DE19536840A1

DE19536840A1 - Verfahren zur Drehzahlmessung

Info

Publication number: DE19536840A1
Application number: DE19536840A
Authority: DE
Inventors: Max Hobelsberger
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 1995-10-02
Filing date: 1995-10-02
Publication date: 1997-04-03
Also published as: US5757676A

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Drehzahlmessung, wie es im Oberbegriff des Anspruchs beschrieben ist.

STAND DER TECHNIK

Derartige Verfahren sind bekannt. Grundsätzlich wird bei der Drehzahlmessung, entsprechend der Definition für eine Ge schwindigkeit oder Winkelgeschwindigkeit, die Ableitung des Weges nach der Zeit bestimmt. Hierdurch reduziert sich die Geschwindigkeits- oder Winkelgeschwindigkeitsmessung auf eine Wegmessung mit anschließender zeitlicher Differentiation.

Für die Messung einer Winkelgeschwindigkeit bzw. Drehzahl ist üblicherweise ringförmig auf einem rotierenden System eine Anzahl Signalquellen angeordnet, die bei Rotation mittels Sensoren erfaßt werden. Als Signalquellen dienen hier bei spielsweise die Zähne eines Zahnrades, die an einem rotieren den Systemumfang gleichmäßig verteilt sind, und induktiv oder optoelektronisch registriert werden. Während an einem Teil- oder am Gesamtumfang bei Rotation eine definierte Anzahl mehrerer Zähne erfaßt wird, wird im gleichen Zeitraum ein Zeitreferenzsignal festgehalten. Aus der Anzahl gezählter Zähne und der Anzahl gezählter Perioden des Zeitreferenz signals wird anschließend die Drehzahl berechnet, und die Messung beginnt wieder mit dem Zählen der Zähne und der Zeit referenzsignale.

Die Erfassung mehrerer Zähne und der zugehörigen Zeitrefe renzsignale ist begründet in der üblichen Mittelwertbildung über mehrere Zähne für eine Drehzahlbestimmung.

Es existieren ebenfalls Verfahren, bei denen nach Erfassen eines einzigen Zahnsignals und der zugehörigen Zeitreferenz signale ein Drehzahlwert bestimmt wird, und anschließend eine Mittelwertbildung über mehrere Drehzahlwerte erfolgt. An die Hardware für diese Art der Drehzahlbestimmung wird vor allem die Anforderung hoher Verfahrensgeschwindigkeit mit entsprechendem Kostenaufwand gestellt.

Beiden Verfahren ist gemeinsam, daß vor der Bestimmung und Ausgabe eines gemittelten Drehzahlwertes eine Totzeit, beste hend aus der Meßzeit und der Rechenzeit des Drehzahlmeß systems, abzuwarten ist. Diese Totzeit kann für verschiedene Anwendungen zu lang sein.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die Zeitdifferenz zwischen zwei gemittelten Werten für die Dreh zahl verkürzt wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs gelöst.

Besonders vorteilhaft ist, daß für die Drehzahlbestimmung die zu einer Signalquelle zugehörigen Zeitreferenzwerte vor und nach einer Umdrehung festgehalten werden, und somit geo metrisch die genaueste Messung durchgeführt wird.

Als ein weiterer bemerkenswerter Vorteil ist die Unabhängig keit der Drehzahlbestimmung von der Meßzeit zu nennen, da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nur die Rechenzeit die Wartezeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Drehzahlwerten bestimmt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.

Die einzige Figur zeigt: ein mit einem Sensor verbundenes Drehzahlmeßsystem.

Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesent lichen Elemente gezeigt. Hierbei wurde auf eine detaillierte, in die Tiefe gehende Beschreibung aller Einzelkomponenten verzichtet, da diese in ihrer Funktion hinlänglich bekannt sind.

WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

In der einzigen Figur ist mit 1 eine im Uhrzeigersinn drehende Welle bezeichnet, die gleichmäßig auf ihrem Umfang mit Signalquellen 2-9 versehen ist. Die Signalquellen 2-9 be stehen hier aus weichmagnetischen Zähnen, die bei Rotation der Welle an einem Sensor 10 Signale generieren. Dabei be steht der Sensor 10 aus einer Induktionsspule. Die vom Sensor 10 generierten Signale, werden im folgenden Drehzahlsignale genannt.

Die Drehzahlsignale werden von einem mit dem Sensor 10 ver bundenen Zähler 15 gezählt, und die gezählte Anzahl der Dreh zahlsignale als sogenannte Drehzahlsignalsumme N an ein ange schlossenes Speichermedium 11 weitergegeben. Das Speicher medium 11 ist desweiteren über einen zweiten Zähler 16 mit einer hochfrequenten Oszillatoreinheit 12 verbunden und erhält hierdurch gleichzeitig mit den Drehzahlsignalsummen N Zeitreferenzsignale A_N. Mit jedem vom Sensor 10 registrierten Zahn 2-9 bzw. mit jedem Drehzahlsignal wird also eine Dreh zahlsumme N und ein zugehöriger Zeitreferenzwert A_N abge speichert.

Die folgenden Vereinbarungen werden für die weitere Beschrei bung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Drehzahlmessung getroffen:

1. Am Umfang der rotierenden Welle ist eine Gesamtanzahl von M = 8 weichmagnetischen Zähnen 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 und 9 angeordnet;
2. die Oszillatoreinheit 12 hat eine Taktfrequenz von 4 Mhz, was einer Periodendauer von τ = 250 ns entspricht;
3. die rotierende Welle hat eine Drehzahl von 3000 U/min bzw. 50 U/s.

Passiert nun der Zahn 2 den Sensor 10, so wird ihm durch den Zähler 15 ein ganzzahliger Zahlenwert zugeordnet, der als Drehzahlsignalsumme N an das Speichermedium 11 weitergeleitet wird. Gleichzeitig wird als Zeitreferenz A_N vom Zähler 16 die ganzzahlige Anzahl vollständiger Perioden der Oszillator einheit 12 bis zum Passieren des Zahns 2 festgehalten. Dreh zahlsignalsumme und Zeitreferenzwert (N, A_N) werden paarweise im Speichermedium 11 abgelegt. Für den nächsten am Sensor 10 vorbeistreifenden Zahn 3 wird nun entsprechend das Wertepaar (N+1, A_N+1) abgespeichert. Diese Reihe setzt sich für jeden nachfolgenden, den Sensor 10 passierenden Zahn fort. Für den letzten Zahn 9 der Umdrehung wird somit das Wertepaar (N+7, A_N+7) gespeichert, und für den anschließend folgenden Zahn 2, mit dem die nächste Umdrehung beginnt, das Wertepaar (N+M, A_N+M).

Das Abspeichern der Wertepaare erfolgt selbständig und damit unabhängig von deren Weiterverwendung, wobei die Speicher tiefe des Speichermediums 11 so groß ist, daß mindestens die zugehörigen Wertepaare aller Zähne einer vollen Umdrehung zuzüglich des nächstfolgenden Wertepaares gespeichert werden können. Dabei wird das Speichermedium 11 ähnlich einem Ring speicher bedient, indem jeweils das jüngste Wertepaar das älteste Wertepaar überschreibt.

Von einer Recheneinheit 13, die mit dem Speichermedium 11 verbunden ist, werden für die Drehzahlbestimmung zwei Werte paare eingelesen, und zwar diejenigen eines Zahnes vor und nach einer einzigen Umdrehung der Welle 1. So werden bei spielsweise die Wertepaare (N+M, A_N+M) und (N, A_N) des Zahns 2 eingelesen.

Anschließend wird eine Subtraktion durchgeführt:

A_N+M-A_N = 80000

gemäß Vereinbarung 2 und 3.

Diese Differenz A_N+M-A_N = 80000 gibt die Anzahl der voll ständigen Perioden des Oszillators 12 an, die während einer vollen Wellenumdrehung gemäß den obigen Vereinbarungen ge zählt worden sind. Multipliziert man nun die berechnete Differenz der Zeitreferenzwerte A_N+M, A_N mit der Perioden dauer τ = 250 ns der Oszillatoreinheit 12, so ergibt sich die Umdrehungszeit T_U der Welle 1 zu:

T_U = 80000 _* τ = 80000 _* 250 ns = 0.02 s

Die Bildung des Reziprokwertes der Umdrehungszeit T_U = 0.02 s führt dann zu dem gewünschten Drehzahlwert von 50 U/s bzw. 3000 U/min.

Analog der beschriebenen Drehzahlbestimmung anhand zweier Wertepaare für den Zahn 2 erfolgt die Drehzahlbestimmung für jeden weiteren, den Sensor 10 passierenden Zahn. Dabei zeich net sich dieses Verfahren zur Drehzahlbestimmung besonders durch die vergleichsweise kurze Bestimmungszeit aus. Die Be stimmungszeit ist hier nämlich unabhängig von der vergleichs weise lange dauernden Erfassung und Abspeicherung der Werte paare für die einzelnen Zähne. Somit ist die Bestimmungszeit nur durch die Rechenzeit der Recheneinheit 13 definiert, zu züglich der Zeit für die Datenkommunikation zwischen der Speichereinheit 11 und der Recheneinheit 13. Mit jedem neuen, vom Sensor 10 generierten Drehzahlsignal steht also alle 2,5 ms ein neu berechneter Drehzahlwert zur Verfügung, wobei der Berechnung jeweils einen volle Wellenumdrehung von 20 ms zu grunde liegt.

Zugleich wird mit diesem Verfahren zur Drehzahlbestimmung aus den Wertepaaren eines Zahnes vor und nach einer einzigen Umdrehung die geometrisch genaueste Messung erzielt.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das gezeigte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So ist dieses Verfahren ebenfalls mit anderen Periodendauern der Oszillatoreinheit 12 an langsamer oder schneller rotierenden Wellen 1 anwendbar. Dabei ist auch eine Verwendung von ande ren Signalquellen und Sensoren denkbar im Sinne der Erfin dung.

Desweiteren ist ebenfalls eine Berechnung von Drehzahlwerten denkbar, bei der beliebige Wertepaare (N, A_N) der Signalquellen zugrundegelegt werden.

Bezugszeichenliste

1 rotierende Welle
2-9 Signalquelle
10 Sensor
11 Speichermedium
12 Oszillatoreinheit
13 Recheneinheit
14 Ausgabeeinheit
15 Zähler
16 Zähler

Claims

Verfahren zur Drehzahlmessung, bei dem mit einem Sensor (10) Signalquellen (2-9) erfaßt werden, welche auf dem Umfang eines drehenden Systems (1) angeordnet sind und deren Gesamtanzahl M ist, wobei gleichzeitig ein zugehöri ger Zeitreferenzwert A_N aufgenommen wird, dadurch gekennzeichnet,
- - daß jede vom Sensor (10) erfaßte Signalquelle (2-9) gezählt wird und als Signalsumme N mit dem zugehörigen Zeitreferenzwert A_N paarweise in einem Speichermedium (11) abgespeichert wird,
- - daß der Zeitreferenzwert A_N-M, welcher genau eine Um drehung früher mit der Signalsumme N-M abgespeichert wurde, aus dem Speichermedium (11) ausgelesen wird,
- - daß die Differenz der Zeitreferenzsignale A_N und A_N-M gebildet wird, und damit die Umlaufzeit für eine Umdre hung des rotierenden Systems (1) berechnet wird,
- - daß der Reziprokwert der Umlaufzeit gebildet wird, wo bei dieser Wert die Drehzahl des drehenden Systems (1) darstellt, und
- - daß anschließend dieselbe Berechnung für die Drehzahl über eine gesamte Umdrehung des drehenden Systems (1) für die nächste in Drehrichtung folgende Signalquelle (2-9) mit dem Zeitreferenzwert A_N+1 durchgeführt wird.