Int CI.3: G 01 P 13/04. Anmelder: Dr. Johannes Heidenhain GmbH Nansenstrasse 17 D-8225Traunreut(DE)

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1 J» Europäisches Patentamt European Patent Office Office europeen des Veröffentlichungsnummer: A1 (12) EUROPÄISCHE Anmeldenummer: Int CI.3: G 01 P 13/04 Anmeldetag: Priorität: DE Veröffentlichungstag der Anmeldung: Patentblatt 82/45 Benannte Vertragsstaaten: AT CH FR GB IT LI NL SE Anmelder: Dr. Johannes Heidenhain GmbH Nansenstrasse 17 D-8225Traunreut(DE) Erfinder: Schmitt, Walter, Ing. (grad.) Hochgernstrasse 22 D-8225 Traunreut(DE) Frequenz-Spannungswandler für ein Digital-Tachometer. Bei einem Frequenz-Spannungswandler für ein Digital- Tachometer werden zwei Ausgangssignale (A, B) eines inkrementalen Drehgebers (D) einem Richtungsdiskriminator (RD) zugeführt. Zur Erweiterung des nutzbaren Frequenzbereiches wird jedes Ausgangssignal (Sv1- Sv4, SR1 - SR4) einer gesonderten Schaltstufe (T1- Te) für konstante Spannungszeitflächen zugeleitet. Die Ausgangssignale (Sv1' - Sv4') der Schaltstufen (T, - T4) gelangen über einen Summationsverstärker (SV1) und einen Tiefpaßfilter (F1) und die Ausgangssignale (SR1' - SR4' ) der Schaltstufen (T5- T8) über einen Summationsverstärker (SV2) und einen Tiefpaßfilter (F2) auf die Eingänge eines Differenzverstärkers (V), dessen Ausgangssignal (Ua) proportional der Drehzahl des Drehgebers (D) ist (Figur 1).

2 Die Erfindung betrifft einen Frequenz-Spannungs- wandler für ein Digital-Tachometer gemäß dem Ober- begriff des Anspruches 1. Tachometer in Form von Gleichstrom-Tachogenera-t toren, die als Drehzahlgeber nach dem Dynamoprin- zip arbeiten, sind bereits bekannt. Es ist weiter bekannt, als Digital-Tachometer einen inkrementalen Drehgeber vorzusehen, dessen beide um 900 gegeneinander versetzte Ausgangssignale einem Richtungsdiskriminator zugeführt werden. Die beiden Vorwärts-/Rückwärtssignale des Richtungsdiskriminators werden jeweils über eine Schaltstufe für Impulse konstanter Energie und einen T i e f - paßfilter den beiden Eingängen eines Differenzverstärkers zugeführt, dessen Ausgangssignal proportional der Drehzahl des Drehgebers ist.

3 Der nutzbare Frequenzbereich einer derartigen Schaltung wird nach oben durch die Breite der Impulse konstanter Energie und nach unten durch die maximal zulässige Welligkeit begrenzt, die durch die Zeitkonstante des Tiefpaßfilters gegeben ist. Eine Mehrfachauswertung der Ausgangssignale des Drehgebers im Richtungsdiskriminator verschiebt lediglich den nutzbaren Frequenzbereich, ohne ihn zu vergrößern. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem derartigen Digital-Tachometer den nutzbaren Frequenzbereich zu erweitern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn- zeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 2 gelöst. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der nutzbare Frequenzbe-, reich zu niedrigeren Frequenzen hin mit einfachen Mitteln um den Faktor der Mehrfachauswertung erweitert werden kann. Weitere vorteilhafte Ausbildungen entnimmt man den Unteransprüchen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Schaltungsanordnung eines Frequenz-Spannungswandlers für ein Digital-Tachometer nach der Erfindung

4 Figur 2 eine graphische Darstellung des Signalverlaufs an der oberen Frequenzgrenze und Figur 3 eine graphische Darstellung des Signalverlaufs an der unteren Frequenzgrenze. Gemäß Figur 1 werden die beide um 90 gegeneinander verschobenen Ausgangssignale A, B eines Drehgebers D einem Richtungsdiskriminator RD zugeführt. Die Vorwärtsausgangssignale SV1- SV4 (Mehrfachauswertung mit dem Faktor 4) und die Rückwärtsausgangssignale SR1- SR4 (Mehrfachauswertung mit dem Faktor 4) des Richtungsdiskriminators RD werden erfindungsgemäß jeweils einer gesonderten Schaltstufe T1- T8 für Impulse konstanter Energie zugeführt, wobei der zeitliche Spannungsverlauf der Ausgangssignale SV1' - SV4', SR1' - SR4' der Schaltstufen T1 - T8 bei konstanter Belastung in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist (die Spannungszeitfläche kann auch durch eine Stromzeitfläche ersetzt werden). Die Vorwärtsausgangssignale SV1' - SV4' der Schaltstufen T1- T4 werden über einen Summationsverstärker SV1 und über einen Tiefpaßfilter F1 dem nichtinvertierenden Eingang eines Differenzverstärkers V zugeleitet, während die Rückwärtsausgangssignale SR1' - SR4' der Schaltstufen T5- T8 über einen Summationsverstärker SV2 und einen Tiefpaßfilter F2 dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers V zugeführt werden. Das Ausgangssignal Ua des Verstärkers V ist proportional der Drehzahl f des Drehgebers D. Mit dieser Maßnahme wird der nutzbare Frequenzbereich nach niedrigeren Frequenzen hin um den Faktor 4 der Mehrfachauswertung erweitert.

5 In Figur 2 sind die Ausgangssignale A, B des Drehgebers D, die Vorwärtsausgangssignale SV1' - SV4' der Schaltstufen T1 - T4 sowie das Ausgangssignal C des Summationsverstärkers SV1 für die obere Frequenzgrenze und in Figur 3 die Ausgangssignale A, B, SV1'- SV4', C für die untere Frequenzgrenze dargestellt. Die konstanten Spannungszeitflächen S T der Ausgangssignale SV1' - SV4' an der oberen und unteren Frequenzgrenze sind gleich. An der oberen Frequenzgrenze ist die Drehzahl f des Drehgebers D f = 1/1,1T und an der unteren Frequenzgrenze f = 1/16T. Das Ausgangssignal U a des Differenzverstärkers V ist proportional der Frequenz f des Drehgebers D : U = S. T. f. Bei umgekehrtem Drehsinn des Drehgebers D werden die Rückwärtssignale SV1 - SV4 ausgewertet, In einer weiteren Ausführungsform werden in nicht dargestellter Weise die um 90 gegeneinander verschobenen Ausgangssignale eines Drehgebers einem Richtungsdiskriminator mit einem Richtungsausgang zugeführt. Die Ausgangssignale des Richtungsdiskriminators werden bei einer Mehrfachauswertung erfindungsgemäß jeweils einer gesonderten Schaltstufe für Impulse konstanter Energie zugeführt, deren Ausgangssignale über einen Summationsverstärker und einen Tiefpaßfilter einem Verstärker zugeleitet werden, dessen Eingang zum Umschalten des Vorzeichens der Verstärkung mit dem Richtungsausgang des Richtungsdiskriminators verbunden ist.

6 Die Schaltstufen T1-T8 sind vorzugsweise in CMOS-Technologie aufgebaut. Des weiteren können der Richtungsdiskriminator RD und die Schaltstufen T1-T8 gemeinsam aus einer integrierten Logik- Gatteranordnung bestehen. Ferner kann auch der Richtungsdiskriminator RD durch einen programmierbaren Nur-Lesespeicher (PROM) gebildet werden. Der Differenzverstärker V bzw. der Verstärker können als Spannungsquelle oder als Stromquelle ausgebildet sein. Der Stromquellenausgang besitzt den Vorteil, daß Offsetspannungen des Tachometers keine Fehlerauswirkungen haben und somit auch bei relativ kleinen Versorgungsspannungen große Drehzahlbereiche (ca. 1:6000) ermöglicht werden. Die Genauigkeit der Kalibrierung kann durch einen Taktgeber TG festgelegt werden, der den Richtungsdiskriminator RD beaufschlagt und die konstante Zeit T festlegt.

7 1.) Frequenz-Spannungswandler für ein Digital- Tachometer, bei dem wenigstens zwei Ausgangssignale eines inkrementalen Meßsystems einem Richtungsdiskriminator zugeführt werden, dessen Vorwärtsausgangssignale einer ersten Schaltstufe für Impulse konstanter Energie und dessen Rückwärtsausgangssignale einer zweiten Schaltstufe für Impulse konstanter Energie und jeweils über einen Tiefpaßfilter einem Differenzverstärker zugeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Mehrfachauswertung der Ausgangssignale (A, B) des Meßsystems (D) jedes Ausgangssignal (SV1- SV4, SR1- SR4) des Richtungsdiskriminators (RD) einer gesonderten Schaltstufe (T1- Ta) für Impulse konstanter Energie zugeführt wird. 2.) Frequenz-Spannungswandler für ein Digital- Tachometer, bei dem wenigstens zwei Ausgangssignale eines inkrementalen Meßsystems einem Richtungsdiskriminator mit einem gesonderten Richtungsausgang zugeführt werden, dessen A u s - gangssignale einer Schaltstufe für Impulse konstanter Energie und über einen Tiefpaßfilter einem Verstärker mit umschaltbarem Vorzeichen der Verstärkung zugeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Mehrfachauswertung der Ausgangssignale des Meßsystems jedes Ausgangssignal des Richtungsdiskriminators einer gesonderten Schaltstufe für Impulse konstanter Energie zugeführt wird.

8 3.) Frequenz-Spannungswandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstufen (T1- T8) in CMOS-Technologie aufgebaut sind. 4.) Frequenz-Spannungswandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Richtungsdiskriminator (RD) und die Schaltstufen (T, - T8) aus einer integrierten Logik-Gatteranordnung bestehen. 5.) Frequenz-Spannungswandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Richtungsdiskriminator (RD) durch einen programmierbaren Nur-Lesespeicher (PROM) gebildet wird. 6.) Frequenz-Spannungswandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Richtungsdiskriminator (RD) von einem Taktgeber (TG) t beaufschlagt wird. 7.) Frequenz-Spannungswandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzverstärker (V) bzw. der Verstärker als Spannungsquelle oder als Stromquelle ausgebildet ist. 8.) Frequenz-Spannungswandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker einen Eingang zum Umschalten des Vorzeichens der Verstärkung aufweist, der mit dem Richtungsausgang des Richtungsdiskriminators verbunden ist.

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