DE2148942A1 - Optisches geraet zum erzeugen eines elektrischen signals, das von der relativlage eines trassengebundenen schwebefahrzeuges bezueglich eines trassenelementes abhaengt - Google Patents

Description

• Optisches Gerät zum Erzeugen eines elektrischen Signals, das von der Relativiage eines trassengebundenen Schwebefahrzeuges bezüglich eines Trassenelementes abhängt.
• Die vorliegende 3Erfindung betrifft ein optisches Gerät zum Erzeugen eines elektrischen Signales, das von der Relativlage eines längs einer Trasse beweglichen Schwebefahrzeuges bezüglich eines in Fahrtrichtung verlaufenden Trassenelementes abhängt, mit einer Lichtquelle zum Erzeugen eines Lichtbündels und einer im Strahlengang des Lichtbündels angeordneten photoelektrischen Einrichtung.
• 3ei trassengebundenen Schwebefahrzeugen, die durch Magnetkräfte in der Schwebe gehalten und längs der Trasse geführt werden, ist für die Regelung der Lage des Schwebefahrzeuges bezüglich der Trasse eine sehr genaue, sichere und verzögerungsfreie Lagemessung erforaerlic.
• Es ist bekannt, diese Lagemessung induktiv oder kapazitiv durchzuführen. Die Abstandsmessung wird dabei auf ein magnetisches bzw. elektrisch leitendes Trassenelement bezogen.
• Nachteilig an dieser Art der Abstandmessung ist die verhältnismäßig große Störanfälligkeit gegen äußere Felder und dgl.
• Die vorliegende Erfindung vermeidet die Empfindlichkeit gegen magnetische bzw. elektrische Störfelder dadurch, daß das der Relativlage eines längs einer Trasse beweglichen Schwebefahrzeuges bezüglich eines in Fahrtrichtung verlaufenden Trassenelementes abhäilgige Signal durch ein optisches Gerät erzeugt wird, das eine ein Lichtbündel liefernde Lichtquelle sowie eine im Strahlengang des Lichtbündels angeordnete photoeleltrische Einrichtung enthält und dadurch gekennzeichnet ist, daß die Lichtquelle und die photoelektrische Einrichtung derart am Schwebefahrzeug ancgeoic'-net sind, daß ein in Fahrtrichtung verlaufendes im wesentlichen kontinuierliches Trassenelement mit einem von der ~'elativlage abhängigen Betrag in den Strahlengang des Lichtbündels hineinragt.
• t.--Ieiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
• im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines verhältnismäßig einfachen Ausführungsbeispiels der Erfindung; Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung bei dem das Meßlichtbündel reflektiert wird; Fig. 3 eine schematische Darstellung eines AusfUlrungsbeispieles der Erfindung bei dem der Strahlengang durch ein parallel zu seiner Achse periodisch bewegtes Lichtbündel abgetastet wird, und Fig. 4 eine Ausführungsform, die die Bestimmung der Relativlage des Schwebefahrzeugs bezüglich der Trasse in zwei zueinander senkrechten Richtungen gestattet.
• In Fig. 1 sind schematisch ein Teil einer Trasse 10 für ein ebenfalls nur teilweise dargestelltes Schwebefahrzeug 12 gezeigt.
• Die Trasse enthält eine Stahlbetonplatte 14, an deren Unterseite eine Magnetankerschiene 16 befestigt ist, die mit einem Elektromagneten 18 im Fahrzeug 12 zusammenwirkt, durcqdie das Schwebefahrzeug berührungsfrei an der Trasse aufgehängt und geführt ist.
• Zur Bestimmung des vertikalen Abstandes zwischen dem Schwebefahrzeug 12 und der Trasse 10 dient ein erstes optisches Gerät, das eine Lichtquelle 20 enthalt, die ein im wesentlichen paralleles und homogenes Strahlungsbündel 22 liefert. Die Lichtquelle 20 ist so angeordnet, daß die Magnetankerschiene 16 im normalen Betriebszustand etwas in den Querschnitt des Strahlenganges hineinreicht und einen Teil des den Querschnitt des Strahlenganges anfangs völlig ausfüllenden Lichtbündels 22 abdeckt. Auf der der Lichtquelle 20 abgewandten Seite der Magnetankerschiene 16 ist eine photoelektrische Einrichtung 24 irn Strahlengang angeordnet, die also die Intensität des von der Magnetankerschiene 16 nicht abgeschirmten Teiles 22' des Lichtbündels mißt. Das Ausgangssignal der photoelektrischen Einrichtung 24 wird einem Verbraucher 26, z.B. einem Regler für den Erregerstrom des Magneten 18 zugeführt. Um das Regelverhalten zu beeinflussen kann im Strahlengang, z.B. bei der photoelektrischen Einrichtung 24, eine Blende 26 angeordnet sein, die mit ihrer öffnungsform ein gewünschtes Regelverhalten einzustellen gestattet. Die Blendenöffnung kann sich z.B. nach unten keilförmig verbreitern.
• Zur Messung der Lage des Schwebefahrzeugs 12 in waagerechter Richtung kann ein entsprechendes optisches Gerät vorgesehen sein, das im Aufbau dem eben beschriebenen Gerät entspricht und dessen Bestandteile daher mit den gleichen Bezugszeichen, denen der Buchstabe 'a" angefügt wurde, bezeichnet sind. In das Lichtbündel 22a ragt eine seitliche ante 14a der Trasse hinein.
• Die Ausfflhrungsform gemäß Fig. 2 ähnelt der gemäß Fig. 1 in vieler hinsicht, es wurden daher die gleichen Bezugszeichen mit dem Zusatz des Duchs'Labens b verwendet. flei dem Gerät ae,aiiS Fig. 2 sind die Lichtquelle 20b und die photoelektrische ,.inrichtung 24b auf der gleichen Seite der in den Strahlengang des Lichtbündels 22b hineinragenden Magnetankerschiene 16b angeordnet. Das Lichtbündel wird hier durch einen auf der anderen Seite der Magnetankerschiene angeordneten Reflektor 30 in sich selbst reflektiert. Der Reflektor kann nach Art eines sogenannten "Katzenauges" ausgebildet sein und eine Anzahl von Tripelspiegeln enthalten. Das vom Reflektor 30 refektierte Licht wird durch einen vom Lichtbündel 22b durchsetzten teildurchlässigen Spiegel 32 zur phoGoelektriscllen Einrichtung 24b reflektiert.
• Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 erzeugt die als Ganzes mit 20c dargestellte Lichtquelle ein verhältnismäßig dünnes Lichtbündel, das nur einen kleinen Teil des Querschnittes des Strahlenganges, in den die ;\.tagnetankerschiene 16c hineinreicht, einnimmt. Das dünne Lichtbündel 22c wird durch eine optische Einrichtung periodisch senkrecht zu seiner Achse und zur Achse des Strahlenganges quer durch diesen bewegt. Die optische Einrichtung enthält hierzu eine Kondensorlinse 34, die das von einer Lampe 36 ausgehende Licht durch einen teildurchlässigen Spiegel 32c auf einen Drehspiegel 38 mit konkaven Spiegelflächen wirft, die mit der Linse 34 das gewünschte schmale Lichtbündel erzeugen und bei der Drehung des Drehspiegels das durch einen weiteren konl;aven Spiegel 40 reflektierte Lichtbündel in der gewünschten Weise quer durch den Strahlengang wandern läßt, wie durch einen Pfeil 42 angedeutet ist. Das Lichtbündel wird während eines Teiles jeder Ablenkperiode von der Magnetankerschiene 16c unterbrochen. Im freien Teil des Strahlenganges wird das Lichtbündel von einem Reflektor 30c in sich selbst reflektiert und vom teildurchlässigen Spiegel 32c schließlich zur photoelektrischen Einrichtung 24c reflektiert. Die photoelektrische Einrichtung liefert ein impulsförr,liges Ausgangssignal bei dem das Verhältnis von Impulsdauer zu Impulspause während einer Ablenkperiode des Lichtbündels davon abhängt, wie weit die Magnetankerschiene 16c in den Querschnitt des vom Lichtbündel überstrichenen Strahlengangs hineinreicht.
• Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ermöglicht ähnlich wie die Anordnung gemäß Fig. 1 eine Messung der Lage in zwei Koordinatenrichtungen. Die als Ganzes mit 20d bezeichnete Lichtquelle liefert hier zwei parallele Lichtbündel 22dl bzw. 22d2, deren Achsen mit der Horizontalen Winkel ¢1 bzw. ¢2 bilden. Die photoelektrischen Einrichtungen 24d1 bzw. 24d2 liefern Ausgangssignale A1 bzw. A2 an eine Verarbeitungsschaltung 26d auf die noch näher eingegangen wird.
• Es ist unmittelbar einleuchtend, daß eine Snderung der Relativlage des optischen Gerätes bezüglich des Trassenelementes 14d, das mit seinen Txanten jeweils in eines der Lichtbündel hineinragt, sowohl bei Verschiebung in x-Richtung als auch bei Verschiebung in y-Richtung jeweils beide Ausgangs signale Al und A2 beeinflußt. Durch entsprechende Verarbeitung der Ausgangssignale kann ein ausschließlich der x-Romponente der Lageänderung und ein ausschließlich der y-homponente der Lageänderung entsprechendes Signal auf folgende Weise erzeugt werden: Wenn sich die Laae des optischen Gerätes bezüglich des Trassenelementes 14d um die Strecke y in Richtung der nach unten positiv gerechneten y-iN'oordinate ändert, wird die Breite des auf die photoelektrische Einrichtung 24dl fallenden Teiles des bichtbildes 22dl offensichtlich um den Betrag y cos +1 kleiner.
• Wenn das Ausgangssignal Al im Ruhezustand den Wert A10 hatte, nicht es bei einer Verschiebung um die Strecke y den Wert Aly gemäß der folgenden Gleichung an: Aly = AlO-y cos # 1 (1) Entsprechendes gilt für das Ausgangssignal der photoelektrischen Einrichtung 24d2: A2y = A20-y cos f2 (2) Durch Addition dieser Gleichungen, Auflösen nach y und Zusammenfassen der konstanten Glieder zu den Konstanten Iv1 und Ix2 erhält man die folgende Gleichung für das der Verschiebung y entsprechende Signal, das durch einfache elektrische Mittel, wie sie z.B. in der Technik der Analogrechner bekannt sind, dargestellt werden kann.
• y = (Aly + A2y) (3) K1 Bei einer Verschiebung um die Strecke x längs der x-Koordinate ergeben sich die folgenden Gleichungen: Alx = A10 + x sin # 1 (4) A2x = A20 - x sin # 2 (5) Durch Subtraktion dieser Gleichungen und Auflösen nach x ergibt sich ähnlich wie bei der Gleichung (3) die folgende Gleichung: x = A1x - A2y - K4 (6) K3 Besonders einfache Verhältnisse ergeben sich wenn die Anfangslage symmetrisch ist und die Winkel +1 und +2 gleich sind.
• Selbstverständlich können gewisse Rlerkmale der beschriebenen Ausführungsbeispiele lSombiniert werden. So kann z.B. bei dem Ausührungsbeispiel gemäß Fig. 4 am Ort der dargestellten photoelektrischen Einrichtungen jeweils einen Reflektor anordnen und das reflektierte Licht bei der Lichtquelle durch einen teildurchlässigen Spiegel ausblenden, wie es anhand von Fig. 2 beschrieben wurde. Die Anordnung gemäß Fig. 4 läßt sich selbstverständlich auch mit der anhand von Fig. -3 beschriebenen "Fahrstrahlabtastung" realisieren.
• Außer zur Erzeugung eines laaeabhängigen Signales kann das vorliegende Gerät auch zur Erzeugung anderer Signale verwendet werden. Man kann z.B. an dem abgetasteten Trassenelement Vorsprünge und Einkerbungen anbringen, die im Ausgangssignal der photoelektrischen Einrichtung ein relativ hochfrequentes Signal erzeugen, das die Regeleinrichtung nicht beeinflußt und zu Meldezwecken, zur Zugbeeinflussung und dgl.,z.B. zum Erzeugen eines geschwindigkeitsabhängigen Signals vor Kurven und dgl. verwendet werden kann. Wenn die das Signal erzeugenden Markierungen durch Fernbedienung in den Strahlengang einschwenkbar und aus diesem herausschwenkbar sind, können die Funktionen von Signalen und dgl. ausgeübt werden.

Claims (6)

1. Patentansprüche

   Optisches Gerät zum Erzeugen eines elektrischen Signales, 5 von der Relativlage eines längs einer Trasse beweglichen Schwebefahrzeuges bezüglich eines in Fahrtrichtung verlaufenden Trassenelementes abhängt, mit einer Lichtquelle zum Erzeugen eines Lichtbündels und einer im Strahlengang des Lichtbündels angeordneten photoelektrischen Einrichtung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Lichtquelle (20) und die photoelektrische Einrichtung (24) derart am Schwebefahrzeug (12) angeordnet sind, daß ein in Fahrtrichtung verlaufendes, im wesentlichen kontinuierliches Trassenelement (14, 16) mit einem von der Relativlage abhängigenBetrag in den Strahlengang des Lichtbündels (22) hineinragt.
2. 2.) Gerät nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Lichtquelle (20, 20a, 20b, 20d) ein im wesentlichen homogenes Lichtbündel liefert, das vor Erreichen des Trassenelementes den ganzen Querschnitt des Strahlenganges ausfüllt.
3. 3.) Gerät nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Lichtquelle ein Lichtbündel (22c) liefert, das einen wesentlich kleineren Querschnitt als der Strahlengang hat und durch eine Drehspiegeloptik (38, 40) periodisch senkrecht zu seiner Achse quer durch den Strahlengang beweglich ist, und daß an die photoelektrische Einrichtung (24c) eine Schaltungsanordnung angeschlossen ist, die das elektrische Signal entsprechend dem Verhältnis des Teiles jeder Periode, in dem die photoelektrische Einrichtung vom Lichtbündel getroffen wird zu dem Teil der Periode, in dem das Lichtbündel durch das Trassenelement unterbrochen wird, erzeugt.
4. 4.) Gerät nach Anspruch 1, 2 oder 3 zur Messung der Lage in zwei Roordinatenrichtungen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Lichtquelle zwei Lichtbündel liefert, die zwei Strahlengänge durchlaufen, deren Achsen einen von Null verschiedenen Winkel bilden und in die jeweils eine Trassenelementkante hineinragt und die nach Beeinflussung durch die Trassenelementkante auf jeweils eine photoelektrische Einrichtung fallen; und daß die Ausgangssignale der photoelektrischen Einrichtungen einer Schaltungsanordnung zugeführt sind, die die Meßwertsignale aus der Summe und Differenz der Ausgangssignale erzeugt.
5. 5.) Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Strahlengang des Lichtbündels (22b), (22c) auf der der Lichtquelle abgewandten Seite des Trassenelementes ein Reflektor (30, 30c) angeordnet ist, der das Lichtbündel zur Lichtquelle reflektiert, und daß im Wege des von der Lichtquelle ausgehenden Lichtbündels und des reflektierten Lichtbündels ein teildurchlässiger Spiegel (32, 32c) angeordnet ist, der einen Teil des Lichtbündels von der Lichtquelle zum Reflektor durchläßt und einen Teil des vom Reflektor reflektierten Bündels zur photoelektrischen Einrichtung (24b, 24c) umlenkt.
6. 6.) Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Strahlengang des Lichtbündels eine Blende (28) angeordnet ist, deren Offnungsbreite sich in Richtung der zu erfassenden Lageänderungen ändert.