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B:ESCHREIBUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf Meßeinrichtungen, insbesondere auf
Einrichtungen zur berührungslosen Wellendrehzahlmessung.
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Die Erfindung kann zur Ermittelung der Wellendrehzahlen von Mechanismen
und Maschinen, beispielsweise Turbinen, Elektromotoren, Zentrifugen u.dgl.m. verwendet
werden. Am vorteilhaftesten kann die Erfindung für Präzisionsmessungen der Drehzahlen
von Wellen verwendet werden, die an schwer zugänglichen Stellen angeordnet sind
bzw. kleine Abmessungen aufweisen.
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Gegenwärtig gibt es verschiedenartige Einrichtungen, die Messungen
der Wellendrehzahl ohne mechanischen Kontakt zwischen der rotierenden Welle und
der Meßeinrichtung ermöglichen. Solche Messungen können mittels spezies ler Einrichtungen,
beisielsweise einer Lichtquelle bzw.
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eines Funksenders durchgeführt werden, welche auf der Weile angeordnet
sind und eine Strahlung erzeugen, die von einem Empfänger, der entfernt aufgestellt
ist, empfangen und weiterhin zu einem elektrischen Signal geformt wird, dessen Frequenz
der Wellendrehzahl proportional ist. Die Anordnung von speziellen Einrichtungen
auf der Welle ist aber nicht immer möglich. Wenn die Welle schwer zugänglich ist,
wenn sie bei sehr hohen bzw. sehr niedrigen Temperaturen arbeitet bzw. kleine Abmessungen
aufweist, kann sich die Anordnung einer speziellen Einrichtung auf der Welle als
unmöglich erweisen.
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Die Messung der Wellendrehzahl kann auch mittels eines (Gebers) beispielsweise
induktiven, kapazitiven bzw.
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lichtelektrischen durchgeührt werden, welcher in der Nähe der Welle
angeordnet ist. Die Anordnung des Gebers in der Nähe der Welle ist aber auch nicht
immer möglich. Außerdem es ist zu berücksichtigeh,daß/bei dem Einsatz der vorstehend
angeführten Geber zur Gewahrleistung einer Änderung des Signais am Geberausgang
mit einer der Wellendrehzahl proportionalen Frequenz erforderlich ist, daß die Konturen
des Wellenquerschnitts wesentlich von einem Kreis abweichen oder aber auf der Welle
ein konstruktives Element angeordnet
wird, das die erforderlichen
Konturen aufweist. Widrigenfalls müssen auf der Welle spezielleEu'ichtungen installiert
werden, was wie vorstehend angeführt, nicht immer möglich ist. Außerdem sprechen
kapazitive Geber nur auf die Drehung einer Welle an,die aus stromleitendem Werkstotf
hergestellt ist, und induktive Geber sprechen nur auf die Drehung einer aus magnetischem
Werkstoff gefertigten Welle an.
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Die Wellendrehzahlmessung kann auch mit Hilfe des Stroboskopeffektsdurchgeführt
werden d.h. mittels der Beleuchtung einer auf die Welle aufgetragenen Striohmarke
mit Impuleliahb und der Ermittelung derjenigen Impulsfrequenz, bei der die Strichmarke
dem Beobachter unbeweglich erscheint. In diesem Falle ist zur Durchführung der Drehzahlmessung
die Anwesenheit eines Menschen unumgänglich, was im Falle der NotweSs,glceit einer
laufenden Drehzahlkontrolle unbequem und bei der Durchführung der Messungen in Verhältnissen,
die gesundheitsschädigend sind bzw. die Beobachtungen erschweren, unmöglich ist.
Außerdem wird die minimale Höhe der zu messenden Drehzahl durch die Trägheit des
menschlichen Auges und die maximale Höhe dieser Drehzahl durch die Trägheit der
Lichtquelle begrenzt.
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Die Wellendrehzahl kann auch im Funkmeßverfahren gemessen werden,
d.h. durch Bestrahlen der rotierenden Welle mit elektromagnetischen Schwingungen,
den Empfang der elektromagnetischen Schwingungen, die von der Welle, deren Drehzahl
gemessen werden soll, bzw. von den auf dieser Welle angeordneten konstruktiven Elementen
(£alls vorhanden) reflektiert werden, und das Messen der Frequenz der Einhüllenden
der Schwingungen, die empfangen werden. Es ist beispielsweise eine Einrichtung zur
berührungslosen Wellendrehzahlmessung mit einer Sende- und Empfangsantenne, die
mit einem monochromatisohen SHF-Signalgenerator in Ver bindung steht, einem Mischer,
dessen Eingang mit dem Generator und der Sende und Empfangsantenne zusammengekoppelt
ist, und einem Frequenzmesser, der mit dem Mischer ausgang über eine Schwellenwertschaltllng
mit einstellbarem Schwellenwert verbunden ist, bekannt (siehe, beispielsweise den
Aufsatz von B.Bhartia und andere "Doppler
Radar Determination of
the Hotational Speed of Schafts", veröffentlicht in der Zeitschrift "IEEE Transactions
on Industrial Electronics and Control Instrumentation", vol.IE124, Nr. 1, 1977,
Seite i4143). Die Sende- und Empfangsantenne strahlt in Richtung der rotierenden
Weile elektromagnetische UHF-Schwingungen aus und empfängt elektromagnetisohe Schwingungen,
die von der Welle bzw. von den auf dieser Welle angeordneten konstruktiven Elementen
reflektiert worden sind. Hierbei sind die reflektierten elektromagnetischen Schwingungen
ampl it uden- und phasenmoduliert, was durch mechanische und elektrische Ungleichartigkeiten
an der Wellenoberfläche bedingt wird. Infolge der Wechselwirkung zwischen dem von
dem Generator erzeugten Signal und dem von der Antenne kommenden Signal bildet sich
am Mischerausgang eine Spannung, deren Form kompliziert ist und deren Spektrum dem
niederfrequenten Modulationsspektrum der reflektierten Schwingungen entspricht.
Jedesmal, wenn die Spannung am Mischerausgang den Schwellenwert überschreitet, wird
am Ausgang der chwellenwertschaltung ein Impuls erzeugt. Die Impulsfrequenz der
von der Schwellenwertschaltung erzeugten Impulse wird mit einem Frequenzmesser gemessen.
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Eine derartige Einrichtung ermöglicht die Durchführung der Wellendrehzahlmessung
ohne daß auf der Weile spezielle Einrichtungen angeordnet werden müssen, wodurch
die Durchführung der Messungen in Fällen möglich ist, bei denen die Welle Schwer
zugänglich ist bzw. kleine Abmessungen aufweist und/in Verhältnissen sehr hoher
bzw. sehr niedriger Temperaturen befindet. Die Sende- und Empfangsantenne kann in
einer gröBeren Entfernung (beispielsweise über d0 m) von der rotierenden Welle aufgestelt
werden, und die Messungen können derart durchgeführt werden, daß die ausgestrahlten
elektromagnetischen Schwingungen in ein Pnhr, das mit der Welle in Verbindung steht,
geführt werden, bzw. durch einen dielektrischen Stopfen im Gehause oder-in der Raumwand.
Dadurch wird die Durchführung der Wellendrehzahlmessung in Verhältnissen ermöglicht,
die eine Sichtkontrolle ausschließen.
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Das von dem Mischer auegesonderte IModulationsspek-
trum
der reflektierten Schwingungen weist einen komplizierten Charakter auf. Das Signal
am Älischerausgang enthält außer der Komponente mit der Frequenz, die der Drehzahl
f der Welle entspricht, auch höhere Harmonische, deren Frequenzen ein Vielfaches
der Wellendrehzahl darstellen und zwar 2f, 3f usw. Im allgemeinen kann die höhere
Harmonische eine größere Amplitude aufweisen als die Harmonische mit der der WellenLdrehzahl
gleichen Frequenz £, be ispielewe ise inFällen,bei denendie konturen des Wellenquerschnitts
bzw. der auf der Welle angeordneten konstruktiven Elemente wesentlicxl von der Kreisform
abweichen. hieno die auf der Welle angeordneten konstruktiven Elemente eine periodische
räumliche Struktur bilden, beispielsweise Schaufeln darstellen (wie bei einer Turbine
bzw. einem Lüfter), erfolgt eine Vergrößerung der Komponenten des Mischerausgangssignals
mit den Frequenzen =, 2Kf, 3Kf usw, worin K eine Zahl der Elemente (beispielsweise
Schaufeln) bedeutet, die die periodisohe räumliche Struktur bilden, wobei die Amplituden
dieser Komponenten von einer Vielzanl von Faktoren, zum Beispiel von dem Winkel,
unter dem die Bestrahlung erfolgt, von den Abmessungen und der Form der auf und
der Welle angeordneten Elemente /von dem Abstand bis zur Antenne) abhängig sind
und die Amplitude der Komponente, die die der Wellendrehzahl gleiche Frequenz aufweist,
wesentlich überschreiten können.
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Somit kann die Frequenz der Impulse am Ausgang der Schwellenwertschaltung,
welche mit dem Frequenzmesser gemessen wird, die tatsächliche Drehzahl der Welle
um das zweifache und mehr überschreiten. Zur Beseitigung dieses Fehlers kann man
versuchen,eine solche Stellung der Antenne in bezug auf die Welle und einen solchen
Ansprechwert für die Schwellenwertschaltung zu finden, die eine minimale Frequenz
der Impulse am Ausgang der Sohwellenwertschaltung gewährleisten. Diese Maßnahmen
können aber eine Beseitigung des obengenannten Fehlers nicht gewährleisten, insbesondere
wenn der Verstellbereich der Antenne begrenzt ist.
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Außerdem sind im Mischerausgangssignalspektrwn Komponenten enthalten,
die Frequenzen aufweisen, welche kein
Vielfaches der Wellendrehzahl
darstellen. Solche Komponenten treten beispielsweise infolge einer Präzession der
Welle und eines Unrundlaufs der Lager in Erscheinung. Das Vorhandensein solcher
Komponenten führt zur Erzeugung zusätzlicher Impulse am Ausgang der Schwellenwertschaltung,
welche die Meßergebnisse mit Fehlern behaften. Die Reduzierung dieser Fehler bei
der Verwendung der bekannten Einrichtung wird durch entsprechende Wahl der Ansprechschwelle
der Schwellenwertschaltung und eine solche Einstellung der Antenne in bezug auf
die Welle durchgeführt, daß die Form des Signals am Micherausgang sich möglichst
der Sinusform annähert, wozu ein am Mischeouggang befindliches Oszilloekop verwendet
wird. Aberyin diesem Falle kann ein großer Fehler auftreten, insbesondere wenn gleichzeitig
eine minimale Impulsfrequenz am Ausgang der Schwellenwertschaltung angestrebt wird
bzw. der Verstellbereich der Antenne enge Grenzen aufweist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur berührungslosen
Wellendrehzahlmessung im Funkmeßverfahren zu schaffen, welche derart ausgeführt
ist, daß sie eine präzisere Wellendrehzahlmessung mittels der Gewährleistung der
Möglichkeit für die Ermittelung des Verhältnisses zwischen der Wellendrehzahl und
der angezeigten Frequenz der Komponente, welche aus dem Spektrum der von der Welle
reflektierten elektromagnetischen Schwingungen herausgesondert wird, ermöglicht,
sowie ein Reduzieren <auf ein MindeatmaB>des Fehlers, der durch gomponenten
dieses Spektrums, deren Frequenzen kein Vielfaches der Wellendrehzahl darstellen,
bedingt wird bis # gestattet.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Einrichtung zur berührungslosen
Wellendrehzahlmessung mit einer Sende-- und Empfangsantenne, welche mit einem monochromatischen
SHF-Signalgenerator verbunden t, einem Mischer, dessen Eingang mit dem Generator
und der Empfangs- und Sendeantenne in Verbindung steht, und mit.einem Frequenzmesser,
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zusätzlich ein steuerbarer NF-Generator>
der eine Grob- und Feinfrequenzeinstellung ermöglicht und
dessen
Ausgang mit dem Eingang eines Frequenzmessers gekoppelt ist, ein Phasenteiler, dessen
Eingang mit dem Ausgang des steuerbaren Generators gekoppelt ist, ein Phasendetektor,
dessen einer Ausgang am Ausgang des Mi-und schers liegt /dessen zweiter Eingang
mit dem einen Ausgang des Phasenteilers zueammengekoppelt ist und dessen Ausgang
über einen Integrator mit dem Eingang für Feineinstellung der Frequenz des steuerbaren
NF-Generators in Verbindung steht, und ein zweiter Phasendetektorvorgesehen ist
dessen Eingang; mit dem Ausgang des Mischers gekoppelt ist, dessen zweiter Eingang
mit dem anderen Ausgang des Phasenteilers gekoppelt ist und dessen Ausgang mit einer
Anzeige gekoppelt ist.
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binde derartige Ausführung der Einriontung gibt praktisch immer die
Möglichkeit das Verhältnis zwischen derjenigen Frequenz des Spektrums des elektrischen
Signals am Mischer ausgang, die vom Frequenzmesser angezeigt wird, und der tatsächlichen
Wellendrehzahl zu ermitteln, und den Fehler, der durch die Komponenten des Signals
am Mischerausgang bedingt ist, deren Frequenzen kein Vielfaches der Wellendrehzahl
sind, auf ein Mindestmaß zu reduzieren. Dies ermöglichkeit eine hochpräzise Wellendrehzahlmessung.
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Zur weiteren Steigerung der Meßgenauigkeit kann zwischen den Ausgang
des steuerbaren NF-Generators und den Phasenteilereingang ein Frequenzteiler gesohaltet
werden.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mit
Bezugnahme auf eine Zeichnung erläutert, in welcher das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen
Einrichtung zur berünrungslosen Wellendrehzahlmessung dargestellt ist.
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Gemäß der Zeichnung enthält die Einrichtung zur berührungslosen Well
endrehzahlmessung einen monochromatischen SHF-Signalgenerator i, eine Sende- und
Empfangsantenne 2, welche über einen Wellenleiter mit dem Generator b in Verbindung
steht, und einen Mischer 3, dessen Eingang über einen Wellenleiter mit dem Generator
4 und der Antenne 2 verbunden ist. Die Einrichtung enthält weiter einen Phasendetektor
4, dessen einer Eingang über einen Ver-
stärker 5 an den Ausgang
des Mischers 3 angeschlossen ist, einen steuerbaren NF-Generator 6, der eine Grob-
und Feineinstellung der Frequenz ermöglicht einen Frequenzmesser 7, dessen Eingang
an den Ausgang des Generators 6 angeschlossen ist, und einen Phasenteiler 8, dessen
Eingang über einen Frequenzteiler 9 an den Ausgang des Generators 6 angeschlossen
ist und dessen einer Ausgang 8a am anderen Eingang des Phasendetektors 4 liegt.
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Der Eingang für Grob- und Feineinstellung der Frequenz des Generators
6 ist mit dem Ausgang des Phasendetektors 4 über einen Integrator 10 geschaltet.
Die Grobeinstellung der Generatorfrequenz erfolgt von Hand. Die Einrichtung enthält
weiter einen Phasendetektor 4!, dessen einer Eingang über einen Verstärker 5 mit
dem Ausgang des Mischers 3 verbunden ist und dessen zweiter Eingang am anderen Ausgang
8b des Phasenteilers 8anliegt, und eine Anzeige 12, die an den Ausgang des Phasendetektors
iO angeschlossen ist.
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Der Generator 1 kann einen Zentimeterwellen- SHF-Generator mit aktivem
Glied, das als Gunn-Diode ausgebildet ist, darstellen. Die Sende- und Empfangsantenne
2 kann eine Hornantenne darstellen. Der Mischer 3 kann als SHF-Diode ausgebildet
werden. Als Mischer kann auch die Gunn-Diode des Generators d beim Autodynbetrieb
fungieren. Der Phasendetektor 4 kann einen Ssnchrondetektor und einen alternierenden
Integrator, der am Ausgang des Synchrondetektors liegt, enthalten. Der Verstärker
5 kann einen konventionellen Wechselstrom- NF-Verstärker darstellen. Der steuerbare
Generator 6 kann als iYfultivibrator ausgebildet / Séi dem die das Zeitverhalten
bestimmenden Stromkreise zwei veranderliche Kondensatoren enthalten, von denen der
eine eine größere und der andere etne kleinere Kapazität aufweist, der eine von
Hand und der zweite t';iektrisch gesteuert wird und bzw itats&Iode beispielsweise
als Warikåp musgeb;ldst ist, dem das Signal zugeführt wird, das an den Eingang für
die Feineinstellung der Frequenz des Generators 6 gelangt. Der Frequenzmesser 7
kamin eine konventionelle Anordnung zum Messen der Impulsfolgefrequenz, aufweisen.
Der Phasenteiler
8 gewåhrleistet das Umformen des dem Eingang zugeführten
Signals in zwei Ausgangssignale mit um 90° gegeneinander versetzter Phasenlage und
kann mit drei D-Triggernausgeführt werden, welche derart verbunden sind, daß der
D-Eingang des ersten Triggers mit seinem Inversionsausgang und mit dem Synchronisiereingang
des zweiten Triggers verbunden ist, der Eingang des zweiten Triggers mit seinem
InversioneauEgang in Verbindung steht, der Synohronisiereingang des dritten Triggers
mit dem direkten Ausgang des ersten Triggers verbunden ist und der Eingang des dritten
Triggers am direkten Ausgang des zweiten Triggers liegt.
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In diesem Falle bildet der Synchronisiereingang des er-Keten Triggers
den Phasenteilereingang und die direkten Ausgänge des zweiten und des dritten Triggers
ergeben entsprechend zwei Phasenteilerausgänge. Der Frequenzteiler 9 kann einen
konventionellen Impulsfolgefrequenzteiler darsteilen. Der Integrator 80 stellt einen
konventionellen alternierenden Integrator dar und kann mit einem Operationsverstärker
und zwei Kondensatoren ausgeführt werden, von denen der eine zwischen den Verstärkerausgang
und seinen invertierenden Eingang und der zweite zwischen dem nichtinvertierenden
Eingang und den Nullpotentialpunkt geschaltet ist. Der Phaseridetektor dd kann identisch
mit dem Phasendetektor 4 ausgeführt seine dir Anzeige 12 kann als ein Mikroamperemeter
ausgeführt werden, das an den Ausgang des Phasendetektors 11 über einen Widerstand
angeschlossen ist.
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Beim Betrieb der Einrichtung kommt die SiiF-Energie vom Generator
d zur Sende- und Empfangsantenne 2, welche die elektromagnetischen Schwingungen
in Richtung der Welle (in der Zeichnung nicht dargestellt), deren Drehzahl gemessen
werden soll, ausstrahlt. Die von der Welle reflektierten elektromagnetischen Schwingungen
treffen auf die Bntenne 2. Da die Wellenoberfläche elektrisch immer ungleichförmig
ist (diese Ungleichförmigkeit wird beispielsweise durch die Ungleichförmigkeit des
Werkstoffs, aus welchem die Welle gefertigt ist, herbeigefiihrt, bzw. durch das
Vorhandensein von mit Oxyden überzogenen Abschnitten)
und/oder
mechanische Ungleichförmigkeiten aufweist (Einbuchtungen und VorsprüFge,/von der
Kreisform abweichenden quersohnitt) sind die zur Antenne 2 zurückkehrenden elektromagnetischen
Schwingungen mit einem niederfrequenten Signal moduliert. Dieses Signal umfaßt die
Komponente, deren Frequenz der Wellendrehzahl entspricht , sowie Harmonisohle mit
höheren Frequenzen, die ein Vielfaches der Wellendrehzahl darstellen. Eine identische
niederfrequente Modulation der elektromaimetischen Schwingungen, die zur Antenne
2 zurückkehren, wird auch bei einer Reflexion der Schwingungen von konstruktiven
Elementen stattfinden, die auf der Welle angeordnet sind. Außerdem enthält das niederfrequente
Modulationssignal auch Komponenten, deren Frequenz kein Vielfaches der Wellendrehzahl
ist, was durch die Präzession der Welle, den Unrundlauf der Lager u.dgl.m.
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herbeigeführt wird.
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Das SHF-Signal, das die Antenne 2 beim Empfang der reflektierten
elektromagnetischen Schwingungen erzeugt, wird dem Mischer 3 zugeführt, an den auch
das Signal des Generators d gelangt. Am Ausgang des Mischers 3 wird eine Spannung
gebildet, deren Spektrum dem niederfrequenten Teil des Spektrums der reflektierten
elektromagnetischen Schwingungen entspricht und Frequenzkomponenten enthält, die
dem besagten niederfrequenten Signal, das diese Schwingungen moduliert, entsprechen.
Die Spannung am Ausgang des Mischers 3 wird durch den Verstärker 5 verstärkt und
den Eingängen der Phasendetektoren 4 und 4 zugeführt. Zur Erhöhung der Störsicherheit
kann zwischen den Mischer 3 und den Verstärker 5 ein Bandfilter (nicht dargestellt)
geschaltet werden, dessen Durchlaßbereich entsprechend den zu erwartenden Werten
der Wellendrehzahlen gewählt wird.
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Der Rückkopplungskreis, der den Frequenzteiler 9, den Phasenteiler
8, den Phasenuetaktor 4 und den Integrator 10 umfaßt, ergibt die automatische F»quenzres3elurlg
mit selbsttätiger Phasenscharfabstimmung des Generators 6. Bei der Ubereinstimmung
der Signalfrequenz am Ausgang 8a des Phasendetektors 8 mit der Frequenz der Signalkomponente
am Ausgang des Verstärkers 5, welche eine ausreffiend
große Amplitude
aufweist, erfolgt eine Mitnahme der Frequenz des Generators 6. In diesem Falle führt
die Abweichung der Signalfrequenz am Ausgang 8a des Phasenteilers 8 von der Frequenz
der besagten Signalkomponente am Ausgang des Verstärkers 5 zum Aufbau einer Gleichspannung
am Ausgang des Phasendetektors 4, die mit dem Integrator 10 integriert wird und
eine Änderung der Frequenz des Generators 6 in Richtung einer Verminderung der besagten
Abweichung herbeiführt. Andere Frequenzkomponenten des Signals am Ausgang des Verstärkers
5 fuhrentzum Aufbau>am Ausgang des Phasendetektors 4 einer Wechselspannung, die
nur äußerst unwesentliche Spannungsschwankungen am Ausgang des Integrators i0 verursacht.
Infolgedessen wird das Signal am Ausgang 8a des Phasenteilers 8 automatisch in gleicher
Phasenlage mit der besagten Signalkomponente am Ausgang des Verstärkere 5 aufrecnterhalten
und die Signilfrequanz am Ausgang des Generators 6 wird selbsttätig gleich dem Produkt
aus der Frequenz der besagten Komponente mal SFrequenzteilungsverhältnis, welches
der den Phasenteiler 8 und den Frequenzteiler 9 umfassende Kreis gewährleistet,
gehalten. Die Spannung am Ausgang 8a des Phasenteilers 8 ist hierbei in ihrer Phase
um 90° gegenüber der angeführten Signalkomponente am Ausgang des Verstärkers 5 versetzt,
wodurch sich am Ausgang des Phasendetektors ii eine der Amplitude der angeführten
Komponente proportionale Gleichspannung aufbaut, diemit Hilfe der Anzeige 12 dargesteliwtidDie
anderen Frequenzkomponenten des Signals am Ausgang des Verstärkers 5 führen in diesem
Falle <zum Aufbau?am Ausgang des Phasendetektors 11 einer Wechselspannung, auf
die die Anzeige 12 nicht anspricht, da diese träge ist.
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Die Frequenz des Signals am Ausgang des Generators 6 zeigt der Frequenzmeseer
7 an.
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Die Messung der Wellendrehzahl wird wie folgt durchgeführt.
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Die Antenne 2 wird derart angeordnet, daß die von ihr ausgestrahlten
SHF-Schwingungen in Richtung der Welle laufen, deren Drehzahl gemessen werden soll.
Zum Einstellen der Antenne 2 in eine optimale Lauge kann man Kopfhörer (in der
Zeichnung
nicht dargesteLlt) verwenden, die an den Ausgang des Verstärkers 5 angeschlossen
sind. In diesem Falle wird die Antenne derart eingestellt, daß die größtmöglichste
Lautstärke in den Kopfhörer/n erzielt wird. Vor Begiiin der messungen wird das die
Grobeinstellung der Frequenz des Generators 6 gewährleistende Organ in diejenige
Stellung gebracht , die der minimalen Frequenz entspricht.
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Solange das Signal am Ausgang des Generators 6 eine Frequenz aufweist,
bei der die Signalfrequenz am Ausgang 8a des Phasenteilers 8 sich wesentlich von
der Frequenz jeder beliebigen Komponente des niederfrequenten Spektrums der elektromagnetischen
Schwingungen unterscheidet, die von der Welle reflektiert worden ist und eine erheblich
Amplitude aufweist, funktioniert die automatische Frequenzregelung mit selbsttätiger
Phasenscharfabstimmung nicht, und die Gleichspannung am Ausgang des Phasendetektors
11 ist gleich Null, wie es die Anzeige 12 verdeutlicht.
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Hiernach wird die Frequenz des Generators 6 allmählich erhöht. Wenn
infolge der Frequenzänderung des Generators 6 die Signalfrequenz am Ausgang 8a des
Phasenteilers 8 der Frequenz derjenigen Komponente des niederfrequenten Spektrums
der elektromagnetischen reflektierten Schwingungen gleich wird, die eine erhebliche
Amplitude aufweist, erfolgt eine Mitnahme der Frequenz des Generators 6, wodurch
sich am Ausgang des Phasendetektors ii eine Gleichspannung aufbaut, die der Amplitude
der besagten Komponente proportional ist und die durch die Anzeige 12 angezeigt
wird. Weiterhin wird die Frequenz des Generators 6 allmählich weitererhohg wodurch
die automatische Frequenzregelung des Generators 6 aussetzt und die Anzeige 12 auf
Null zurückschlägt. Wenn die Signalfrequenz am. Ausgang 8a des Phasenteilers 8 mit
der Frequenz einer anderen Komponente des niederfrequenten Spektrums zur reflektierten
Schwingungen übereinstiamt die eine große Amplitude aufweist, erfolgt eine Mitnahme
einer neuen Frequenz des Generators 6, wobei die Anzeige 12 eine Spannung anzeigt,
die der Amplitude der besagten Komponente proportional ist. Hiernach erfolgt eine
erneute Erhöhung der Frequenz des Generators 6, während
welcher
die Anzeige 12 den Aufbau einer Gleichspannung am Ausgang des Phasendetektors jedesmal
anzeigen wird, wenn die Signalfrequenz am Ausgang 8a des Phasenteilers 8 mit der
Frequenz der Komponente des niederfrequenten Spektraums der reflektierten Schwingungen
übereinstimmt, die eine große Amplitude aufweist. Somit funktioniert die automatische
Frequenzregelung des Generators 6 mit selbsttätiger Phasenscharfabstimmung wie ein
einstellbares Schmalbandfilter.
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Falls die Welle keinerlei konstruktive Elemente trägt, die vollständig
identisch sind und ein Gebilde erzeugen, das in bezug auf die Wellenaohse streng
symmetrisch ist, wird das niederfrequente Spektrum der reflektierten elektromagnetischen
Schwingungen hauptsächlich aus Komponenten zusammengesetzt sein, von denen die eine
eine der Wellendrehzahl gleiche Frequenz aufweist, ährend die Frequenzen der anderen
Komponenten ein Vielfaches der Wellendrehzahl darstellen. Aus diesem Grunde erfolgt
die Anzeige des Aufbaus einer bedeutenden Gleichspannung am Ausgang des Phasendem
detektors {{ erstmalig denm/Augeablick, wenn die Signalfre quenz am Ausgang 8a des
Phasenteilers 8 der Wellendrehzahl gleich ist. Im Laufe der nachfolgenden Erhöhung
der Frequenz des Generators 6 wird die Anzeige 12 die Ånwesenheit von höheren Harmonischen
der Well-endrehzahl im niederfrequenten Spektrum der reflektierten elektromagnetischen
Schwingungen anzeigen, falls diese Harmonischen eine ausreichend große Amplitude
aufweisen. Die Amplitude der besagen Harmonischen kann an Hand der Darstellung durch
die Anzeige 12 beurteilt werden. Die Frequenzen der Komponenten, welche eine bedeutende
Amplitude aufweisen, werden durch Division der Werte, die durch den Frequenzmesser
7 im Augenblick angezeigt werden,wenn sich eine erhebliche Gleichspannung am Ausgang
des Phasendetektors ii aufbaut, durch das Spannungsteilungsverhältnis ermittelt,
welches der aus dem Frequenz teiler 9 und dem Phasenteiler 8 zusammengesetzte Kreis
bildet. Fur eine genauere Feststellung dieser Frequenz werden zweckmäßig diejenigen
Anzeigen des Frequenzmeseers 7 benutzt, welche derjenigen Spektrumkomponente entsprechen,
die
die größte Amplitude aufweist.
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Falls auf der Welle vollständig identische konstruktive Elemente
angeordnet sind (beispielsweise Schaufeln), die ein streng symmetrisches Gebilde
ergeben, und der Winkel zwischen der Wellenachse und der Richtung der ausgestrahlten
elektromagnetischen Schwingungen.groß genug ist (über 400), kann es sich ergeben,
daß die Komponente mit der Frequenz, die gleich der Wellendrehzahl ist, äußerst
klein ausfällt. In diesem Falle wird der-Aufbau einer bedeutendez Gleichspannung
am Ausgang des Phasendetektors 11 erstmalig in7Augenbliok angezeigt, wenn die Signalfrequenz
am Ausgang 8a des Phasenteilers 8 dem Produkt aus der Wellendrehzahl mal Zahl der
symmetrisch auf der Welle angeordneten konstruktiven Elementen gleich ist, und im
weiteren wird die Anzeige 12 die Zeitpunkte anzeigen, bei denen die Signalfrequenz
am Ausgang 8a ein Vielfaches des besagten Produkts darstellt. Dieser Umstand wirkt
sich praktisch auf die Richtigkeit der Ermittelung der Wellendrehzahl nicht aus,
da die Zahl dieser symmetrischen Elemente üblicherweise groß ist (nicht weniger
als 4 bis 6) und es somit leicht ist£eßtzustellen, ob der erstmalige Aufbau der
Gleichspannung am Ausgang des Phasendetektors 44 durch die Komponente bedingt wird,
deren Frequenz gleich der Wellendrehzahl , bzw. dem Produkt aus dieser Wellendrehzahl
mal Zahl der konstruktiven Elemente ist.
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Damit die Anzeige 12 unmittelbar denjenigen Teil der Energie anzeigt,
der auf die jeweilige Frequenzkomponente entfällt, kann der Verstärker 5 eine selbsttätige
Veretärkungsregelung aufweisen, wodurch eine genormte Größe des Signals an den Ausgängen
der Phasendetektoren 4 und 4 gewährleistet wird. Die Verwendung einer automatischen
Verstärkungsregelung vermeidet ebenfalls eine Amplitudenbegrenzung des Signals am
Ausgang des Verstärkers 5 und eine Verzerrung seines Spektrums bei einer hohen Intensität
der elektromagnetischen Schwingungen, welche der Antenne 2 zugeführt werden.
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Die erfindungsgemäfSe Einrichtung kann auch ohne Frequenzteiler,
welcher zwischen den Generator 6 und den
verwendet werden Phasenteiler
8 geschaltet ist/, aber die Verwendung eines Frequenzteilers 9 gewährleistet eine
bedeutende Erhöhung der Frequenz des Generators 6 gegenüber der Komponente, deren
Frequenz zu ermitteln ist, und somit eine Steigerung der Genauigkeit der Wellendrehzahlmessung
im reelen Ze itmaßstab.