Signals Us 60 Teil eines Auswertekoppelkreises Sk- Die Schaltung ist :J

möglich ist Die Übertragung ist unabhängig von der in F i g. 2 dargestellt Neben der Induktivität der Spule ^

Drehzahl des rotierenden Bauteils, so daß ein bestimm- Lr wird der Parallelresonanzschwingkreis Sr durch die ·

ter Wert des Signals Us immer zu einer reproduzierba- Kapazität einer Kapazitätsdiode CD definiert Die prm- \A

ren Phasenverschiebung im Auswertekoppelkreis und zipielle Wirkungsweise der Kapazitätsdiode CD ist in }

damit zu einem reproduzierbaren Ausgangssignal Ua 65 F ί g. 3 dargestellt, wo sowohl die Kapazität (C) als auch %

führt Von Vorteil ist insbesondere, daß die Öbertra- der Strom (J) gegen die Spannung (U) aufgetragen ist Sjj

gung des Signals Us auch bei stillstehenden Bauteilen Dabei ist zu erkennen, daß bei sich vergrößernder Span- '&%

einwandfrei gewährleistet ist Die Auswerteeinheit muß nung die Kapazität exponentiell abfällt Weiterhin ist zu p

7 8

erkennen, daß der Strom zunächst sehr stark abfällt, im nen Tiefpaßfilter 5, dessen Grenzfrequenz kleiner als die

Bereich der Spannung Nuil ebenfalls ungefähr den Wert Oszillatorfrequenz fo ist. Wie im folgenden noch näher

Null annimmt und bei Erhöhung der Spannung (in ent- auszuführen sein wird, ist für das Meßverfahren die Pha-

gegengesetzer Pießrichtung) sehr schwach ansteigt, um senverschiebung zwischen der Koppelspulenspannung

schließlich bei hohen Spannungen sehr stark zuzuneh- 5 Uk und dem Meßwert des Koppelspulenstroms Ik aus-

men. Der Aussteuerbereich A zur Veränderung der Ka- schlaggebend, so daß zur Messung und Phasenschie-

pazität einer Kapazitätsdiode wird bestimmt durch die bung des Koppelspulenstroms Ik die an der Reaktanz X

Strong Spannungskennlinie. In F i g. 3 ist der Aussteuer- anliegende Spannung gemessen und der Auswerteein-

bereich A durch die beiden parallel zur Ordinate einge- heit 4 zugeführt wird.

zeichneten, gestrichelten Linien dargestellt. In diesem to Die beiden Spulen Lr und Lk bilden einen Transfor-

Aussteuerbereich A ist die Leistungsaufnahme infolge mator 71 wobei die induktive Kopplung durch die Ge-

der geringen Stromes nur klein, d. h. mit einer kleinen geninduktivität M symbolisch in der Zeichnung darge-

Leistung kann die Kapazität bei einer Kapazitätsdiode stellt ist. Durch den mit der Oszillatorspannung Uo mit

verändert werden. konstanter Oszillatorfrequenz fo betriebenen Auswer-

Die Signalspannung Us wird an die Kapazitätsdiode 15 tekoppelkreis Sk wird im Resonanzschwingkreis 5« eine CD des Resonanzschwingkreises Sr angelegt und ver- Resonanzschwingkreisspannung Ur mit einem Resoändert somit seine Resonanzfrequenz /« und die Phasen- nanzschwingkreisstrom Ir induziert, wobei die Resoverschiebung zwischen der Resonanzschwingkreisspan- nanzfrequenz //? gleich der Oszillatorfrequenz fo ist. nung Ua und dem Resonanzschwingkreisstrom Ir. Eine Durch die induktive Kopplung der beiden Spulen Lk Vorspannung für die Kapazitätsdiode CD ist nicht er- 20 und Lr bildet sich zur Erhaltung des magnetischen Flusforderlich, solange sie nicht in den Durchlaßbereich ge- ses eine feste Phasenbeziehung zwischen der Koppelsteuert wird (steiler Anstieg des Stromes /in Fig.3). spulenspannung Uk, dem Koppelspulenstrom Ik, der Der ohne Vorspannung symmetrisch zum Spannungs- Resonanzschwingkreisspannung Ur und dem Resonullpunkt liegende Aussteuerbereich A wird begrenzt nanzschwingkreisstrom Ir aus. Bei einer Veränderung durch den Durchlaßstrom der Dioden und die damit 25 der Kapazität der Kapazitätsdiode CD durch das Signal verbundene Belastung der Signalspannungsquelle sowie Us ändert sich die Resonanzfrequenz /« des Resonanzdurch die zulässigen nichtlinearen Verzerrungen der Schwingkreises Sr und somit auch die Phasenverschie-Übertragung. Zur Symmetrierung der Belastung der Si- bung zwischen der Resonanzschwingkreisspannung Ur gnalspannungsquelle dient eine Diode D1. Durch Paral- und dem Resonanzschwingkreisstrom Ir, was zur Folge lelschaltung eines Kondensators C im Resonanz- 30 hat, daß sich auch die Phasenverschiebung zwischen der sch* 'ingkreis Sr läßt sich dieser auf die gewünschte Re- Koppelspulenspannung Uk und dem Koppelspulensonanzfrequenz/« abstimmen; dabei ändern sich jedoch strom Ik verändert. Durch diese Veränderung in der gleichzeitig Linearität und Empfindlichkeit der Anord- Phasenverschiebung zwischen der Koppelspulenspannung, nung Uk und dem Koppelspulenstrom Ik verändert sich

Mit einem Aussteuerungsbereich von etwa lOOmVss 35 auch das Ausgangssignal Ua der Auswerteeinheit 4.
eignet sich die Übertragungsvorrichtung für nahezu alle Solange die Resonanzfrequenz /r des Resonanzverfügbaren elektrodynamischen und piezoelektrischen Schwingkreises Sr gleich der Oszillatorfrequenz fo ist, Wandler. Infolge der hohen Eingangsimpedanz (Grö- beträgt die Phasenverschiebung zwischen der Resoßenordnung 10⁷ Ohm, 100 pF) wird der Wandler prak- nanzschwingkreisspannung Ur und dem Resonanztisch nicht belastet 40 schwingkreisstrom Ir Null Grad und die nach der Kop-

Eine Veränderung der Resonanzfrequenz /« ist auch pelspule Lk transformierte Impedanz stellt einen reinen

denkbar, wenn durch das Signal Us die Induktivität der Wirkwiderstand dar. Die Phasenverschiebung zwischen

Spule Lr verändert wird. der Koppelspulenspannung Uk und dem Meßwert des

Die kontinuierliche Auswertung der durch das Signal Koppelspulenstroms Ik beträgt daher die Reaktanz X Us abhängigen Verstimmung des rotierenden Reso- 45 90", so daß das Ausgangssignal Ua am Tiefpaßfilter 5 nanzschwingkreises Sä erfolgt mittels des Auswerte- Null Volt beträgt. Eine Verstimmung des Resonanzkoppelkreises Sk. der die variable Resonanzfrequenz /« Schwingkreises Sr durch ein Signal Us beeinflußt die bzw. die Phasenverschiebung zwischen Resonanz- Phasenverschiebung zwischen der Koppelspulenspanschwingkreisspannung Ur und Resonanzschwingkreis- nung Uk und dem Koppelspulenstrom Ik und damit das strom Ir unter Verwendung eines Oszillatorsignals kon- 50 Ausgangssignal Ua- Zwischen der Verstimmung des rostanter Frequenz auswertet Die prinzipielle Schaltung tierenden Resonanzschwingkreises Sr und dem Ausdes Auswertekoppelkreises Sk ist in F i g. 2 auf der rech- gangssignal Ua besteht ein annähernd linearer Zusamten Seite dargestellt menhang, so daß durch den Wert des Ausgangssignals

Der Auswertekoppelkreis Sk besteht aus der Koppel- Ua der Wert des zu übertragenden Signals Us bestimmt

spule Lk und wird mit einer Oszillatorspannung Uo mit 55 ist

einer konstanten Oszillatorfrequenz fo aus einem span- Um Rückwirkungen der Demodulatorschaltung des nungsgesteuerten Oszillator VCO (Voltage Controlled Auswertekoppelkreises Sk auf den Resonanzschwing-Oscillator) betrieben, wobei die Oszillatorfrequenz fo kreis Sr auszugleichen, ist ein automatischer Nullabgleich dem zeitlichen Mittel der Resonanzfrequenz f_R gleich vorgesehen, indem das Ausgangssigna] Ua über des rotierenden Resonanzschwingkreises /« ist In den eo einen geeigneten Regler 6 die Oszillatorfrequenz fo des Auswertekoppelkreis Sk ist eine als Shunt und Phasen- spannungsgesteuerten Oszillators VCO nachstimmt schieber dienende Reaktanz ΛΤ (Induktivität oder Kapa- Dies kann dadurch geschehen, daß bei einem Signal Us zität) geschaltet An der Koppelspule Lk des Auswerte- von Null Volt die Oszillatorfrequenz fo so lange veränkoppelkreises Sk wird die Koppelspulenspannung Uk dert wird, bis sie der Resonanzfrequenz /r entspricht abgegriffen und zusammen mit dem über den Shunt X 65 und kein Ausgangssignal Ua vorliegt Die Bemessung gemessenen Koppelspulenstrom Ik einer Auswerteein- des Reglers 6 hat Einfluß auf die untere Grenzfrequenz heit 4, die als Multiplizierer ausgebildet ist, zugeführt der Übertragungsstrecke, weil niederfrequente Das Ausgangssignal U_A des Multiplizierers passiert ei- Schwankungen der Resonanzfrequenz /« des Resonanz-

ίο

Schwingkreises Sr ausgeregelt werden. Falls auch statische Signalanteile übertragen werden sollen, ist als Signalspannung die Regelspannung UR_eg am Ausgang des
Reglers 6 abzugreifen. In diesem Fall bestimmt der Regler 6 maßgeblich die obere Grenzfrequenz der Signalspannung.

	Bezugszeichenliste	Drehachse
1	Welle
2	feststehendes Bauteil
3	Auswerteeinheit
4	Tiefpaßfilter
5	Regler
6	Resonanzschwingkreis
5«	Spule
Lr	Kapazitätsdiode
CD	Diode
Di	Kondensator
C	Auswertekoppelkreis
S_K	Koppelspule
Lk	Reaktanz
X	spannungsgesteuerter Oszillator
VCO	Transformator
T	Aussteuerbereich
A	Oszillatorspannung
U₀	Oszillatorfrequenz
fo	Koppelspulenspannung
Uk	Koppelspulenstrom
Ik	Resonanzschwingkreisspannung
Ur	Resonanzschwingkreisstrom
Ir	Resonanzfrequenz
h	Signal
Us	Ausgangssignal
Ua	Regelspannung
U_Rcg	Gegeninduktivität
M	Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

10

15

20

25

30

35

40

50

55

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur berührungslosen Übertragung eines Signals von einem rotierenden Bauteil auf ein feststehendes Bauteil, insbesondere eines von einem piezoelektrischen Wandler in eine elektrische Spannung umgesetzten dynamischen Meßwertes von einer rotierenden Welle auf ein feststehendes Teil der Lagerung, durch zwei induktiv miteinander gekoppelte Spulen, wobei die eine Spule Teil eines Resonanzschwingkreises ist. dessen Resonanzfrequenz (fit) durch das zu übertragende Signal (Us) verstimmt wird, und wobei die andere Spule als Koppelspule Teil eines Auswertekoppelkreises ist, an den eine Oszillartorspannung (T/o) mit konstanter Oszillatorfrequenz (fo) angelegt wird, wobei in der Spule des Resonanzschwingkreises durch die induktive Kopplung mit der Koppelspule des Auswertekoppelkreises eine Resonanzschwingkreisspannung (Ur) mit einem Rq-gnanzschwingkreisstrom (Ir) induziert wird und wobei zur Bestimmung der Größe des zu übertragenden Signals (Us) ein Phasenvergleich unter Verwendung wenigstens eines an der feststehenden Spule auftretenden elektrischen Parameters durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß am Auswertekoppelkreis (Sk) die Oszillatorspannung (Uo) kontinuierlich angelegt wird und daß die Veränderung in der Phasenveschiebung zwischen der an der Koppelspule (Lk) anliegenden Koppelspulenspannung (Uk) und dem Koppelspulenstrom (Ik) im Auswertekoppelkreis (Sk) infolge der von der GrOQr- des ir, übertragenden Signals (Us) abhängigen Verstimmung in der Resonanzfrequenz 0ä) und der Verände -ung in der Phasenverschiebung zwischen der Resonanzschwingkreisspannung (Ur) und dem Resonanzschwingkfeisstrom (Ir) und infolge der induktiven Kopplung (M) der Spulen (Lr, Lk) kontinuierlich gemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Phasenverschiebung zwischen der Koppelspulenspannung (Uk) und dem Koppelspulenstrom (Ik) im Auswertekoppeikreis (Sk) die Werte der Koppelspulenspannung (Uk) und des Koppelspulenstroms (Ik) gleichzeitig gemessen und miteinander multipliziert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Gleichheit der Oszillatorfrequenz (fo) und der Resonanzfrequenz fifo) die Phasenverschiebung zwischen den Meßwerten der Koppelspulenspannung (Uk) und des Koppelspulenstroms (Ik) mii Hilfe einer zusätzlichen Reaktanz (X) auf 90° eingestellt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswertekoppelkreis mit einer Oszillatorfrequenz (fo), die gleich der Resonanzfrequenz (fa) des unverstimmten Resonanzschwingkreises (Lr, C, CD) ist, betrieben wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswertekoppelkreis mit einer Oszillatorfrequenz (fo), die gleich der Resonanzfrequenz (f_R) im zeitlichen Mittel ist, betrieben wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Nullabgleich die Oszillatorfrequenz (fo) des Auswertekoppelkreises in Abhängigkeit von der gemessenen Phasenverschiebung nachgestimmt wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach, einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Resonanzschwingkreis am rotierenden Bauteil und der Auswertekoppeikreis am feststehenden Bauteil angeordnet ist und die Spule des Resonanzschwingkreises und die Koppelspule des Auswertekoppelkreises ringförmig ausgebildet und konzentrisch zur Drehachse des sich rotierenden Bauteils angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswertekoppelkreis (Sk) an eine Auswerteeinheit (4) zur Messung der an der Koppelspule (Lk) anliegenden Koppelspulenspannung (Uk) und des Koppelspulenstromes (Ik) sowie zur Bestimmung der Phasenverschiebung aus den erhaltenen Meßwerten angeschlossen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Auswertekoppeikreis (Sk) eine Reaktanz (X) (Induktivität und/oder Kapazität) als Shunt und Phasenschieber geschaltet ist

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Auswerteeinheit (4) ein Multiplizierer vorgesehen ist, der die Meßwerte der Koppelspulenspannung (Uk) und des Koppelspulenstroms (Ik) zeitgleich multipliziert und in ein Ausgangssignal (Ua) umsetzt

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Multiplizierer ein Tiefpaßfilter (5) mit einer kleineren Grenzfrequenz als die Oszillatorfrequenz (fo) zur Glättung nachgeschaltet ist

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein von dem Ausgangssignal (Ua) des Multiplizierers angesteuerter Regler (6) zum Nachstimmen der Oszillatorfrequenz (fo) vorgesehen ist